EP0615466B1 - Verfahren zur entstaubung von rauchgasen - Google Patents

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Publication number
EP0615466B1
EP0615466B1 EP92924674A EP92924674A EP0615466B1 EP 0615466 B1 EP0615466 B1 EP 0615466B1 EP 92924674 A EP92924674 A EP 92924674A EP 92924674 A EP92924674 A EP 92924674A EP 0615466 B1 EP0615466 B1 EP 0615466B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
value
dust concentration
control
filter
electrostatic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP92924674A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0615466A1 (de
Inventor
Horst Onland
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Veba Kraftwerke Ruhr AG
Original Assignee
Veba Kraftwerke Ruhr AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Veba Kraftwerke Ruhr AG filed Critical Veba Kraftwerke Ruhr AG
Publication of EP0615466A1 publication Critical patent/EP0615466A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0615466B1 publication Critical patent/EP0615466B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 dedusting flue gases by means of an electrostatic precipitator, in which a direct voltage is applied to the electrostatic precipitator positioned in the flue gas to ionize the dust particles passing through it, the dust concentration being measured continuously at the outlet of the electrostatic precipitator, an upper target value and a lower target value for the dust concentration is predetermined and compared with one another in a comparator, and the upper setpoint is determined by the maximum permissible dust concentration and the lower setpoint by a predeterminable lower limit of the dust concentration.
  • Such a method is known from US 4284417.
  • This method provides that the measured dust concentration signal is compared with a selectable upper and a selectable lower limit value (target value), the upper and lower limit values defining a permissible dust concentration range for the exhaust gas.
  • target value selectable upper and a selectable lower limit value
  • the upper setpoint for the dust concentration roughly corresponds to the officially maximum tolerated value of the exhaust gas dust concentration, while the lower setpoint corresponds to such a dust concentration that is "sufficiently below the maximum permissible value to justify the reduction in the electrical power delivered to the spray electrodes".
  • the control circuit now works in the known method in such a way that the electrical power delivered to the spray electrodes is increased when the value of the dust concentration exceeds the upper limit value and is reduced when the dust concentration drops below the lower limit. So this well-known circuit sees before that as the only process parameter the voltage determining the power of the electrostatic precipitator is increased or decreased depending on the process conditions, so that the electrical power delivered to the spray electrodes can be varied in accordance with the change in voltage.
  • the object of the invention is to achieve the lowest possible dust concentration in such a method at every operating point of the electrostatic precipitator.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned above in that the comparator for the setpoint-actual value difference from a memory experimentally on a process with respect to dedusting efficiency and efficiency, previously determined process parameters are derived as signals for the control of the electrostatic filter, the Stored values are composed of several parameter groups, each forming individual control stages, and with an increasing number of control stages, a decreasing energization of the electrostatic filter takes place in such a way that with a dust concentration lying within the target values the current control level is maintained and that when the upper setpoint is exceeded, the parameters of the next lower control level and when the value falls below the lower setpoint, the parameters of the next higher control level are selected.
  • An essential feature of the solution according to the invention is that instead of a single parameter, certain parameter groups take over the process control, which are stored in a memory as previously determined process parameters.
  • These "previously determined process parameters” are groups or sets of parameters which were identified as optimal values in preliminary tests using a "model process”, ie as values which, under the given boundary conditions, have a good level of dust removal and are still sufficient Efficiency of the electrostatic precipitator.
  • these previously determined process parameters form, so to speak, a "basis of experience” or a "fingerprint” for process control.
  • Another essential feature of the invention is that these previously determined process parameters are arranged into parameter groups, in such a way that the energy input to the electrostatic precipitator decreases as the number of orders increases.
  • the optimum control level is selected depending on the operating condition (load on the power plant block).
  • the level of the measured direct current and voltage values the possibilities available in the voltage regulators for setting the voltage reduction magnitude and rate of rise after wipers that have occurred and the ability to suppress alternating voltage periods (clock ratio) are used to regulate the electrical separator.
  • the functions "pre-cleaning, medium cleaning and post-cleaning" of the electrostatic filter are each assigned separate storage sections in which the control stages are switched over in a coupled manner.
  • the optimization of the electrostatic filter process can be further improved in this way, since the regulation can be refined by dividing it into several function blocks.
  • control stages are coupled in the memories or memory sections assigned to the individual electrostatic filters, the actual value for the dust concentration, which is relevant for the control, being arithmetically averaged to the other dust concentrations measured at the respective filter outputs, use of the method according to the invention can also be achieved when several electrostatic precipitators are coupled, and the economy of the overall system can thus be further improved.
  • the dust concentration of the flue gases entering the chimney is measured as a further process variable and that the lowest control level is selected when this value exceeds a predefinable limit value.
  • This is a safety monitor that is activated if, for example, the failure of the flue gas desulfurization system causes the dust concentration at the chimney to become inadmissibly high, so that in this case the electrostatic precipitators are operated with the greatest possible electrical power consumption.
