EP1761338B1

EP1761338B1 - Method and control unit for adjusting the operating voltage and for controlling the wear of a device for the electrostatic separation of particles in gaseous streams

Info

Publication number: EP1761338B1
Application number: EP05742112A
Authority: EP
Inventors: Volker Schmatloch
Original assignee: Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA; EMPA
Current assignee: Eidgenoessische Materialprufungs und Forschungsanstalt EMPA; EMPA
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: WO2006000114A1; ATE433348T1; DE502005007465D1; EP1761338A1

Abstract

The invention relates to a method based on the measurement of the alternating current component of the operating voltage of the corona electrode (4), said component being caused by the excitation of the corona electrode to produce mechanical vibrations. The amplitude and frequency of the alternating current component then give information about the amplitude of the mechanical vibration and the approach of the electrode towards the inner wall of the flue gas conduit (1). The frequency permits the determination of a possible clogging of the corona electrode or the wear of material of said electrode. The two measured variables are thus suitable for use as guide variables for the control of the filter operation and the display of the condition of the electrode. The optimal operating voltage of the corona electrode can be maintained under changing conditions in the flue gas conduit, in order to guarantee the best possible purification of the waste gas. If the corona electrode or the flue gas conduit is clogged, an automatic cleaning process can be initiated. If the electrode is worn or defective, a fault signal can be generated.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Verschleisses der Sprühelektrode an einer Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen. Das Verfahren eignet sich speziell für bestimmte Ausführungen solcher Vorrichtungen zum Reinigen oder Filtern des Rauchgases von Kleinfeuerungen. Mit der Anwendung des Verfahrens wird ausserdem ermöglicht, etwaige Ablagerungen an der Sprühelektrode zu erkennen und gegebenenfalls Massnahmen zu deren Beseitigung auszulösen. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren die Regelung der elektrischen Betriebsspannung der Partikelabscheidevorrichtung, wodurch eine optimale Filterwirkung erzielt werden kann. Ausserdem betrifft die Erfindung eine Steuerungseinheit zur Durchführung dieses Verfahrens.The present invention relates to a method for detecting the wear of the spray electrode on a device for electrostatic particle separation in gas streams. The method is particularly suitable for certain embodiments of such devices for cleaning or filtering the flue gas of small furnaces. With the application of the method also makes it possible to detect any deposits on the spray electrode and, if necessary, trigger measures to eliminate them. In addition, the method allows the regulation of the electrical operating voltage of the Partikelabscheidevorrichtung, whereby an optimal filtering effect can be achieved. In addition, the invention relates to a control unit for carrying out this method.

Bei Kleinfeuerungen liegt die Verantwortung für die Brennstoffqualität und die Feuerungseinstellung in erster Linie beim Betreiber. Den Optimierungsmöglichkeiten der anlagenseitigen Feuerungstechnik sind relativ enge Grenzen gesetzt. Deshalb entlassen diese Kleinfeuerungen gemessen am gesamten Rauchemissionsaufkommen unverhältnismässig viele Schadstoffe in die Atmosphäre. Hinzu kommt, dass diese Staubteile aus Kleinfeuerungen vor allem in städtischen Bezirken und Agglomerationen ausgestossen werden, wo derartige Kleinfeuerungen eben in grosser Anzahl vorhanden sind, das heisst, dieser grosse Anteil am Gesamtpartikelausstoss konzentriert sich auf stark besiedelte Gebiete. Neben dieser örtlichen Konzentration treten die Emissionen von Holzfeuerungen zudem in erster Linie im Winter auf, so dass diese Luftbelastungen sich auch noch auf einen begrenzten Zeitraum konzentrieren.For small combustion, the responsibility for the fuel quality and the firing attitude lies primarily with the operator. The optimization possibilities of the plant-side combustion technology are set relatively narrow limits. Therefore, these small firings are dismissed in the total Smoke emissions disproportionately pollutants into the atmosphere. In addition, these dust particles are emitted from small fires, especially in urban districts and agglomerations, where such small firing are just in large numbers, that is, this large proportion of total particle emissions concentrated in heavily populated areas. In addition to this local concentration, the emissions of wood combustion also occur primarily in winter, so that this air pollution is still concentrated on a limited period.

