EP2062648B1 - Elektrostatischer Abscheider und Verfahren - Google Patents

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EP2062648B1
EP2062648B1 EP08019885.6A EP08019885A EP2062648B1 EP 2062648 B1 EP2062648 B1 EP 2062648B1 EP 08019885 A EP08019885 A EP 08019885A EP 2062648 B1 EP2062648 B1 EP 2062648B1
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EP
European Patent Office
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electrode
change
signal
high voltage
corona current
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EP2062648A3 (de
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Dietmar Dr. Steiner
Tania Gonzalez Baquet
David Schütz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2062648A3 publication Critical patent/EP2062648A3/de
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    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/32—Checking the quality of the result or the well-functioning of the device

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a particle concentration in a particle stream of an electrostatic precipitator. Furthermore, the invention relates to an electric energy-operated electrostatic precipitator, in particular for an exhaust pipe of an exhaust gas purification system.
  • emission control systems Due to emissions from heating systems and global efforts to reduce such emissions - see, for example, the Kyoto Protocol - heating systems use appropriate emission control systems. These are in particular to filter out the harmful substances and particles from exhaust gases, so that the remaining, purified exhaust gas can be safely released to the environment.
  • emission control systems are used in biomass heating systems, where in addition to otherwise economic and environmental benefits increased emissions of pollutants in the exhaust gases can occur.
  • biomass heating systems where in addition to otherwise economic and environmental benefits increased emissions of pollutants in the exhaust gases can occur.
  • relatively high emission of particulate matter as a pollutant component is a problem in biomass heating systems.
  • An emission control system which is used for biomass heating systems to reduce particulate matter emission.
  • the device described therein can be installed in a flue gas channel and for this purpose has a lid which can be placed gas-tight on an associated opening on a flue gas channel.
  • a spray electrode for example in the form of a tensioned rod, is held over an insulating holder.
  • a high-voltage transformer with rectifier function allows the construction of a high DC voltage between the wire and the lid, which is electrically connected to the furnace tube, so that it acts as a collector electrode.
  • Such an electrostatic filter with a spray electrode and a collector electrode is also known as an electrostatic precipitator.
  • This is used for exhaust gas purification in an exhaust pipe of a heating system. It is characterized by the spray, which runs approximately centrally through the exhaust pipe and is therefore also referred to as the center electrode, and a surrounding outer surface of the exhaust pipe, a capacitor is formed, which is also referred to as a cylindrical capacitor in a cylindrical tube-shaped design of the exhaust pipe.
  • the spray or center electrode generally has a circular cross section in the flow direction of the exhaust gas, wherein the diameter of the cross section or the radius of curvature is generally formed relatively small (for example, less than 0.4 mm).
  • a field extending transversely to the flow direction is formed by field lines from the center electrode to the collector electrode through the center electrode and the collector electrode formed by the lateral surface.
  • a high voltage is applied to the center electrode, for example in the range of 15 kV.
  • a corona discharge is formed, through which the particles flowing through the field in the exhaust gas are charged in a unipolar manner. Due to this charge, the particles move through the electrostatic Coulomb forces to the inner wall of the exhaust pipe, which serves as a collector electrode.
  • electrostatic precipitators In an electrostatic precipitator, free charge carriers in the form of ions are introduced into a filter area around the electrostatic precipitator by local gas discharges (corona discharges at a spray electrode). If the ions hit the soot or ash particles in the flue gas, the charges are transferred to the particles (unipolar charging). The charge generating electric field then drives the charged particles away from the electrode, which is also referred to as a spray electrode. A large part of the particles finally settles on the precipitation electrode (in this case the tube or chimney wall) and sticks there. From there, the particles can be removed by special cleaning equipment.
  • a particle layer builds up on the spray electrode of the separator.
  • the growing particle layer causes a reduction of the active surface of the spray electrode, which reduces the formation of the number of ions necessary for particle separation.
