EP0508509B1 - Verfahren zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn in einem elektrostatischen Abscheider - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn in einem elektrostatischen Abscheider Download PDF

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EP0508509B1
EP0508509B1 EP92200725A EP92200725A EP0508509B1 EP 0508509 B1 EP0508509 B1 EP 0508509B1 EP 92200725 A EP92200725 A EP 92200725A EP 92200725 A EP92200725 A EP 92200725A EP 0508509 B1 EP0508509 B1 EP 0508509B1
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Ralph Hundertmark
Heinrich Böcker
Helmut Schummer
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68—Control systems therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the optimal number of breakdowns per unit time Ds n in an electrostatic precipitator.
  • GB-A-981147 describes a method for automatic voltage control in an electrostatic precipitator, in which a continuous measurement of the voltage profile is carried out during operation and the voltage difference between the respective breakdown voltage and the voltage which is actually set is continuously calculated. The voltage difference determined in this way is compared with a predetermined voltage difference. If the specified voltage difference is greater than the determined one, the voltage applied in the electrostatic precipitator is increased. If the specified voltage difference is smaller than the determined one, the voltage applied in the electrostatic precipitator is reduced. In this method, the voltage difference determined is varied by varying the voltage applied until it coincides with the predetermined voltage difference.
  • GB-A-956783 describes a method for regulating the voltage of an electrostatic precipitator, in which the intensity of each breakdown is measured during a certain period of time. The individual measured values are summed up and compared with a specified value. The voltage in the electrostatic precipitator is increased if the sum is less than the specified value. If the total is greater than the specified value, the voltage in the electrostatic precipitator is reduced. In this process, the quantity is called 'intensity' understand the electrical charge flowing between the precipitation electrodes during the individual breakdowns in a certain time interval.
  • DE-B-1154076 describes a device for contactless, constant voltage regulation of electrostatic precipitators as a function of the number of flashovers, in which an arrangement for comparing an actual value formed by integrating the flashovers in a memory with a continuous or pulse-shaped - preferably on a memory - Provided setpoint is provided, which actuates the actuator for the separator voltage when a control deviation occurs.
  • the electrical quantities derived from the rollover setpoint and rollover actual values are applied to the control lines of at least one magnetic amplifier provided as a comparison arrangement in such a way that the output signal of the magnetic amplifier immediately delivers the control deviation signal for the contactless, continuous control of the separator voltage.
  • the invention has for its object to provide a method for determining the optimal number of breakthroughs per unit time Ds n in an electrostatic precipitator, which can be carried out relatively quickly and in which an adaptation to fluctuating parameters of the exhaust gas, such as temperature and concentration of the Pollutants is possible.
  • the object underlying the invention is achieved by a method for determining the optimal number of breakthroughs per unit time Ds n in an electrostatic precipitator, in which in a first step an arbitrarily selected number of breakthroughs per unit time Ds1 is specified and up to a point in time t1 individual values of the values that arise during operation Breakdown voltage U1 D can be determined as a function of time t and at which the values be determined, then the value is determined and in a second step an arbitrarily selected number of breakdowns per unit time Ds2 is specified and up to a point in time t2 the individual values of the voltage U2 arising during operation are determined, the individual values of the breakdown voltage U2 D as a function of Time t can be determined and at which the values be determined, then the value is determined, the values Vh1 and Vh2 are compared with each other and then n - 2 further steps are carried out, the values Vh3 to Vh n being determined in a corresponding manner and for each different choice of the number of breakthroughs per unit time D
  • the optimal number of breakdowns per unit time Ds n is to be understood as the number of breakdowns per unit time whose specification specifies the greatest efficiency of the electrostatic precipitator. With the proposed method, the optimal number of breakthroughs per unit time Ds n can be determined both in a wet electro separator and in a dry electro separator.
  • the voltage U1 which arises during operation is to be understood as those voltages which are determined in the first step of the method for determining the optimal number of breakdowns per unit time Ds n in the electrostatic precipitator.