Lufthygienisch relevant für die Gesundheit des Menschen sind Teilchen mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als 10µm, weil diese kleinen Teilchen lungengängig sind und sich dementsprechend in der Lunge festsetzen können. Zudem können sich an diesen Partikeln aromatische Kohlenwasserstoffe anlagern, die zum Teil eine erhebliche Gesundheitsgefahr, z.B. aufgrund ihres Krebserregungspotenzials, darstellen. Weil sich anhand von Messungen gezeigt hat, dass die von Holzfeuerungen emittierten Partikel im kritischen Bereich von unter 10 µm Durchmesser liegen, ist es deshalb notwendig, auch im Bereich von einfachen Holzfeuerungsanlagen geeignete Rauchgaseinrichtungen einzubauen, um diese Kleinstpartikel zurückzuhalten.Air-hygienically relevant to human health are particles with an aerodynamic diameter of less than 10 microns, because these small particles are respirable and can attach themselves accordingly in the lungs. In addition, aromatic hydrocarbons may accumulate on these particles, some of which pose a significant health hazard, e.g. due to their carcinogenic potential. Because measurements have shown that the particles emitted by wood fires are in the critical range of less than 10 μm in diameter, it is therefore necessary to install suitable flue gas devices in the area of simple wood firing systems in order to retain these minute particles.

In der EP 1 193 445 A2 die als nächstliegeden Stand der Technik engesehen wird, der EMPA wird eine Vorrichtung zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen vorgestellt, die in den bestehenden Rauchgaskanal einer solchen Feuerung einbaubar ist. Entweder ist dieser Rauchgaskanal elektrisch leitfähig, indem das Ofenrohr etwa aus Stahlblech, Chromstahl oder Aluminium besteht, oder aber der Kamin ist gänzlich aus Stein und Mauerwerk oder aus Kunststoff gebaut. Im ersten Fall bildet die Vorrichtung einen Deckel, der gasdicht auf eine zugehörige Öffnung am Rauchgaskanal aufsetzbar ist. An der Innenseite dieses Deckels ist über Isolatoren eine Sprühelektrode gehalten. Weiter gehört zur Vorrichtung ein Hochspannungs-Erzeuger zum Aufbau einer Gleichspannung zwischen dieser Sprühelektrode und der Innenwand des elektrisch leitfähigen Rauchgaskanalabschnittes. Im zweiten Fall wird ein Abschnitt eines elektrisch leitfähigen Rohres an den Deckel montiert, um eine Kollektorfläche zu bilden. Der typische Anschlusswert des Hochspannungs-Erzeugers liegt bei etwa 10 VA und er kann mit 220V/50Hz bzw. 110V/60Hz Wechselstrom betrieben werden. Die Aufladung der Sprühelektrode kann negativ oder positiv zur Erde erfolgen. Die Abreinigung des Kollektorteils kann nach Ausbau des Elektrodendrahtes mit der Halterung problemlos von Hand erfolgen.In the EP 1 193 445 A2 which is the closest prior art, the EMPA a device for flue gas cleaning is presented to small combustion, which can be installed in the existing flue of such a furnace. Either this flue gas duct is electrically conductive, for example because the stovepipe is made of sheet steel, chrome steel or aluminum, or else the chimney is built entirely of stone and masonry or of plastic. In the first case, the device forms a lid which can be placed gas-tight on an associated opening on the flue gas channel. On the inside of this cover a spray electrode is held on insulators. Furthermore, the device includes a high-voltage generator for establishing a DC voltage between this spray electrode and the inner wall of the electrically conductive flue gas channel section. In the second case, a portion of an electrically conductive tube is mounted to the lid to form a collector surface. The typical connection value of the High voltage generator is about 10 VA and it can be operated with 220V / 50Hz or 110V / 60Hz AC. The charging of the spray electrode can be negative or positive to the earth. The cleaning of the collector part can easily be done by hand after removal of the electrode wire with the bracket.

In einer Ausführung dieser Vorrichtung weist diese eine selbsttragende Stabelektrode in Form eines dünnen Drahtes auf. Das entscheidende Merkmal der Sprühelektrode ist das Vorhandensein möglichst kleiner Radien, bei denen hohe lokale Feldstärken auftreten. Es hat sich nun gezeigt, dass mit einem möglichst dünnen Draht, der sich mit seinem freien Ende in der Mitte längs eines Rauchgasrohres erstreckt, die besten Ergebnisse erzielt werden. Dünne rutenartige Drähte beginnen jedoch infolge elektrostatischer Wechselwirkungen zu schwingen, denn die hohe elektrische Ladung des Drahtes erzeugt an der naheliegenden Innenfläche des Abgasrohres Bildladungen von entgegengesetzter Polarität. Zum Beispiel ist die einem negativ geladenen Draht gegenüberliegende Rohrwand daher positiv geladen. Die freihängende Spitze des Elektrodendrahtes wird deshalb von der Rohrwand angezogen und aufgrund ihrer elastischen mechanischen Biegung schwingt sie nach Erreichen der grössten Auslenkung zurück und wird dann in die Gegenrichtung ausgelenkt und umgekehrt. Es stellt sich eine Eigenschwingung ein, deren Frequenz von der Geometrie des Drahtes abhängt und ausserdem vom Material, aus dem dieser Draht gefertigt ist.In one embodiment of this device, this has a self-supporting rod electrode in the form of a thin wire. The decisive feature of the spray electrode is the presence of the smallest possible radii, where high local field strengths occur. It has now been shown that the best results are achieved with a wire as thin as possible, which extends with its free end in the middle along a flue gas tube. However, thin rod-like wires begin to vibrate as a result of electrostatic interactions because the high electrical charge of the wire creates image charges of opposite polarity at the proximal inner surface of the exhaust tube. For example, the tube wall opposite a negatively charged wire is therefore positively charged. The free-hanging tip of the electrode wire is therefore attracted to the tube wall and due to its elastic mechanical bending it swings back after reaching the maximum deflection and is then deflected in the opposite direction and vice versa. It sets itself a natural vibration whose frequency depends on the geometry of the wire and also on the material from which this wire is made.