  • Reasons for the contamination of the spray electrode are described below by way of example for a negative corona discharge.
  • the document WO 2006/000114 A1 describes a method for monitoring the condition of the spray electrode.
  • the spray electrode during the filter operation added to mechanical vibrations while the AC component of the operating current of the spray detected. Too high a frequency of the alternating current component indicates a shortening (wear, breakage) of the electrode, too low a frequency indicates contamination of the electrode by deposits. The latter phenomenon can be explained by the reduction of the mechanical natural frequency of the electrode with increasing mass of particles adhering to the electrode. It is therefore the utilization of a mechanical effect.
  • a need for maintenance is signaled or a cleaning process is triggered.
  • the document DD 207 339 A describes a control device for a DC high voltage generator for feeding electrostatic precipitators and a method for operating electrostatic precipitators, which are operated just below the threshold value of an electrical flashover. In this case, a certain number of high-voltage flashovers between charging electrode and collecting electrode per unit time is accepted.
  • the patent describes a method or an electronic circuit which minimizes the electrical energy consumption of this mode of operation.
  • the document SE 2000-662 A describes a method for pulsed operation of an electrostatic precipitator. During a current pulse, the corresponding values of the rising and falling edges of the voltage are measured and registered. An internal algorithm then calculates from these values and the duration of the current pulse the optimum parameters (driving voltage, frequency) for the following current pulse.
  • WO 2007/051239 A1 discloses a method for controlling a power supply of an electrostatic precipitator, with the arcing between the electrodes are reduced.
  • the Abscheidestrom is monitored in view of the occurrence of flashovers and controls the energy supply of the separator using a high-speed circuit.
  • the EP 1 872 858 A2 shows a method for optimizing a multi-zone electrostatic precipitator with the following steps: lowering of the electrical power in all zones of the electrostatic precipitator until the output of the last zone a predetermined emission value is reached; successively for each of the zones: incremental increase of the electrical power of the zone and detection of the respectively associated emission value at the outlet the filter for each increase; Determining the change in emission as the power changes for each of the zones.
  • the invention has for its object to provide a method and an electrostatic precipitator, with which the particle concentration is detected in the exhaust gas of the electrostatic precipitator. More specifically, it is an object of the invention to detect the particle concentration, monitor it and / or initiate any necessary steps for optimized control of the electrostatic precipitator.
  • a method, not encompassed by this invention, for determining a degree of contamination of an electric-energy-operated, electrostatic precipitator having at least two electrodes for separating off exhaust particles in the vicinity of the electrode, in particular for an electrostatic precipitator in an exhaust line of an exhaust gas purification system comprising the steps of: applying a High voltage to the electrodes of the separator to produce a predetermined corona discharge with a predetermined corona current, consuming at least a portion of the corona stream to charge the exhaust particles, and detecting the applied high voltage and the corona current at least two times of the operating time is characterized in that the Steps include: determining a change in the applied high voltage and generating a signal based on the determined change, which represents the degree of contamination of the electrostatic precipitator.
  • the separation efficiency of the electrostatic precipitator depends on a corona current. This in turn depends on an applied high voltage and a degree of contamination of the electrode. This means that the high voltage required to generate the necessary corona discharge increases with increasing particle layer on the electrode. This effect can be measured by means of a characteristic current / voltage characteristic of the separator, for example at the high voltage supply. The corresponding characteristic shifts with increasing operating time or growing particle layer on the spray electrode in the direction of higher operating voltages. This effect is called degradation of the current / voltage characteristic. This effect can be used to over the high voltage power supply to determine the degree of contamination of the spray electrode. Since the operating voltage can be increased to a maximum of a breakdown voltage of the electrostatic precipitator, excessive contamination of the spray electrode must be avoided.