  • the breakdown voltage U1 D is to be understood as those voltages in the first step at which a voltage drop occurs immediately after their setting. The voltage usually drops to a residual voltage.
  • the voltages U2 and U2 D are correspondingly related to the second step of the method for determining the optimal number of breakdowns per unit time Ds n .
  • the method according to the invention allows the optimum number of penetrations per unit time Ds n to be determined relatively quickly, with fluctuations in the exhaust gas with regard to the temperature and concentration of the pollutants being taken into account.
  • the breakdown voltages in the i-th step of the method for determining the optimal number of breakdowns per unit time Ds n are to be understood as Ui D.
  • Ui means the voltages that arise in the i-th step.
  • the efficiency of an electrostatic precipitator is a function of the effective rate of migration of the individual dust particles for a given separation area of the precipitation electrodes and for a given throughput of the exhaust gas.
  • This effective migration speed is in turn a function of the voltage Ui raised to 2.
  • Fig. 1 shows the breakdown voltage Ui D as a function of time t.
  • 3a, 3b, 3c, 3d schematically show the value Vh i as a function of the number of breakdowns per time unit Ds i .
  • Fig. 1 the breakdown voltage Ui D is shown as a function of time t with the hatched area (2) under the breakdown voltage curve (1).
  • n corresponds to the area of the hatched area (2) in the time interval t i-1 to t i to the value Fmax i.
  • the breakdown voltage curve (1) which describes the functional relationship between the breakdown voltage Ui D and the time t, is also shown in dashed lines.
  • the area of the hatched area (4) under the voltage curve (3) corresponds to the value Fact i .
  • the voltage Ui is first increased until it reaches the value of the breakdown voltage Ui D.
  • the values Vh3 and Vh2 are compared in a corresponding manner and the corresponding number of breakthroughs per time unit Ds4 for the fourth step is selected and specified accordingly.
  • the areas of the hatched areas (2) and (4) are the same, so that a value of 1 results for Vh i .
  • the optimum number of breakthroughs per unit time Ds n is reached when the value Vh i can no longer be increased by further steps and the value Vh n is thus reached.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein verfahren zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn in einem elektrostatischen Abscheider.
  • Verfahren zur Optimierung der Abscheidung von Schadstoffen in elektrostatischen Abscheidern sind bekannt. In der GB-A-981147 wird ein Verfahren zur automatischen Spannungskontrolle in einem elektrostatischen Abscheider beschrieben, bei dem eine kontinuierliche Messung des Spannungsverlaufs während des Betriebs durchgeführt wird und laufend eine Berechnung der Spannungsdifferenz zwischen der jeweiligen Durchschlagsspannung und der sich tatsächlich einstellenden Spannung erfolgt. Die so ermittelte Spannungsdifferenz wird mit einer vorgegebenen Spannungsdifferenz verglichen. Ist die vorgegebene Spannungsdifferenz größer als die ermittelte, so wird die im elektrostatischen Abscheider angelegte Spannung erhöht. Ist die vorgegebene Spannungsdifferenz kleiner als die ermittelte, so wird die im elektrostatischen Abscheider angelegte Spannung vermindert. Bei diesem Verfahren wird die ermittelte Spannungsdifferenz durch Variation der angelegten Spannung so lange verändert, bis sie sich mit der vorgegebenen Spannungsdifferenz deckt.
  • In der GB-A- 956783 wird ein Verfahren zur Regelung der Spannung eines elektrostatischen Abscheiders beschrieben, bei dem die Intensität eines jeden Durchschlags während einer bestimmten Zeitperiode gemessen wird. Die einzelnen Meßwerte werden summiert und mit einem vorgebenen Wert verglichen. Die Spannung im elektrostatischen Abscheider wird erhöht, wenn die Summe kleiner ist als der vorgebene Wert. Ergibt sich eine Summe, die größer als der vorgegebene Wert ist, so wird die Spannung im elektrostastischen Abscheider vermindert. Bei diesem Verfahren ist unter der Bezeichnung 'Intensität' die Menge der zwischen den Niederschagselektroden während der einzelnen Durchschläge in einem bestimmten Zeitintervall fließenden elektrischen Ladung zu verstehen.