Nun ist es aber so, dass die Schwingungsamplitude mit steigender elektrischer Spannung so weit zunehmen kann, dass das Drahtende die Innenwand des Rauchgaskanals berührt oder dieser so nahe kommt, dass es zu einem Funkenüberschlag kommt. In beiden Fällen fliesst ein Kurzschlussstrom, so dass es zum Zusammenbruch der Filterspannung und damit zum momentanen Verlust der Filterwirkung kommt. Zudem kann der Funkenüberschlag unerwünschte Geräuschemissionen verursachen und auch eine elektromagnetische Störquelle darstellen. Für einen optimalen und störungsfreien Filterbetrieb sollte die Häufigkeit solcher Überschläge begrenzt werden.But now it is so that the vibration amplitude can increase so much with increasing electrical voltage that the wire end touches the inner wall of the flue gas duct or this comes so close that it comes to a flashover. In both cases, a short-circuit current flows, so that there is a breakdown of the filter voltage and thus the instantaneous loss of the filter effect. In addition, the spark-over can cause unwanted noise emissions and also represent an electromagnetic source of interference. For optimal and trouble-free filter operation, the frequency of such flashovers should be limited.

Andererseits führt eine Betriebsspannung, die zum Zwecke der Vermeidung solcher Funkenüberschläge zu niedrig gewählt wurde, zu einer eingeschränkten Wirksamkeit der Partikelabscheidevorrichtung. Daher ist der optimalen Einstellung der Betriebsspannung der Sprühelektrode besonderes Augenmerk zu schenken.On the other hand, an operating voltage which has been set too low for the purpose of avoiding such flashovers leads to a limited effectiveness of the particle separation device. Therefore, the optimum adjustment of the operating voltage of the spray electrode is to pay particular attention.

Übliche Verfahren zum Auffinden einer möglichst hohen Filterbetriebsspannung basieren darauf, dass die Spannung stetig erhöht wird, bis ein Funkenüberschlag erfolgt, woraufhin der Sollwert der Spannung um eine bestimmte Stufe abgesenkt wird. Von diesem Wert ausgehend wird die Spannung dann wiederum stetig erhöht. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Betriebsspannung sich zu jedem Zeitpunkt sehr nahe an der Durchschlagsspannung bewegt. Allerdings ist diese Methode mit der häufigen Herbeiführung von Funkenüberschlägen und somit mit den oben erwähnten Nachteilen verbunden. Anders als in einer industriellen Umgebung sind im Wohnbereich insbesondere Geräuschbelästigungen durch diese Überschläge nicht annehmbar.Conventional methods for finding the highest possible filter operating voltage based on the fact that the voltage is steadily increased until a sparkover occurs, after which the target value of the voltage is lowered by a certain level. Starting from this value, the voltage is then again increased steadily. In this way it can be achieved that the operating voltage moves at any time very close to the breakdown voltage. However, this method is associated with the frequent occurrence of flashovers and thus with the disadvantages mentioned above. Unlike in an industrial environment, in particular noise nuisance caused by these rollovers is unacceptable in the home.

Eine weitere Problematik der oben erwähnten Abscheidevorrichtung für Kleinfeuerungen ergibt sich aus dem dort verwendeten Draht sehr geringen Durchmessers von weniger als 0.3 mm. Dieser Draht kann unter den im Rauchgas von Kleinfeuerungen üblichen Bedingungen (Feuchte, Temperatur und Sauerstoffgehalt) einem gewissen Verschleiss ausgesetzt sein, sei es durch Korrosion oder andere Prozesse. Andererseits kann es aufgrund der Filterwirkung auch zu Russablagerungen an der Sprühelektrode selbst kommen, wodurch die Wirksamkeit der Abscheidevorrichtung reduziert wird.Another problem of the above-mentioned separator for small furnaces results from the wire used there very small diameter of less than 0.3 mm. This wire may be exposed to a certain amount of wear under conditions common in the flue gas of small furnaces (humidity, temperature and oxygen content), be it due to corrosion or other processes. On the other hand, due to the filtering effect, it can also lead to soot deposits on the spray electrode itself, whereby the effectiveness of the separator is reduced.