  • the switchover from one control stage to the other takes place only after a predeterminable waiting time has elapsed. This prevents short-term fluctuations in the dust concentration leading to undesirable oscillation of the control. This increases the stability of the control.
  • an electrostatic filter E is arranged in a flue gas flow denoted by R.
  • the electrostatic filter E is supplied by a high-voltage supply device H, which in turn is fed by a two-phase network.
  • the high-voltage supply device H is controlled via a comparator circuit V, which contains a measurement signal from a sensor as the actual value, which is arranged in the flue gas flow on the output side of the electrostatic precipitator E. The sensor thus measures the dust concentration present at the output of the electrostatic filter E.
  • the comparator circuit V also contains two inputs at which an upper setpoint target max and a lower target value target min can be entered.
  • a memory device S is assigned to the comparator circuit, in which parameter values are stored, which were determined experimentally using a sample process which is optimal in terms of economy.
  • the parameters are grouped into several control levels.
  • the lowest control level 1 contains those process parameters which have been determined to be optimal for a full dedusting performance of the electrostatic filter E.
  • the electrical powers that are supplied to the electrostatic filter E by means of the high-voltage supply device H decrease successively.
  • the highest control level corresponds to the lowest electrical consumption of the electrostatic precipitator E.
  • the measured values converted in the analog-digital converter are fed to a control circuit, the function of which will be explained in detail later.
  • the output of the control circuit is an interface, at the output of which command data are output, which select the corresponding parameter groups of the individual control stages as current process parameters for individual zones (pre-cleaning, medium cleaning and post-cleaning) of the respective electrostatic filters E1 and E2.
  • control loop After pressing the start button 1, the lowest control level in each zone is selected as the start value for the control process in program level 2.
  • the high-voltage supply device is thus pre-cleaned in relation to both electrostatic filters and to all three zones, Medium cleaning and post-cleaning operated with the highest possible electrical output.
  • program stage 3 the process data output by the output of the analog / digital converter is transferred to the control loop and subsequently queried as follows:
  • control stage 4 the question is asked whether the dust concentration in the chimney exceeds a specified upper limit. This is further below the limit value that is maximally permissible from an environmental point of view. If this is the case, the program is selected via the feedback loop to stage 2 in such a way that control stage 1 is set independently of the previously selected control stage. If this is not the case, the program step 5 below asks whether the total feed water quantity is less than a predetermined minimum value. If this is the case, this indicates that the power plant block in question is in the start-up or shutdown mode. Since economic considerations play less of a role than the best possible dedusting, control level 1 is also selected when the minimum value of the total feed water quantity is undershot in order to operate the electrostatic precipitators with the greatest possible electrical output.
  • control process first runs through a waiting element with a dead time of ten minutes, so that short-term failures of the measured values do not affect the entire process. If there is still a failure of the actual values after the waiting time has elapsed, it becomes independent of the previously selected control level by means of the program level 16 via the feedback to the program level 2, the control level 2 is selected as an "emergency program" before the program sequence is interrupted in program level 17 and a fault message is given to the wait in program level 18.
  • the mean value is subsequently formed in program stage 7 from the two actual values of the dust concentrations. This mean is considered the actual control variable in the following:
  • a query is made as to whether the mean value of the dust concentration is greater than the upper target value (cf. input variable target max in comparator stage V of FIG. 1). If this is the case, it means that the system is operated with too little dedusting power, so that the output variables of the high-voltage supply device H for supplying the electrostatic filters E1, E2 must be changed in such a way that a higher power is output.
  • the program first runs through a waiting element 10, which has a time delay of, for example, one minute. If the query result of program level 8 is corrected after the one-minute waiting period has elapsed so that the upper setpoint is no longer exceeded (logic output "No" from program level 10), the control level is not changed.
  • the previously selected control level is reduced by one step in program level 12, that is, to be driven with gradually increased performance.
  • the parameter groups belonging to the newly selected control level are called up via program level 14. The parameters are selected so that the highest possible degree of dust separation with the lowest possible electrical power consumption can be expected from the results previously determined experimentally in the optimal process.
  • program stage 9 queries whether the lower target value (target min at the input of the comparator circuit V in FIG. 1) is undershot.
  • the lower setpoint is set so that it represents an economic limit, ie that a lower dust concentration, if at all achievable, can only be achieved with intolerably high expenditure. The aim of the regulation is therefore not to let the dust concentration drop below the economically tolerable lower setpoint.
  • the control remains in the selected control level. If, however, this value is undershot, a waiting time element 11 is first run through again in order to avoid that short-term shortfalls in the lower setpoint value would lead to instability in the control process. If, after the waiting time has elapsed, the below displayed lower setpoint value is not confirmed, the selected control level remains unchanged.
  • control stage 11 confirms that the lower setpoint has been undershot, the control stage is increased by one step in the subsequent program stage 13, so that the energy supplied to the electrostatic filters is increased in steps is reduced and thus a corresponding saving in energy costs is achieved.