  • Die DE-B-1154076 beschreibt eine Einrichtung zur kontaktlos stetigen Spannungsregelung von elektrostatischen Abscheidern in Abhängigkeit von der Zahl der Überschläge, bei der eine Anordnung zum Vergleich eines durch Integration der Überschläge in einem Speicher gebildeten Istwerts mit einem kontinuierlich oder impulsförmig - vorzugsweise auf einen Speicher - aufgegebenen Sollwert vorgesehen ist, die beim Auftreten einer Regelabweichung das Stellglied für die Abscheiderspannung betätigt. Bei diesem Verfahren werden die von den Überschlagssoll- und Überschlagsistwerten abgeleiteten elektrischen Größen derart an die Steuerleitungen von mindestens einem als Vergleichsanordnung vorgesehenen Magnetverstärker gelegt, daß das Ausgangssignal des Magnetverstärkers unmittelbar das Regelabweichungssignal für die kontaktlos stetige Regelung der Abscheiderspannung liefert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn in einem elektrostatischen Abscheider zu schaffen, das relativ schnell durchgeführt werden kann und bei dem eine Anpassung an schwankende Parameter des Abgases, wie beispielsweise Temperatur und Konzentration der Schadstoffe möglich ist.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn in einem elektrostatischen Abscheider gelöst, bei dem in einem ersten Schritt eine willkürlich gewählte Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Ds₁ vorgegeben wird und bis zu einem Zeitpunkt t₁ die einzelnen Werte der sich im Betrieb einstellenden Durchschlagsspannung U1D als Funktion der Zeit t bestimmt werden und bei dem die Werte
    Figure imgb0001
    ermittelt werden, anschließend der Wert
    Figure imgb0002
    ermittelt wird und bei dem in einem zweiten Schritt eine willkürlich gewählte Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Ds₂ vorgegeben wird und bis zu einem Zeitpunkt t₂ die einzelnen Werte der sich im Betrieb einstellenden Spannung U2 ermittelt werden, wobei die einzelnen Werte der Durchschlagsspannug U2D als Funktion der Zeit t bestimmt werden, und bei dem die Werte
    Figure imgb0003
    ermittelt werden, anschließend der Wert
    Figure imgb0004
    ermittelt wird, die Werte Vh₁ und Vh₂ miteinander verglichen werden und anschließend n - 2 weitere Schritte durchgeführt werden, wobei in entsprechender Weise die Werte Vh₃ bis Vhn ermittelt werden und für die jeweils unterschiedliche Wahl der Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Ds₃ bis Dsn die folgenden Bedingungen gelten:
    Figure imgb0005
  • Unter der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn ist diejenige Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit zu verstehen, bei deren Vorgabe der Wirkungsgrad des elektrostatischen Abscheiders am größten ist. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren läßt sich die optimale Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn sowohl in einem Naßelektroabscheider als auch in einem Trockenelektroabscheider bestimmen. Unter der sich im Betrieb einstellenden Spannung U1 sind diejenigen Spannungen zu verstehen, die im ersten Schritt des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn im elektrostatischen Abscheider ermittelt werden. Unter der Durchschlagsspannung U1D sind diejenigen Spannungen im ersten Schritt zu verstehen, bei denen es unmittelbar nach ihrer Einstellung zu einem Spannungsabfall kommt. Dabei sinkt die Spannung in der Regel auf eine Restspannung ab. Die Spannungen U2 und U2D sind in entsprechender Weise auf den zweiten Schritt des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn bezogen.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die optimale Anzahl von Duchschlägen pro Zeiteinheit Dsn relativ schnell bestimmen läßt, wobei Schwankungen im Abgas hinsichtlich Temperatur, Konzentration der Schadstoffe berücksichtigt werden.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die einzelnen Zeitspannen zwischen den Zeitpunkten ti-1 bis ti mit i = 1 bis n 10 bis 300 Sekunden umfassen. Dadurch ist gewährleistet, daß die Schwankungen im Abgas hinsichtlich Temperatur und Konzentration der Schadstoffe in ausreichendem Maße erfaßt und berücksichtigt werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Werte Vhi als Quotient
    Figure imgb0006
    ermittelt, wobei gilt:
    Figure imgb0007
       mit i = 1 bis n.