Es ist daher von Interesse, den einwandfreien Zustand der Sprühelektrode überwachen zu können. Dies wurde bisher in naheliegender Weise dadurch erreicht, dass überwacht wurde, ob sich die Betriebsspannung oder der Betriebsstrom innerhalb bestimmter Bereiche bewegen. Diese Vorgehensweise ist aber recht aufwändig und liefert auch nur eingeschränkte Informationen.It is therefore of interest to be able to monitor the perfect condition of the spray electrode. This has so far been achieved in an obvious way by monitoring whether the operating voltage or the operating current are moving within certain ranges. This procedure is quite complex and provides only limited information.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einerseits ein Verfahren zur Kontrolle des Zustandes der Sprühelektrode und namentlich deren Verschleisses zu schaffen und andererseits ein Verfahren zur optimalen und automatischen Einstellung der Betriebsspannung auch bei sich verändernden Bedingungen innerhalb der Abgasstromes zu bieten. Andrerseits ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Steuerungseinheit anzugeben, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.The object of the present invention is therefore to provide on the one hand a method for controlling the state of the spray electrode and in particular its wear and on the other hand to provide a method for optimal and automatic adjustment of the operating voltage even under changing conditions within the exhaust gas flow. On the other hand, it is an object of the invention to provide a control unit which is suitable for carrying out this method.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung der Betriebsspannung und zur Verschleisskontrolle an einer Vorrichtung für die elektrostatische Partikelabscheidung in Gasströmen mit einer im Innern des Gasstromes von Isolatoren gehaltenen Sprühelektrode und einem Hochspannungs-Erzeuger zur Erzeugung einer Gleichspannung zwischen der Sprühelektrode und der Innenwand des elektrisch leitfähigen Rauchgaskanalabschnittes, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Sprühelektrode während des Filterbetriebs in Schwingung versetzt wird, dabei der Wechselstromanteil des Betriebsstromes der Sprühelektrode erfasst wird und die Frequenz und Stärke des Wechselstromanteils zur Zustandsüberwachung der Sprühelektrode und zur Regelung des Filterbetriebs verwendet werden. 'This object is achieved by a method for controlling the operating voltage and for controlling wear on a device for electrostatic particle separation in gas streams with a held inside the gas stream of insulators and a high-pressure generator for generating a DC voltage between the spray and the inner wall of the electric conductive Rauchgaskanalabschnittes, which is characterized in that the spray electrode is vibrated during the filter operation, while the AC component of the operating current of the spray electrode is detected and the frequency and strength of the AC component for condition monitoring of the spray and to control the filter operation are used. '

Die Aufgabe wird weiter gelöst von einer Steuerungseinheit zur Regelung der Betriebsspannung und zur Verschleisskontrolle an einer Vorrichtung für die elektrostatische Partikelabscheidung in Gasströmen, welche Vorrichtung, einen elektrisch leitfähigen Rauchgaskanal und eine rutenförmigen Sprühelektrode einschliesst, die mittig im Rauchgaskanal gehalten ist und sich längs desselben erstreckt, wobei sich die Steuerungseinheit dadurch auszeichnet, dass sie ein Modul zur Messung des Betriebsstromes der Sprühelektrode, dessen Wechselstromanteils und dessen Frequenz einschliesst, sowie ein Steuerlogikmodul zur Auswertung dieser Messwerte und zur Ansteuerung eines weiteres Moduls zur Erzeugung der Betriebsspannung der Sprühelektrode.The object is further achieved by a control unit for regulating the operating voltage and for controlling the wear on a device for electrostatic particle separation in gas streams, which device includes an electrically conductive flue and a rod-shaped spray electrode, which is held in the middle of the flue gas channel and extends along the same, wherein the control unit is characterized in that it includes a module for measuring the operating current of the spray electrode, the AC component and its frequency, and a control logic module for evaluating these measurements and for driving a further module for generating the operating voltage of the spray electrode.

In der Zeichnung ist die Funktionsweise des Verfahrens illustriert und ein möglicher Aufbau der Steuereinheit zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen ist dargestellt. Die Arbeitsweise- und Wirkungsweise des Verfahrens wird nachfolgend beschrieben und erklärt. Ebenfalls beschrieben wird die schematisch dargestellte Steuerungseinheit für die Partikelabscheidevorrichtung.
Es zeigt:

Figur 1 :: Eine mögliche Ausführung einer Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen mit Steuerungseinheit;
Figur 2 :: Eine schematische Darstellung der Steuerungseinheit für die Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung;
Figur 3 :: ein beispielsweises Flussdiagramm für eine mögliche Realisierung einer Softwareregelung.

In the drawing, the operation of the method is illustrated and a possible structure of the control unit for electrostatic particle separation in Gas flows is shown. The operation and mode of operation of the method will be described and explained below. Also described is the schematically illustrated control unit for the Partikelabscheidevorrichtung.
It shows:

FIG. 1:: A possible embodiment of a device for electrostatic particle separation in gas streams with control unit;
FIG. 2:: A schematic representation of the control unit for the apparatus for electrostatic particle separation;
FIG. 3:: an exemplary flowchart for a possible implementation of a software control.