  • FIG. 4 An example of the parameterization of the individual control stages can be seen in FIG. 4. From this it can be seen that there are 14 control levels arranged vertically and that these 14 control levels are assigned individual parameter sets for pre-cleaning (2nd column), medium cleaning (3rd column) and post-cleaning (4th column), which have the program names F, 0,1,2,3,4 are designated.
  • control stage 14 for the pre-cleaning shows that the full direct voltage (100%), the full direct current (100%), a 70% voltage rise rate, a 10% voltage reduction quantity and a clock ratio are used such that three alternating voltage periods are masked out.
  • Corresponding parameter sets apply to the middle and subsequent cleaning.
  • FIG. 4 shows that the control parameters are not changed in the pre-cleaning and also in the cleaning agent, while the pulse ratio of the DC voltage is changed from 3 to 2 in the post-cleaning. Only the functional section "post-cleaning" thus requires an increase in energy, while the other functional sections remain unchanged.
  • FIG. 5 finally shows a measurement protocol which was recorded during a practical test of the dedusting method according to the invention in a typical load case of a power plant block.
  • the first column shows the time and the following four columns the corresponding values of the actual values recorded by the analog-digital converter in FIG. 2.
  • a maximum of the power to be made available by the power station block is between approximately 7:00 p.m. and 7:30 p.m.
  • the following column “Filter performance” corresponds to the electrical energy required to maintain the permissible dust values for feeding the electrostatic filters E1 and E2, which are each divided into three zones: pre-cleaning, central cleaning and post-cleaning.
  • the following columns show the respective programs in the individual filter zones of the two filters 1 and 2.
  • the program numbers correspond to those in the "Progr.” of Fig. 4.
  • the last column shows the control level selected at the respective time. From this it can be seen that in times of low load the economic control level 2 to about 6:35 p.m. is sufficient.
  • the power of the electrostatic precipitators is gradually increased until the highest power is reached at around 6:52 p.m. (control level 3).
  • the dedusting capacity provided in the electrostatic precipitators can then be withdrawn again until the most economical control stage 14 is finally reached again around 8.30 p.m.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entstaubung von Rauchgasen mittels Elektrofilter, bei dem der im Rauchgas positionierte Elektrofilter zur Ionisierung der ihn durchquerenden Staubpartikel mit einer Gleichspannung beaufschlagt wird, wobei die Staubkonzentration kontinuierlich am Ausgang des Elektrofilters gemessen wird, ein oberer Sollwert und ein unterer Sollwert für die Staubkonzentration vorgegeben und in einem Vergleicher miteinander verglichen werden, und wobei der obere Sollwert durch die maximal zulässige Staubkonzentration und der untere Sollwert durch eine vorgebbare Untergrenze der Staubkonzentration festgelegt sind.
  • Ein solches Verfahren ist aus der US 4284417 bekannt. Dieses Verfahren sieht vor, daß das gemessene Staubkonzentrationssignal mit einem wählbaren oberen und einem wählbaren unteren Grenzwert (Sollwert) verglichen wird, wobei oberer und unterer Grenzwert einen zulässigen Staubkonzentrationsbereich für das Abgas festlegen. Der obere Sollwert für die Staubkonzentration entspricht in etwa dem behördlich maximal tolerierten Wert der Abgasstaubkonzentration, während der untere Sollwert einer solchen Staubkonzentration entspricht, die "ausreichend unterhalb des maximal zulässigen Wertes liegt, um das Verringern der an die Sprühelektroden abgegebenen elektrischen Leistung zu rechtfertigen". In Abhängigkeit vom durchgeführten Vergleich zwischen dem Meßwert der Staubkonzentration und den vorgegebenen oberen und unteren Sollwerten arbeitet nun bei dem bekannten Verfahren die Regelschaltung so, daß die an die Sprühelektroden abgegebene elektrische Leistung vergrößert wird, wenn der Wert der Staubkonzentration den oberen Grenzwert überschreitet und verringert wird, wenn die Staubkonzentration unter den unteren Grenzwert abfällt. Diese bekannte Schaltung sieht also vor, daß als einziger Prozeßparameter die die Leistung des Elektrofilters/ Elektroabscheiders bestimmende Spannung je nach Prozeßbedingungen erhöht oder verrringert wird, so daß sich die an die Sprühelektroden abgegebene elektrische Leistung entsprechend der Spannungsänderung variieren läßt.