  • the method according to the invention for detecting a particle concentration in a particle stream of an electric-energy-operated, electrostatic precipitator having at least two electrodes for separating off exhaust particles in the vicinity of the electrode, in particular for an electrostatic precipitator in an exhaust line of an exhaust gas purification system comprises the steps of impressing a corona stream to the electrodes of the precipitator (1) to produce a corona discharge having a predetermined high voltage, consuming at least part of the corona current to charge the exhaust particles, and detecting the applied high voltage and the corona current at least two times of the operating time, and characterized by Steps: Determining a change in the impressed corona current and generating a signal based on the determined change, which represents the particle concentration in the particle stream of the electrostatic precipitator (1) ated.
  • the particle concentration is correlatable to a corona stream.
  • the corona current depends on both an applied high voltage and a degree of contamination of the electrode and the particle concentration in the particle flow. This means that, on the one hand, the high voltage required to produce a constant corona discharge (constant current mode) increases with increasing electrode contamination. This effect can be measured by means of a characteristic current / voltage characteristic of the separator, for example at the high voltage supply and is referred to as degradation of the current / voltage characteristic. The corresponding characteristic shifts within several hundred hours of operation with increasing particle layer in the direction of higher operating voltages.
  • the step of determining a change in the impressed corona current comprises the step of determining at least one mean value of the change over a period of time.
  • the determination of the impressed corona current can be carried out continuously or discretely. It is preferred that the step of determining at least one mean value comprises the steps of: determining a plurality of mean values of the change over time periods and determining the change of the mean values over the time periods. The durations can be the same length.
  • a preferred embodiment provides that the step of determining a change comprises the steps of: assigning the detected values to predetermined particle concentration values taking into account the change in the mean values and in the event of a change in the mean values which is above a limit value, performing a new assignment of the detected values to given particle concentration values.
  • an initial quantity of applied high voltage and / or impressed corona current in an initial state of the electrode is detected, a supplied actual amount of applied high voltage and / or imprinted corona current detected and a maximum deliverable amount of applied high voltage and / or imprinted corona current detected.
  • the supplied actual amount of applied high voltage and / or imprinted corona is with the supplied output amount of applied high voltage and / or imprinted corona, the previously detected actual amount of applied high voltage and / or imprinted corona and / or the maximum deliverable amount of applied high voltage and / or imprinted corona stream compared. From the comparison, i. the change thus determined, a signal is calculated or determined by assignment, which as a result represents the particle concentration of the exhaust gas.
  • the capture operation includes predetermining, presetting, manual input, and the like.
  • the step of generating a signal comprises the steps of: detecting an output quantity of applied high voltage and / or impressed corona current in an initial state of the electrode, detecting a supplied actual amount of applied high voltage and / or impressed corona current, detecting a maximum feedable Amount of applied high voltage and / or impressed corona current, comparing the supplied actual amount of applied high voltage and / or imprinted Coronastrom with the supplied output quantity of applied high voltage and / or imprinted Coronastrom, the previously detected actual amount of applied high voltage and / or imprinted Coronastrom and / or the maximum deliverable amount of applied high voltage and / or imprinted corona current and calculating a signal representing the efficiency of the electrostatic precipitator as a result of the comparing.
  • the capture operation includes predetermining, presetting, manual input, and the like.
  • the step of generating a signal further comprises the steps of: simulating operation of the electrostatic precipitator and generating a signal from the simulated operation.
  • the simulation is preferably model-based.
  • the step of generating a signal comprises the step of generating at least one signal representing a state of the electrostatic precipitator selected from the group of states efficiency, power consumption, pollution degree, maintenance time, cleaning time and the like of the precipitator.
  • the step of generating a signal comprises a reproduction, a forwarding and / or a further processing of the generated signal.
  • the reproduction can be made optically or acoustically on a display, for example.
  • the transfer can be made, for example, to a control center.
  • the signal can be further processed in a controller.
  • the electrostatic precipitator is characterized in that it comprises means for carrying out the method according to the invention.