In Figur 1 ist zunächst eine mögliche Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen gezeigt, die sich auch zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen eignet und an welcher dieses Verfahren mit einer geeigneten Steuereinheit durchführbar ist. Sie ist für den Einbau in einem geraden Abschnitt eines bestehenden, elektrisch leitfähigen Ofenrohrs 1 ausgelegt. Die Vorrichtung weist eine Elektrodenfassung 6 aus Metall, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl auf. Die Fassung 6 kann zylindrisch oder kugelförmig gestaltet sein, mit einem Durchmesser von einigen Millimetern und mit einer zentralen Bohrung versehen, in welcher die Elektrode 4 sitzt und gehalten ist. Die Fassung 6 ist an einem Haltestab 2 befestigt, der ebenfalls vorzugsweise aus nicht rostendem Stahl gefertigt ist. Der Haltestab 2 wird durch einen Isolator 3 in das Rauchgasrohr 1 geführt. Der Isolator 3 ist vorteilhaft aus einem Kunststoff gefertigt, wofür sich Polyetheretherketon (PEEK) eignet, weil dieses Material eine gewisse Ladungswanderung zulässt, sodass sich keine Ladungsnester bilden können, sondern Ladungen kontinuierlich abfliessen. Bei geeigneter Dimensionierung könnte auch ein Porzellan- oder Keramikisolator eingesetzt werden. Der Isolator 3 ist fest mit dem Deckel 5 verbunden. Die Öffnung am Ofenrohr 1 ist so gross gestaltet, dass die Elektrode unter elastischer Biegung des Drahtes 4 in das Ofenrohr 1 einführbar ist, und hernach wird die Öffnung 1 mit dem Deckel 5 gasdicht verschlossen, wozu sich etwa geeignete Spannklammern, Spannhebel oder Spannschrauben anbieten. Ein Hochspannungs-Erzeuger mit Gleichrichterfunktion stellt die Betriebsspannung für die Sprühelektrode bereit. Die Hochspannung wird über ein geeignetes Kabel zum Haltestab 2, durch den Isolator 3 und schliesslich über die Fassung 6 an die Sprühelektrode 4 geführt, welche vorteilhaft aus einem Wolframdraht oder alternativ aus rostfreiem Stahl besteht. Der andere Pol des Hochspannungs-Erzeugers liegt auf Erdpotential und ist mit dem Ofenrohr 1 elektrisch leitend verbunden, welches gegenüber der Elektrode 4 als Abscheidefläche wirkt. Somit ist ein Elektrofilter gebildet, wobei der Draht 4 die Sprühelektrode bildet, und die Innenseite des Ofenrohrs 1 über die Länge des Elektrodendrahtes 4 hinaus die Niederschlagselektrode oder Kollektorfläche bildet, so dass also der gesamte Kamin, soweit er aus leitfähigem Material besteht, als Kollektorfläche wirken kann.In FIG. 1 First, a possible device for electrostatic particle separation in gas streams is shown, which is also suitable for flue gas cleaning of small furnaces and to which this method can be performed with a suitable control unit. It is designed for installation in a straight section of an existing, electrically conductive stovepipe 1. The device comprises an electrode holder 6 made of metal, preferably made of stainless steel. The socket 6 may be cylindrical or spherical, provided with a diameter of a few millimeters and with a central bore in which the electrode 4 is seated and held. The socket 6 is attached to a support rod 2, which is also preferably made of stainless steel. The holding bar 2 is guided by an insulator 3 in the flue gas pipe 1. The insulator 3 is advantageously made of a plastic, for which polyetheretherketone (PEEK) is suitable, because this material allows a certain charge migration, so that no charge nests can form, but discharges continuously. If dimensioned appropriately, a porcelain or ceramic insulator could also be used. The insulator 3 is firmly connected to the lid 5. The opening on the furnace tube 1 is designed so large that the electrode under elastic bending of the wire 4 in the Furnace tube 1 is inserted, and thereafter, the opening 1 is closed gas-tight with the lid 5, including offering about suitable clamps, clamping lever or clamping screws. A high voltage generator with rectifier function provides the operating voltage for the spray electrode. The high voltage is passed through a suitable cable to the support rod 2, through the insulator 3 and finally via the socket 6 to the spray electrode 4, which advantageously consists of a tungsten wire or alternatively of stainless steel. The other pole of the high-voltage generator is at ground potential and is electrically connected to the furnace tube 1, which acts opposite the electrode 4 as Abscheidefläche. Thus, an electrostatic filter is formed, wherein the wire 4 forms the spray electrode, and the inside of the furnace tube 1 beyond the length of the electrode wire 4 also forms the collecting electrode or collector surface, so that the entire chimney, so far as it consists of conductive material, act as a collector surface can.