  • Mit UiD sind die Durchschlagsspannungen im i-ten Schritt des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn zu verstehen. Mit Ui sind die sich im i-ten Schritt einstellenden Spannungen gemeint.
  • Der Wirkungsgrad eines elektrostatischen Abscheiders ist bei vorgegebener Abscheidefläche der Niederschlagselektroden und bei einem vorgegebenen Durchsatz des Abgases eine Funktion der effektiven Wanderungsgeschwindigkeit der einzelnen Staubpartikel. Diese effektive Wanderungsgeschwindigkeit wiederum ist eine Funktion der mit 2 potenzierten Spannung Ui. Durch das Einbringen des Korrekturfaktors Ci läßt sich die Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der mit 2 potenzierten Spannung Ui berücksichtigen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (Fig. 1 bis 3) näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt die Durchschlagsspannung UiD als Funktion der Zeit t.
  • Fig. 2 zeigt die sich im Betrieb einstellende Spannung Ui als Funktion der Zeit t.
  • Fig. 3a, 3b, 3c, 3d zeigen schematisch den Wert Vhi als Funktion der Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsi.
  • In Fig. 1 ist die Durchschlagsspannung UiD als Funktion der Zeit t mit der schraffierten Fläche (2) unter der Durchschlagsspannungskurve (1) dargestellt. Bei dem i-ten Schritt des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn entspricht der Flächeninhalt der schraffierten Fläche (2) im Zeitintervall ti-1 bis ti dem Wert Fmaxi.
  • In Fig. 2 ist die sich im Betrieb einstellende Spannung Ui als Funktion der Zeit t mit der Spannungskurve (3) dargestellt. Ferner ist die Durchschlagsspannungskurve (1), die den funktionellen Zusammenhang zwischen der Durchschlagsspannung UiD und der Zeit t beschreibt, gestrichelt dargestellt. In einem i-ten Schritt des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn entspricht der Flächeninhalt der schraffierten Fläche (4) unter der Spannungskurve (3) dem Wert Fakti. Bei jedem einzelnen Schritt des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn wird zunächst die Spannung Ui erhöht, bis sie den Wert der Durchschlagsspannung UiD erreicht. Dies geschieht, wenn die Spannungskurve (3) die Durchschlagsspannungskurve (1), ausgehend vom Koordinatenursprung in positiver Richtung der Zeitachse (Abszisse), zum ersten Mal tangiert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Bei einem Durchschlag sinkt die Spannung schlagartig auf eine Restspannung (5) ab.
  • Nach Entionisierung des Abgases wird die Spannung gemäß der Spannungskurve (3) bis zum nächsten Durchschlag erhöht. Dabei wird in gleicher Weise solange verfahren, bis die vorgegebene Zeitspanne des Schrittes abgelaufen ist. Die einzelnen Werte Ui werden gemessen und die Spannungskurve (3) vollständig erstellt. Die Durchschlagsspannungskurve (1) wird mit Hilfe der einzelnen Werte UiD erstellt, die ja ebenfalls durch die laufende Messung der Spannung Ui bekannt sind. Dabei ist es vorteilhaft, die gemessenen Werte UiD entweder durch Geraden miteinander zu verbinden oder eine berechnete Funktion in Form einer Durchschlagsspannungskurve (1) anzugeben, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Nachdem die Flächeninhalte der schraffierten Flächen (2) und (4) berechnet worden sind, kann der Wert Vhi ermittelt werden. In der Praxis wird die Bestimmung der Werte Vhi von einem Rechner durchgeführt. An den einen Schritt des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn schließt sich unmittelbar der nächste Schritt an. Sind die ersten beiden Schritte durchgeführt worden, so liegen zwei Werte Vhi vor, die miteinander verglichen werden. Die Wahl der Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Ds₃ für den dritten Schritt erfolgt anschließend unter Beachtung der folgenden Bedingungen, die in Fig. 3 verdeutlicht werden:
    • a) Ist Vh₂ größer als Vh₁ und Ds₁ größer als Ds₂, wie in Fig. 3a dargestellt, so muß Ds₃ kleiner gewählt werden als Ds₂.