  • Mit dem bekannten Verfahren ist es also möglich, die Staubkonzentration unterhalb des behördlich festgelegten Maximalwertes zu halten, d.h., daß der obere Grenzwert nicht überschritten wird. Andererseits wird bei dem bekannten Verfahren bewußt eine Erhöhung der Staubkonzentration im Abgas in Kauf genommen, wenn hierdurch Leistung für den Elektroabscheider eingespart werden kann. Mit anderen Worten wird bei diesem Verfahren die Regelung stets so betrieben, daß der Elektroabscheider hinsichtlich seiner Wirkung möglichst nahe am oberen Grenzwert arbeitet, da hierbei einerseits die behördlichen Auflagen erfüllt sind, andererseits aber eine möglichst niedrige Leistungsbeaufschlagung des Elektroabscheiders gegeben ist. Die Leistungsverringerung beim Stand der Technik geht also eindeutig auf Kosten der ökölogischen Bedingungen.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem solchen Verfahren in jedem Arbeitspunkt des Elektroabscheiders eine möglichst geringe Staubkonzentration zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß von dem Vergleicher für die Soll-Istwertdifferenz aus einem Speicher experimentell an einem hinsichtlich Entstaubungsgrad und Wirkungsgrad optimalen Prozeß im voraus ermittelte Prozeßparameter als Signale für die Regelung des Elektrofilters abgeleitet werden, wobei die Speicherwerte aus mehreren, jeweils einzelne Regelstufen bildenden Parametergruppen zusammengesetzt sind, und wobei mit ansteigender Ordnungszahl der Regelstufen eine abnehmende Engergiebeaufschlagung des Elektrofilters erfolgt derart, daß bei einer innerhalb der Sollwerte liegenden Staubkonzentration die aktuelle Regelstufe beibehalten wird und daß beim Überschreiten des oberen Sollwertes die Parameter der nächst niedrigeren Regelstufe und beim Unterschreiten des unteren Sollwertes die Parameter der nächst höheren Regelstufe ausgewählt werden. Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung ist es, daß anstelle einers einzelnen Parameters bestimmte Parametergruppen die Prozeßsteuerung übernehmen, welche als vorab ermittelte Prozeßparameter in einem Speicher abgelegt sind. Bei diesen "vorab ermittelten Prozeßparametern" handelt es sich um solche Gruppen oder Sätze von Parametern, die in vorversuchen anhand eines "Modellprozesses" als Optimalwerte erkannt wurden, d.h., als solche Werte, die unter den gegebenen Randbedingungen zu einem guten Entstaubungsgrad und gleichwohl noch hinreichendem Wirkungsgrad des Elektroabscheiders geführt haben. Diese vorab ermittelten Prozeßparameter bilden im folgenden sozusagen eine "Erfahrungsgrundlage" oder einen "Fingerabdruck" für die Prozeßsteuerung.
  • Weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß diese vorab ermittelten Prozeßparameter zu Parametergruppen geordnet werden, und zwar derart, daß mit ansteigender Ordnungzahl die Energiebeaufschlagung des Elektroabscheiders abnimmt.
  • Je nach Beriebszustand (Belastung des Kraftwerkblockes) erfolgt eine Auswahl der optimalen Regelstufe.
  • Vorteilhaft ist es dabei, daß zur Regelung des Elektroabscheiders die Höhe der gemessenen Gleichstrom und - spannungswerte, die in den Spannungsreglern vorhandenen Möglichkeiten der Einstellung von Spannungsabsenkgröße und Anstiegsgeschwindigkeit nach aufgetretenen Wischern und Ausblendbarkeit von Wechselspannungsperioden (Taktverhältnis) verwendet werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß den Funktionen "Vorreinigung, Mittelreinigung und Nachreinigung" des Elektrofilters jeweils separate Speicherabschnitte zugeordnet sind, in denen eine Umschaltung der Regelstufen gekoppelt erfolgt.
  • Die Optimierung des Elektrofilterprozesses läßt sich hierdurch noch weiter verbessern, da eine Verfeinerung der Regelung durch eine Aufteilung in mehrere Funktionsblöcke ermöglicht wird.
  • Wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem mehrere Elektrofilter hintereinander geschaltet sind, die Umschaltung der Regelstufen in den den einzelnen Elektrofiltern zugeordneten Speichern bzw. Speicherabschnitten gekoppelt erfolgt, wobei der für die Regelung maßgebliche Istwert für die Staubkonzentration durch arithmetische Mittelung der an den jeweiligen Filterausgängen gemessenen Staubkonzentrationen erfolgt, läßt sich auch bei Kopplung mehrerer Elektrofiltereinheiten ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichen und somit die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage weiter verbessern.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, daß als weitere Prozeßgröße die Staubkonzentration der in den Kamin eintretenden Rauchgase gemessen wird und daß dann, wenn dieser Wert einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, die niedrigste Regelstufe ausgewählt wird. Hierbei handelt es sich um eine Sicherheitsüberwachung, die angesprochen wird, wenn beispielsweise durch den Ausfall der Rauchgasentschwefelungsanlage die Staubkonzentration am Kamin unzulässig hoch wird, so daß in diesem Fall die Elektrofilter mit größtmöglicher elektrischer Leistungsaufnahme betrieben werden.