Anstatt die Schwingungsneigung der dünnen Sprühelektrode zu unterdrücken, benützt das vorliegende Verfahren bewusst diese Schwingungsneigung und die Schwingungsfrequenz und -amplitude für eine aktive Überwachung des Betriebzustandes. Wegen ihrer Abhängigkeit von den Materialeigenschaften und den Abmessungen der Elektrode gibt die Schwingungsfrequenz nämlich Aufschluss über den Zustand der Elektrode. Die Schwingungsamplitude dagegen spiegelt sich in der Amplitude des Wechselstromanteils des Betriebsstromes wieder, dessen Frequenz der Schwingungsfrequenz der Elektrode entspricht.Instead of suppressing the tendency of the thin spray electrode to vibrate, the present method deliberately uses this vibration slope and the vibration frequency and amplitude for active monitoring of the operating condition. Because of their dependence on the material properties and the dimensions of the electrode, namely, the oscillation frequency gives information about the state of the electrode. The oscillation amplitude, however, is reflected in the amplitude of the alternating current component of the operating current whose frequency corresponds to the oscillation frequency of the electrode.

Es ist so, dass insbesondere eine Verkürzung der Elektrodenlänge aufgrund von Materialabnutzung zu einer Beeinträchtigung der Filterwirkung führt. Eine Verkürzung der Elektrode bewirkt aber auch eine deutliche Erhöhung der Schwingungsfrequenz. Somit kann die Überwachung dieser Frequenz genutzt werden, um ein Warnsignal zu erzeugen, welches auf eine fällige Erneuerung der Elektrode hinweist.It is the case in particular that a shortening of the electrode length due to material wear leads to an impairment of the filter effect. A shortening of the electrode but also causes a significant increase in the oscillation frequency. Thus, the monitoring of this frequency can be used to generate a warning signal indicating a due renewal of the electrode.

Die Amplitude des durch die Elektrodenschwingung bedingten Wechselstromanteils wird durch die Abhängigkeit des Emissionsstromes von der Entfernung d des Elektrodenendes zur Innenwand des Rauchrohrkanals erklärt. Mit zunehmender Annäherung der Elektrode steigt dieser Strom (etwa ∼1/d) deutlich an, um beim Zurückschwingen durch die Mittellage ein Minimum anzunehmen. Für eine vorgegebene Konstruktion der Partikelabscheidevorrichtung gibt es einen maximalen Wert für die Schwingungsamplitude und somit auch einen maximalen Wert für den Wechselstromanteil, unterhalb dessen Funkenüberschläge zuverlässig ausgeschlossen werden können.The amplitude of the alternating current component due to the electrode oscillation is explained by the dependence of the emission current on the distance d of the electrode end to the inner wall of the smoke tube channel. As the electrode approaches, this current increases significantly (about ~1 / d) to a minimum upon swinging back through the center. For a given construction of the particle separation device, there is a maximum value for the amplitude of oscillation and thus also a maximum value for the AC component below which spark sparkovers can be reliably excluded.

Zur regelmässigen Reinigung der Niederschlagselektrode, das heisst der Innenwand des Ofenrohrs 1, wird zunächst die Hochspannung ausgeschaltet. Dann wird der Deckel 5 mitsamt Elektrode 4 vom Ofenrohr 1 entfernt. Hernach kann die Innenseite des Ofenrohrs 1 mit einem Lappen abgerieben werden, wodurch die elektrisch zurückgehaltenen Teilchen weggewischt werden und am Lappen hängenbleiben. Als Alternative können die eingesammelten Partikel auch mit der Staubsaugerbürste weggewischt und abgesaugt werden. Die Elektrode 4 wird dann wieder ins Ofenrohr 1 eingeführt und der Deckel 5 gasdicht auf die Öffnung aufgesetzt und verspannt. Die gereinigten Kollektorflächen sind nun wieder frei, um mit neuen Partikeln beschlagen zu werden, weil jetzt auch die elektrische Anziehungskraft wieder voll wirksam ist. Mit einer solchen Vorrichtung, gelingt es, über 80% der Partikel im Rauchgas abzuscheiden.For regular cleaning of the collecting electrode, that is, the inner wall of the furnace tube 1, the high voltage is first turned off. Then the cover 5 is removed together with the electrode 4 from the furnace tube 1. Thereafter, the inside of the stovepipe 1 can be rubbed with a cloth, whereby the electrically retained particles are wiped off and stuck to the cloth. Alternatively, the collected particles can also be wiped off and vacuumed with the vacuum cleaner brush. The electrode 4 is then reintroduced into the furnace tube 1 and the lid 5 placed gas-tight on the opening and clamped. The cleaned collector surfaces are now free again to be fogged with new particles, because now also the electrical attraction is fully effective again. With such a device, it is possible to deposit over 80% of the particles in the flue gas.