  • an electrostatic precipitator with a flow channel having a channel wall and a channel inside, through which flows a particle-containing exhaust gas in a flow direction, in the channel interior substantially in the flow direction extending electrode for generating a corona discharge in the flow channel and a Electrode feed to feed the electrode with electrical energy, at least one sensor for detecting an applied High voltage and / or an impressed corona current and a signal generator for generating a signal based on or based on a change in the applied high voltage and / or an impressed corona are provided, wherein the signal represents the particle concentration of the exhaust gas.
  • the sensor can be designed as part of the high voltage supply and / or the electrode supply.
  • the electrode feed is at least partially encased with an insulator, further comprising at least one particle repelling agent, which prevents particles of the exhaust gas from depositing on the insulator and / or the electrode.
  • the signal generator has at least one data memory with predefinable particle concentration values, which can be correlated to the signals detected by the sensor, and a processor for calculating mean values and performing comparison operations in order to use the detected signals to determine mean values and changes to calculate the mean values and, taking into account the change in the mean values, to carry out an assignment of the detected signals to the particle concentration values correlated therewith.
  • an electric field is generated in the channel interior by the electrode fed with high voltage and acting as counter electrode channel wall, wherein the field lines extend transversely to the flow direction of the exhaust gas, preferably perpendicular to the electrode.
  • an electrode feed which supplies the electrode with high voltage from an external voltage source. So that no discharge of the electrode takes place via the electrode feed, this is at least partially encased with an insulator.
  • the insulator is preferably formed of an insulating material comprising ceramics and the like.
  • the methods and / or electrostatic precipitators may be used in a heating system.
  • the corresponding heating system is characterized in that for generating energy by burning of an energy source such as biomass with a particulate matter emitting heating system such as a biomass heating system for burning the energy carrier, particulate containing exhaust gases, an inventive electrostatic precipitator is provided or the method of the invention Find application.
  • the electrostatic precipitator must be cleaned, as the spray electrode is added with particles and thus the deposition efficiency is reduced.
  • the invention makes it possible to always inform the operator about the current functional state of the electrostatic precipitator and about the instantaneous particle concentration in the exhaust gas.
  • suitable steps can be taken in good time, be it to clean the separator, to replace a damaged spray electrode or to reduce the particle concentration, for example by changing the firing conditions or the performance of the separator.
  • This ensures optimal dust separation from the flue gas of the biomass heating system.
  • the operator receives information about the optimal cleaning time or optimal control of the separator without a complex control of the separation efficiency or direct particle measurements by means of particle measurement.
  • Fig. 1 schematically shows an electrostatic precipitator 1 in a cross section.
  • the electrostatic precipitator 1 is arranged in an exhaust gas line 2 (only partially shown) of an exhaust gas purification system, not shown here, and comprises: a flow channel 3.
  • the flow channel 3 is a tubular section of the exhaust gas line 2 formed and includes a channel wall 4 and a channel interior 5.
  • a particle-containing exhaust gas shown here by arrows P flows in the flow direction also shown by the arrows P.
  • an electrode 6, which is also referred to as a center electrode or corona electrode extends in the interior of the flow channel 3.
  • the flow channel 3 is preferably formed in a rotationally symmetrical about a central axis A in cross section to the flow direction P.
  • the electrode 6 extends along this central axis A.
  • the electrode 6 is fed via an electrode feed 7, which is covered with an insulator 8, which is preferably made of a ceramic. Together with the duct wall 4, the electrode 6 forms a charging unit in which particles S can be electrically charged.
  • the electrode 6 forms an electric field with the channel wall 4 while applying a high voltage, the field lines of which extend essentially radially to the electrode 6 or the channel wall 4, essentially transversely, more precisely at right angles, to the flow direction P.
  • Particles S adhere and form a particle layer (as shown), which affects the generation of the electric field or the corona discharge.