  • Auch im An- und Abfahrbetrieb des Kraftwerkblockes ist es erforderlich, die Elektrofilter auf maximal mögliche elektrische Leistungsaufnahme umzuschalten. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß als weitere Prozeßgröße die Speisewassermenge im Kraftwerk gemessen wird und daß dann, wenn diese einen vorgegebenen unteren Grenzwert unterschreitet, die niedrigste Regelstufe gewählt wird. Anhand der Unterschreitung des Minimalwertes der Speisewassermenge wird beim erfindungsgemäßen Verfahren erkannt, daß vom regulären Arbeitszustand zum AnAbfahrbetrieb übergegangen werden muß.
  • Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung erfolgt die Umschaltung von einer Regelstufe auf die andere erst nach Ablauf einer vorgebbaren Wartezeit. Hierdurch wird verhindert, daß kurzfristige Schwankungen der Staubkonzentration zu unerwünschtem Pendeln der Regelung führen. Somit erhöht sich die Stabilität der Regelung.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert:
  • Dabei zeigen
    • Figur 1
    ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Entstaubungsverfahrens,
    Figur 2
    ein Funktionsschaubild zur Erläuterung des Aufbaus einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Entstaubungsverfahrens
    Figur 3
    ein Flußdiagramm für das erfindungsgemäße Entstaubungsverfahren,
    Figur 4
    eine Wertetabelle des Speichers für die experimentell vorausbestimmten Prozeßparameter, aufgeteilt in 14 Regelstufen
    und
    Figur 5
    ein Meßprotokoll zur Erläuterung der Funktion des erfindungsgemäßen Entstaubungsverfahrens.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Elektrofilter E in einem mit R bezeichneten Rauchgasstrom angeordnet. Der Elektrofilter E wird von einer Hochspannungsversorgungseinrichtung H versorgt, welches wiederum von einem Zweiphasennetz gespeist wird. Die Ansteuerung der Hochspannungsversorgungseinrichtung H erfolgt über eine Vergleicherschaltung V, welche als Istwert ein Meßsignal von einem Sensor enthält, welcher im Rauchgasstrom ausgangsseitig des Elektrofilters E angeordnet ist. Der Sensor mißt somit die am Ausgang des Elektrofilters E vorhandene Staubkonzentration. Die Vergleicherschaltung V enthält ferner zwei Eingänge, an denen ein oberer Sollwert Sollmax und ein unterer Sollwert Sollmin eingegeben werden können. Der Vergleicherschaltung zugeordnet ist eine Speichereinrichtung S, in der Parameterwerte abgespeichert sind, welche experimentell an einem hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit optimalen Musterprozeß bestimmt wurden.
  • Die Parameter sind gruppenweise geordnet in mehrere Reglestufen unterteilt. Dabei beinhaltet die niedrigste Regelstufe 1 diejenigen Prozeßparameter, die für eine volle Entstaubungsleistung des Elektrofilters E als optimal ermittelt wurden. Mit zunehmender Ordnungszahl der Regelstufen nehmen die elektrischen Leistungen, die dem Elektrofilter E mittels der Hochspannungsversorgungseinrichtung H zugeführt werden, sukzessiv ab. Schließlich entspricht die höchste Regelstufe dem geringsten elektrischen Verbrauch des Elektrofilters E.
  • Die im Speicher S abgespeicherten Parametergruppen beeinflussen folgende Ausgangsgrößen der Hochspannungsversorgungseinrichtung:
    • Größe der Ausgangsgleichspannung
    • Größe des Ausgangsgleichstromes
    • Wert der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit nach aufgetretenen Wischern
    • Wert der Spannungsabsenkgröße nach aufgetretenen Wischern und
    • Taktverhältnis der Ausgangsgleichspannung
    Während Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Entstaubungsverfahrens zeigt, wird nun anhand der Figuren 2 und 3 eine konkretere Ausführungsform geschildert, die sich von dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild dadurch unterscheidet, daß einerseits zwei Elektrofilter E1 und E2 hintereinander geschaltet im Rauchgasstrom R vorhanden sind und desweiteren dadurch, daß jeder Elektrofilter E1, E2 in drei Funktionszonen unterteilt ist, nämlich jeweils Vorreinigung (Vor), Mittelreinigung (Mittel) und Nachreinigung (Nach).
  • Der prinzipielle Aufbau des Regelsystems ist dadurch gebildet, daß die zu messenden Prozeßgrößen zunächst einem Analogdigitalwandler zugeführt werden. Die gemessenen Prozeßgrößen sind:
    • die Staubkonzentration am Ausgang des Elektrofilters 1,
    • die Staubkonzentration am Ausgang des Elektrofilters 2,
    • die Gesamtspeisewassermenge des zugehörigen Kraftwerksblocks
      und
    • die Staubkonzentration im Kamin, also dort wo die entstaubten Rauchgase in die Umgebung austreten.