Alternativ oder ergänzend zur manuellen Reinigung kann der Vorgang zur Reinigung der Innenwand des Rauchgasrohres unter Ausnutzung der Schwingungsneigung der Sprühelektrode realisiert werden. Dazu wird die Schwingungsamplitude gezielt so weit erhöht, dass es zu Funkenüberschlägen kommt. Durch diese elektrischen Funken wird erreicht, dass die Ablagerungen an der Innenwand des Rohres, die vor allem bei kleinen handbeschickten Holzfeuerungen zum überwiegenden Teil aus Kohlenstoff bestehen, zu glimmen beginnen und abbrennen. Zwar werden bei diesem Verfahren die geschilderten Nachteile von Funkenüberschlägen in Kauf genommen. Reinigungsbedarf entsteht aber erfahrungsgemäss nur in grösseren zeitlichen Intervallen, so dass bei gezieltem Einsatz dieser Methode nur geringfügige Beeinträchtigungen zu erwarten sind.Alternatively or in addition to manual cleaning, the process for cleaning the inner wall of the flue gas pipe can be realized by utilizing the tendency of the spray electrode to vibrate. For this purpose, the oscillation amplitude is specifically increased so far that it comes to spark flashovers. These electrical sparks cause the deposits on the inner wall of the pipe, which primarily consist of carbon, for small hand-fed wood fires, to begin to glow and burn off. Although the described disadvantages of flashovers are accepted in this method. However, experience has shown that cleaning is only required at relatively long intervals so that only minor impairments are to be expected with the targeted use of this method.

Um eine solche oder ähnliche Vorrichtung zu überwachen und ihren Betrieb zu regeln, ist es vorteilhaft, dass die Sprühelektrode 2 durch die Betriebsspannung zu Schwingungen angeregt werden kann. Bei einer Elektrode, die aus einem mittig gehaltenen dünnen Draht besteht, kann diese Anregung durch elektrostatische Kräfte erfolgen, wie bereits oben beschrieben wurde.In order to monitor such or similar device and to regulate its operation, it is advantageous that the spray electrode 2 can be excited by the operating voltage to vibrate. For an electrode consisting of a centrally held thin wire, this excitation can be done by electrostatic forces, as already described above.

Die Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung die verschiedenen Komponenten einer entsprechenden Steuerungseinheit für die Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung. Zur Überwachung des Zustandes der Sprühelektrode wird die Frequenz des Wechselstromanteils mit einem Frequenz-Spannungswandler erfasst. Sodann kann mit Hilfe von Komparatoren festgestellt werden, ob sich die Schwingungsfrequenz im eingestellten Sollbereich befindet. Bei zu niedriger Frequenz wird eine Erhöhung der Betriebspannung der Sprühelektrode ausgelöst, um Ablagerungen von der Elektrode zu lösen. Bei zu hoher Frequenz wird ein Warnsignal z.B. in Form einer Kontrollleuchte aktiviert, um auf Verschleiss oder Bruch der Elektrode hinzuweisen. -The FIG. 2 shows a schematic representation of the various components of a corresponding control unit for the apparatus for electrostatic particle separation. To monitor the state of the spray electrode, the frequency of the alternating current component is detected by a frequency-voltage converter. Then it can be determined with the help of comparators, whether the oscillation frequency is in the set target range. If the frequency is too low, an increase in the operating voltage of the discharge electrode is triggered in order to detach deposits from the electrode. If the frequency is too high, a warning signal, eg in the form of a warning light, is activated to indicate wear or breakage of the electrode. -

Zur Regelung des Filterbetriebs wird die Amplitude des Wechselstromanteils gemessen, die ein Mass für die maximale Auslenkung der schwingenden Sprühelektrode ist. Über einen Regler wird die Betriebsspannung so geregelt, dass im Normalbetrieb einerseits eine hohe Filterwirkung und andererseits ein störungsfreier Betrieb ohne Funkenüberschläge sichergestellt ist. Spezielle Betriebsphasen wie etwa die Abreinigung der Elektrode können durch eine geänderte Sollwertvorgabe eingestellt werden.To control the filter operation, the amplitude of the alternating current component is measured, which is a measure of the maximum deflection of the oscillating spray electrode. A controller regulates the operating voltage in such a way that during normal operation, on the one hand, a high filtering effect and, on the other hand, trouble-free operation without spark-overs are ensured. Special operating phases, such as electrode cleaning, can be set by changing the setpoint value.