  • the larger the particle layer S the more the generation of the electric field or the corona discharge is impaired. That is, to generate a sufficient, predetermined electric field, a larger amount of energy is needed.
  • the amount of energy required to feed the electrode 6 is detected by a sensor 9.
  • the sensor 9 may detect the amount of current, the amount of voltage, and the like.
  • the illustrated electrostatic precipitator 1 has a signal generator 10, which generates one or more signals based on the change in the detected amount of energy, which represent the state of the electrostatic precipitator 1, more precisely the electrode 6, and / or the concentration of the particles S. These signals can be output via display means 11 and / or passed on to a control device for controlling the heater and / or separator operation.
  • the display means 11 may be formed for example as LEDs.
  • the high combustion temperatures (up to approx. 1200 ° C) cause an ionization of the gases (thermionic discharge).
  • the resulting positive and negative ions generate electrostatically charged particles S.
  • the particle stream reaches the spray electrode 6 of the separator 1, some of the positively charged particles deposit on it before they can be negatively charged.
  • the ionization of the air molecules at the spray electrode 6 a part is split into positive ions and electrons.
  • the particles move in the electric field corresponding to their charge to the positive or negative electrode 6.
  • positively charged particles S can arise, which can accumulate on the spray electrode 6.
  • appropriate display means 11, such as LEDs, acoustic signals, etc. can be signaled that the electrode 6 must be cleaned or replaced to an effective and optimal Operation of the separator 1 to cause or that the concentration of particles S in the particle flow is too large and appropriate steps must be taken to effect an effective and optimal operation of the separator 1.
  • Fig. 2 schematically shows a functional diagram of the correlation of corona current and high voltage.
  • the high voltage is plotted and on the ordinate the corona current.
  • five characteristic current / voltage characteristics S1 to S5 are entered, which are respectively detected at different times T1 to T5.
  • the stress lines S1 to S5 which differ in particular in the range of high high voltages (right on the abscissa) and high corona current (on the top of the ordinate), are entered in the diagram starting with an earliest time T1 up to a latest time T5.
  • the dashed arrow indicates the increasing degree of soiling of the electrode 6, by which the degradation is caused.
  • the characteristic increases with increasing voltage following a polynomial function.
  • Fig. 3 schematically shows a functional diagram of corona flow and filter efficiency or separation efficiency.
  • the abscissa shows the corona current and the ordinate the deposition efficiency.
  • the efficient range Be lies with the smallest possible corona current values, in which the separation efficiency just reaches the flat plateau. This is in FIG. 3 the area Be around the point OBP (optimal operating point). From there on to the left, the deposition efficiency becomes progressively smaller. Based on this relationship, the deposition efficiency can be indicated, for example, via LEDs.
  • Fig. 4 schematically shows a functional diagram of the correlation of corona current IC and particle concentration CP over time.
  • the time is plotted on the abscissa and on the ordinate of the coronastrom or the particle concentration.
  • the upper of the two functional lines identifies the particle concentration CP and the lower functional line indicates the corona current IC.
  • the two functional lines run essentially parallel to one another over the measured time, so that a direct correlation between corona current and particle concentration can be assumed. This correlation effect is used to deduce the particle concentration from the measurement of the corona current.
  • the degradation occurring is used to detect a particle concentration, in particular a no longer tolerable particle concentration, so that appropriate steps can be taken early on.
  • the measurement of the energy is used to detect contamination, in particular a no longer tolerable contamination of the electrode, so that appropriate steps can be taken early on.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Partikelkonzentration in einem Partikelstrom eines elektrostatischen Abscheiders. Weiter betrifft die Erfindung einen mit elektrischer Energie betriebenen elektrostatischen Abscheider, insbesondere für eine Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage.