  • Die im Analogdigitalwandler umgewandelten Meßwerte werden einem Regelkreis zugeführt, dessen Funktion später im einzelnen erläutert wird. Den Ausgang des Regelkreises bildet eine Schnittstelle, an deren Ausgang Befehlsdaten ausgegeben werden, die für einzelne Zonen (Vorreinigung, Mittelreinigung und Nachreinigung) der jeweiligen Elektrofilter E1 und E2 die entsprechenden Parametergruppen der einzelnen Regelstufen als aktuelle Prozeßparameter auswählen.
  • Die Funktion des Regelkreises ist wie folgt:
    Nach Betätigung der Starttaste 1 wird als Startwert für das Regelverfanren in Programmstufe 2 als Anfangswert die niedrigste Regelstufe in jeder Zone ausgewählt. Somit wird die Hochspannungsversorgungseinrichtung im Bezug auf beide Elektrofilter und auf alle drei Zonen Vorreinigung, Mittelreinigung und Nachreinigung mit höchstmöglicher elektrischer Leistung betrieben.
  • In Programmstufe 3 werden die vom Ausgang des Analogdigitalwandlers ausgegebenen Prozeßdaten in den Regelkreis übertragen und nachfolgend wie folgt abgefragt:
  • Zunächst erfolgt in Programmstufe 4 die Abfrage, ob die Staubkonzentration im Kamin einen festgelegten oberen Grenzwert überschreitet. Dieser liegt weiter unterhalb desjenigen Grenzwertes der aus Umweltgesichtspunkten maximal zulässig ist. Wenn dies der Fall ist, wird das Programm über die Rückkopplungsschleife zu Stufe 2 so gewählt, daß Regelstufe 1 unabhängig von der vorher ausgewählten Regelstufe eingestellt wird. Wenn dies nicht der Fall ist, wird im folgenden in Programmstufe 5 abgefragt, ob die Gesamtspeisewassermenge kleiner ist als ein vorgegebener Minimalwert. Wenn dies der Fall ist, deutet das darauf hin, daß sich der betreffende Kraftwerksblock im Anfahr- oder Abfahrbetrieb befindet. Da hierbei wirtschaftliche Gesichtspunkte weniger eine Rolle spielen als eine möglichst gute Entstaubung, wird bei Unterschreitung des Minimalwertes der Gesamtspeisewassermenge ebenfalls die Regelstufe 1 ausgewählt, um die Elektrofilter mit größtmöglicher elektrischer Leistung zu betreiben.
  • Wenn dies nicht der Fall ist, wird zunächst in Programmstufe 6 überprüft, ob möglicherweise die von den Sensoren gemessenen Istwerte für die Staubkonzentrationen am Ausgang der jeweiligen Elektrofilter E1, E2 ausgefallen sind. Wenn dies der Fall ist, durchläuft der Regelprozeß zunächst ein Wartezeitglied mit einer Totzeit von zehn Minuten, damit sich kurzfristige Ausfälle der Meßwerte nicht auf den gesamten Prozeß auswirken. Wenn nach Ablauf der Wartezeit immer noch ein Ausfall der Istwerte vorhanden ist, wird wiederum unabhängig von der zuvor angewählten Regelstufe mittels der Programmstufe 16 über die Rückkopplung zur Programmstufe 2 die Regelstufe 2 als "Notprogramm" ausgewählt, bevor in Programmstufe 17 der Programmablauf unterbrochen und in Programmstufe 18 eine Störmeldung zur Warte gegeben wird.
  • Nach Beheben der Störung kann der Programmablauf mit Stufe 1 wieder neu gestartet werden.
  • Wenn in Programmstufe 6 festgestellt wird, daß die Istwerte für die Staubkonzentration der Elektrofilter E1, E2 vorhanden sind, wird im folgenden in Programmstufe 7 der Mittelwert gebildet aus den beiden Istwerten der Staubkonzentrationen. Dieser Mittelwert wird im folgenden als die eigentliche Regelgröße betrachtet:
  • Zunächst erfolgt in Programmstufe 8 eine Abfrage, ob der Mittelwert der Staubkonzentration größer ist als der obere Sollwert (vgl. Eingangsgröße Sollmax in Vergleicherstufe V von Figur 1). Wenn dies der Fall ist, bedeutet das, daß die Anlage mit zu geringer Entstaubungsleistung betrieben wird, so daß im Endeffekt die Ausgangsgrößen der Hochspannungsversorgungseinrichtung H zur Versorgung der Elektrofilter E1, E2 so geändert werden müssen, daß eine höhere Leistung abgegeben wird. Um jedoch kurzfristige Schwankungen in der Staubkonzentration auszuschließen, durchläuft das Programm zunächst ein Warteglied 10, welches eine Zeitverzögerung von beispielsweise einer Minute hat. Wenn nach Ablauf der einminütigen Wartezeit das Abfrageergebnis der Programmstufe 8 dahingehend korrigiert wird, daß der obere Sollwert nicht mehr überschritten wird (logischer Ausgang "Nein" von programmstufe 10) erfolgt keine Änderung der Regelstufe.