Besonders vorteilhaft kann die Steuerungseinheit mit Hilfe einer Mikroprozessorsteuerung realisiert werden. Frequenz und Amplitude des Wechselstromanteils werden vom Prozessor erfasst und von einer Software verarbeitet, deren Parameter an die Feuerungsanlage angepasst werden können. Als Beispiel ist in Figur 3 ein Flussdiagramm für eine mögliche Realisierung einer solchen Softwareregelung dargestellt. Zunächst wird überprüft, ob die gemessene Schwingungsfrequenz innerhalb eines voreingestellten Sollbereichs liegt. Bei zu hoher Frequenz kann von einer Beschädigung der Elektrode ausgegangen werden, was mit einem Signal angezeigt werden kann. Zu niedrige Schwingungsfrequenz wird durch Ablagerungen an der Elektrode verursacht. Im einfachsten Fall könnte mit einem weiteren Signal ein Wartungsbedarf angezeigt werden. Es kann aber auch ein Reinigungsvorgang ausgelöst werden, indem die Elektrode verstärkt zum Schwingen gebracht wird, wodurch Ablagerungen abgeschüttelt werden können oder sogar gezielte Funkenüberschläge ausgelöst werden können, die zur Folge haben, dass die kohlenstoffhaltigen Ablagerungen abbrennen. Im Normalfall befindet sich die Schwingungsfrequenz im Sollbereich und es wird anschliessend an die Frequenzkontrolle die Amplitude des Wechselstromanteils und somit die Auslenkung Δx der Sprühelektrode überprüft. Bei Bedarf wird die Betriebsspannung der Elektrode angepasst.Particularly advantageously, the control unit can be realized by means of a microprocessor control. The frequency and amplitude of the alternating current component are detected by the processor and processed by software whose parameters can be adapted to the firing system. As an example, in FIG. 3 a flow chart for a possible realization of such Software regulation shown. First, it is checked whether the measured oscillation frequency is within a preset target range. If the frequency is too high, the electrode may be damaged, which can be signaled. Too low oscillation frequency is caused by deposits on the electrode. In the simplest case, a maintenance request could be displayed with another signal. But it can also be triggered a cleaning process by the electrode is increasingly rocking, which deposits can be shaken off or even targeted spark flashovers can be triggered, which cause the carbonaceous deposits burn off. Normally, the oscillation frequency is in the desired range, and the amplitude of the alternating current component and thus the deflection .DELTA.x of the spraying electrode are subsequently checked at the frequency control. If necessary, the operating voltage of the electrode is adjusted.

Claims

Method for adjusting the operating voltage and for controlling the wear of a device for the electrostatic separation of particles having an aerodynamic diameter of less than 10 µm in the flue gas of small - scale wood furnaces, with an emission electrode maintained in the interior of a gas flow by isolators and a high tension generator for generating a direct voltage between the emission electrode and the inner wall of the electrically conductive flue gas channel section, characterized in that the emission electrode is actively and electrostatically excited during the filtrating operation by means of the high tension generator, the alternating current fraction of the operating current of the emission electrode being detected et the frequency and the intensity of the alternating current fraction being applied for the status monitoring of the emission electrode and for controlling the filtering operation.
Method for adjusting the operating voltage and for controlling the wear of a device for the electrostatic separation of particles having an aerodynamic diameter of less than 10 µm in the flue gas of small - scale wood furnaces, according to claim 1, characterized in that the frequency of the alternating current fraction is compared to the preset installation specific threshold values and that the degree of the deviation is detected and indicated as an indicator for the wear or the soiling.
Method for adjusting the operating voltage and for controlling the wear of a device for the electrostatic separation of particles having an aerodynamic diameter of less than 10 µm in the flue gas of small - scale wood furnaces, according to claim 1, characterized in that the amplitude of the alternating current fraction is compared to the preset installation specific threshold values, for optimally adjusting the operating tension of the emission electrode for all operating status of the combustion.
Method for adjusting the operating voltage and for controlling the wear of a device for the electrostatic separation of particles having an aerodynamic diameter of less than 10 µm in the flue gas of small - scale wood furnaces, according to one of the preceding claims, characterized in that for the purpose of eliminating the separations, the oscillations of the electrode are amplified automatically for amplifying the operating tension, when a predetermined degree of soling is achieved.
Method for adjusting the operating voltage and for controlling the wear of a device for the electrostatic separation of particles having an aerodynamic diameter of less than 10 µm in the flue gas of small - scale wood furnaces, according to one of the preceding claims, characterized in that for the purpose of eliminating the separations on the inner wall of the flue gas channel, the oscillation amplitude of the emission electrode is amplified in a manner that the separations are eliminated by flashover.
Control unit for adjusting the operating voltage and for controlling the wear of a device for the electrostatic separation of particles having an aerodynamic diameter of less than 10µm in the flue gas of small - scale wood furnaces, which device comprising an electrically conducting flue gas channel and a rod shaped emission electrode, which is maintained in the centre of the flue gas channel und is extending along the said channel, characterized in that the said unit comprises a module for measuring the operating current, the alternating current fraction and the frequency of the emission electrode, and a control logic module for assessing these measured values and controlling another module for generating the operating tension of the emission electrode.