    • b) Ist Vh₂ größer als Vh₁ und Ds₁ kleiner als Ds₂, wie in Fig. 3b dargestellt, so muß Ds₃ größer als Ds₂ gewählt werden.
    • c) Ist Vh₂ kleiner als Vh₁ und Ds₁ größer als Ds₂, wie in Fig. 3c dargestellt, so muß Ds₃ größer als Ds₂ gewählt werden.
    • d) Ist Vh₂ kleiner als Vh₁ und Ds₁ kleiner als Ds₂, wie in Fig. 3d dargestellt, so muß Ds₃ kleiner als Ds₂ gewählt werden.
  • Ist der dritte Schritt des Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn durchgeführt, werden die Werte Vh₃ und Vh₂ in entsprechender Weise miteinander verglichen und die entsprechende Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Ds₄ für den vierten Schritt in entsprechender Weise gewählt und vorgegeben. Im Idealfall sind die Flächeninhalte der schraffierten Flächen (2) und (4) gleich, so daß sich für Vhi ein Wert von 1 ergibt. Die optimale Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn ist dann erreicht, wenn sich der Wert Vhi durch weitere Schritte nicht mehr vergrößern läßt und somit der Wert Vhn erreicht ist.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn in einem elektrostatischen Abscheider, bei dem in einem ersten Schritt eine willkürlich gewählte Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Ds₁ vorgegeben wird und bis zu einem Zeitpunkt t₁ die einzelnen Werte der sich im Betrieb einstellenden Spannung U1 ermittelt werden, wobei die einzelnen Werte der Durchschlagsspannung U1D als Funktion der Zeit t bestimmt werden und bei dem die Werte
    Figure imgb0008
     ermittelt werden, anschließend der Wert
    Figure imgb0009
     ermittelt wird und bei dem in einem zweiten Schritt eine willkürlich gewählte Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Ds₂ vorgegeben wird und bis zu einem Zeitpunkt t₂ die einzelnen Werte der sich im Betrieb einstellenden Spannung U2 ermittelt werden, wobei die einzelnen Werte der Durchschlagsspannug U2D als Funktion der Zeit t bestimmt werden, und bei dem die Werte
    Figure imgb0010
     ermittelt werden, anschließend der Wert
    Figure imgb0011
     ermittelt wird, die Werte Vh₁ und Vh₂ miteinander verglichen werden und anschließend n - 2 weitere Schritte durchgeführt werden, wobei in entsprechender Weise die Werte Vh₃ bis Vhn ermittelt werden und für die jeweils unterschiedliche Wahl der Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Ds₃ bis Dsn die folgenden Bedingungen gelten:
    Figure imgb0012
        mit i = 1 bis (n - 2).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die einzelnen Zeitspannen zwischen den Zeitpunkten ti-1 bis ti mit i = 1 bis n 10 bis 300 Sekunden umfassen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Werte Vhi als Quotient
    Figure imgb0013
     ermittelt werden, wobei gilt:
    Figure imgb0014
     mit i = 1 bis n.
EP92200725A 1991-04-10 1992-03-13 Verfahren zur Bestimmung der optimalen Anzahl von Durchschlägen pro Zeiteinheit Dsn in einem elektrostatischen Abscheider Expired - Lifetime EP0508509B1 (de)

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