  • Wenn dies jedoch der Fall ist, wird in Programmstufe 12 die bisher ausgewählte Regelstufe um einen Schritt verringert, d.h. daß mit schrittweise erhöhter Leistung gefahren werden soll. Die zu der neu ausgewählten Regelstufe gehörigen Parametergruppen werden über Programmstufe 14 abgerufen. Dabei sind die Parmetrierungen so gewählt, daß sich aus den zuvor experimentell am Optimalprozeß bestimmten Ergebnissen ein höchstmöglicher Abscheidungsgrad von Staub bei möglichst geringer elektrischer Leistungsaufnahme erwarten läßt.
  • Wenn andererseits in Programmstufe 8 festgestellt wird, daß der Mittelwert der Staubkonzentration geringer ist als der der obere Sollwert, wird über die Programmstufe 9 abgefragt, ob der untere Sollwert (Sollmin am Eingang der Vergleicherschaltung V in Fig. 1) unterschritten wird. Der untere Sollwert ist dabei so festgelegt, daß er eine wirtschaftliche Grenze darstellt, d.h., daß eine niedrigere Staubkonzentration, wenn überhaupt erreichbare, nur mit untolerierbar hohem Aufwand erreicht wird. Es ist also das Bestreben der Regelung, die Staubkonzentration nicht unter den wirtschaftlich tolerierbaren unteren Sollwert absinken zu lassen.
  • Wenn die untere Sollwertgrenze nicht unterschritten wird, verbleibt die Regelung in der ausgewählten Regelstufe. Wenn dieser Wert jedoch unterschritten wird, erfolgt wiederum zunächst das Durchlaufen eines WartezeitgliedeS 11, um zu vermeiden, daß kurzfristige Unterschreitungen des unteren Sollwertes zu einer Instabilität des Regelvorganges führen würden. Wenn nach Ablauf der Wartezeit die zuvor angezeigte Unterschreitung des unteren Sollwertes nicht bestätigt wird, bleibt die ausgewählte Regelstufe unverändert.
  • Wenn die programmstufe 11 jedoch die Unterschreitung des unteren Sollwertes bestätigt, wird in der nachfolgenden Programmstufe 13 die Regelstufe um einen Schritt erhöht, so daß die den Elektrofiltern zugeführte Energie schrittweise reduziert wird und somit eine entsprechende Einsparung bei den Energiekosten erreicht wird.
  • Wie oben beschrieben, ergibt sich somit in Abhängigkeit von den gemessenen Prozeßgrößen eine automatische Anpassung der den Elektrofiltern zugeführten elektrischen Leistungen mit Hinblick auf die notwendige Entstaubung.
  • Ein Beispiel für die Parametrierungen der einzelnen Regelstufen ist der Figur 4 zu entnehmen. Hieraus ist erkennbar, daß vertikal geordnet 14 Regelstufen vorgesehen sind und daß diesen 14 Regelstufen zugeordnet einzelne Parametersätze für die Vorreinigung (2. Spalte), Mittelreinigung (3. Spalte) und Nachreinigung (4. Spalte) vorgesehen sind, die mit den Programmnamen F,0,1,2,3,4 bezeichnet sind.
  • Beispielsweise zeigt Regelstufe 14 für die Vorreinigung, daß mit der vollen Gleichspannung (100 %), dem vollen Gleichstrom (100 %), einer 70%igen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, einer 10%igen Spannungsabsenkgröße und einem solchen Taktverhältnis gearbeitet wird, daß drei Wechselspannungsperioden ausgeblendet werden. Entsprechende Parametersätze gelten für die Mittel- und Nachreinigung. Beim Übergang von Regelstufe 14 zu Regelstufe 13 zeigt Figur 4, daß die Regelparameter in der Vorreinigung und ebenso in der Mittelreinigung nicht verändert werden, während in der Nachreinigung das Taktverhältnis der Gleichspannung von 3 auf 2 verändert wird. Nur der Funktionsabschnitt "Nachreinigung" erfordert somit eine Energieerhöhung, während die übrigen Funktionsabschnitte unverändert bleiben.
  • Entsprechend den in Figur 4 dargestellten Parameterwerten ändern sich bei einer Abänderung der ausgewählten Regelstufe jeweils immer nur die Parameter eines der drei Funktionsblöcke, zumindest bis Regelstufe 2 erreicht wird. Bei der nachfolgenden Regelstufe für die größtmögliche Leistung (Regelstufe 1) werden hingegen die Parametrierungen in allen drei Funktionsblöcken geändert.
  • Figur 5 zeigt schließlich ein Meßprotokoll, welches bei einer praktischen Erprobung des erfindungsgemäßen Entstaubungsverfahrens bei einem, typischen Lastfall eines Kraftwerksblockes aufgezeichnet wurde. Dabei zeigt die erste Spalte die Uhrzeit und die nachfolgenden vier Spalten die entsprechenden Werte der von dem Analogdigitalwandler in Fig. 2 aufgenommenen Istgrößen. Anhand der Speisewassermenge läßt sich erkennen, daß ein Maximum der vom Kraftwerksblock zur Verfügung zu stellenden Leistung etwa zwischen 19.00 Uhr und 19.30 Uhr liegt.
  • Die nachfolgende Spalte "Leistung Filter" entspricht der zur Einhaltung der zulässigen Staubwerte erforderlichen elektrischen Energie zur Speisung der Elektrofilter E1 und E2, die jeweils in drei Zonen Vorreinigung, Mittelreinigung und Nachreinigung aufgeteilt sind. Die folgenden Spalten zeigen die jeweiligen Programme in den einzelnen Filterzonen der beiden Filter 1 und 2. Die Programmziffern entsprechen denjenigen in den Spalten "Progr." von Fig. 4. Die letzte Spalte zeigt, die zur jeweiligen Uhrzeit ausgewählte Regelstufe. Hieraus ist erkennbar, daS in Zeiten geringer Last die wirtschaftliche Regelstufe 14 bis etwa 18.35 Uhr ausreicht. Anschließend wird die Leistung der Elektrofilter schrittweise erhöht, bis etwa um 18.52 Uhr die beim Lastfall höchste Leistung erreicht wird (Regelstufe 3). Anschließend kann die in den Elektrofiltern zur Verfügung gestellte Entstaubungsleistung wieder zurückgenommen werden, bis schließlich gegen 20.30 Uhr wieder die wirtschaftlichste Regelstufe 14 erreicht wird.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Entstaubung von Rauchgasen mittels Elektrofilter (E,E1,E2), bei dem der im Rauchgas (R) positionierte Elektrofilter zur Ionisierung der ihn durchquerenden Staubpartikel mit einer Gleichspannung U beaufschlagt wird, wobei die Staubkonzentration kontinuierlich am Ausgang des Elektrofilters (E,E1,E2) gemessen wird, ein oberer Sollwert und ein unterer Sollwert für die Staubkonzentration vorgegeben und in einem Vergleicher (V) miteinander verglichen werden, und wobei der obere Sollwert durch die maximal zulässige Staubkonzentration und der untere Sollwert durch eine vorgebbare Untergrenze der Staubkonzentration festgelegt sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß von dem Vergleicher (V) für die Soll-Istwertdifferenz aus einem Speicher (S) experimentell an einem hinsichtlich Entstaubungsgrad und Wirkungsgrad optimalen Prozeß im voraus ermittelte Prozeßparameter als Signale für die Regelung des Elektrofilters (E) abgeleitet werden, wobei die Speicherwerte aus mehreren, jeweils einzelne Regelstufen bildenden Parametergruppen zusammengesetzt sind, und wobei mit ansteigender Ordnungszahl der Regelstufen eine abnehmende Energiebeaufschlagung des Elektrofilters (E) erfolgt derart, daß bei einer innerhalb der Sollwerte liegenden Staubkonzentration die aktuelle Regelstufe beibehalten wird und daß beim Überschreiten des oberen Sollwertes die Parameter der nächst niedrigeren Regelstufe und beim Unterschreiten des unteren Sollwertes die Parameter der nächst höheren Regelstufe ausgewählt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Elektrofilters (E) die Höhe der Gleichspannung, deren Anstiegsgeschwindigkeit, deren Absenkgröße sowie deren Taktverhältnis verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß den Funktionen "Vorreinigung, Mittelreinigung und Nachreinigung" des Elektrofilters (E) jeweils separate Speicherabschnitte zugeordnet sind, in denen eine Umschaltung der Regelstufen gekoppelt erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 bei dem mehrere Elektrofilter parallel geschaltet sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Regelstufen in den den einzelnen Elektrofiltern zugeordneten Speichern bzw. Speicherabschnitten gekoppelt erfolgt, wobei der für die Regelung maßgebliche Istwert für die Staubkonzentration durch arithmetische Mittelung der an den jeweiligen Filterausgängen gemessenen Staubkonzentrationen erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Prozeßgröße die Staubkonzentration der in den Kamin eintretenden Rauchgase gemessen wird und daß dann, wenn dieser Wert einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, die niedrigste Regelstufe ausgewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Prozeßgröße die Speisewassermenge im Kraftwerk gemessen wird und daß dann, wenn diese einen vorgegebenen unteren Grenzwert überschreitet, die niedrigste Regelstufe ausgewählt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von einer Regelstufe auf die andere erst nach Ablauf einer vorgebbaren Wartezeit erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachung auf einen Ausfall des Meßwertes für die Staubkonzentration erfolgt derart, daß bei Nichtvorhandensein des Meßwertes nach Ablauf einer vorgebbaren weiteren Wartezeit die niedrigste Regelstufe ausgewählt wird.
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