  • Aufgrund der Emissionen von Heizungsanlagen und globaler Bemühungen, derartige Emissionen zu reduzieren - siehe zum Beispiel das Kyoto-Abkommen - werden bei Heizungsanlagen entsprechende Abgasreinigungsanlagen verwendet. Diese sollen insbesondere die schädlichen Stoffe und Partikel aus Abgasen herausfiltern, so dass das verbleibende, gereinigte Abgas bedenkenlos an die Umwelt abgegeben werden kann. Insbesondere werden derartige Abgasreinigungsanlagen bei Biomasse-Heizanlagen eingesetzt, bei denen neben ansonsten ökonomischen und ökologischen Vorteilen eine erhöhte Emission an Schadstoffen in den Abgasen auftreten kann. Gerade die relativ hohe Emission an Feinstaub als ein Schadstoffanteil ist bei Biomasse-Heizungsanlagen ein Problem.
  • Aus der EP 1 193 445 A2 ist eine Abgasreinigungsanlage bekannt, welche für Biomasse-Heizungsanlagen zur Verringerung von Feinstaubemission verwendet wird. Die dort beschriebene Vorrichtung ist in einen Rauchgaskanal einbaubar und weist hierzu einen Deckel auf, der gasdicht auf eine zugehörige Öffnung an einem Rauchgaskanal aufsetzbar ist. An der Innenseite des Deckels ist über eine isolierende Halterung eine Sprühelektrode, zum Beispiel in Form eines gespannten Stabes, gehalten. Ein Hochspannungstransformator mit Gleichrichterfunktion erlaubt den Aufbau einer hohen Gleichspannung zwischen dem Draht und dem Deckel, welcher elektrisch leitend mit dem Ofenrohr verbunden ist, so dass dieses als Kollektorelektrode wirkt.
  • Ein derartiger Elektrofilter mit Sprühelektrode und Kollektorelektrode ist auch als elektrostatischer Abscheider bekannt. Dieser wird zur Abgasreinigung in einer Abgasleitung einer Heizungsanlage eingesetzt. Dabei wird durch die Sprühelektrode, welche etwa mittig durch die Abgasleitung verläuft und deshalb auch als Mittelelektrode bezeichnet wird, und eine umgebende Mantelfläche der Abgasleitung ein Kondensator gebildet, der bei einer zylinderrohrförmigen Ausbildung der Abgasleitung auch als Zylinderkondensator bezeichnet wird. Die Sprüh- oder Mittelelektrode weist in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt in Strömungsrichtung des Abgases auf, wobei der Durchmesser des Querschnitts oder auch der Krümmungsradius im Allgemeinen relativ klein ausgebildet ist (zum Beispiel kleiner als 0,4 mm). Um nun die Schadstoffe, genauer die nicht an die Umwelt abzugebenden Partikel, des Abgases aus dem Abgasstrom abzuscheiden, wird durch die Mittelelektrode und die durch die Mantelfläche gebildete Kollektorelektrode ein quer zur Strömungsrichtung verlaufendes Feld mit Feldlinien von der Mittelelektrode zur Kollektorelektrode gebildet. Hierzu wird an die Mittelelektrode eine Hochspannung angelegt, zum Beispiel in dem Bereich von 15 kV. Dadurch bildet sich eine Corona-Entladung aus, durch welche die in dem Abgas durch das Feld strömenden Partikel unipolar aufgeladen werden. Aufgrund dieser Aufladung wandern die Partikel durch die elektrostatischen Coulomb-Kräfte zur Innenwand der Abgasleitung, welche als Kollektorelektrode dient.
  • Genauer ist die Funktionsweise von elektrostatischen Abscheidern Folgende:
    In einem elektrostatischen Abscheider werden durch lokale Gasentladungen (Coronaentladungen an einer Sprühelektrode) freie Ladungsträger in Form von Ionen in einen Filterbereich um den elektrostatischen Abscheider eingebracht. Treffen die Ionen auf die sich im Rauchgas befindenden Ruß- oder Aschepartikel, so werden die Ladungen auf die Partikel übertragen (unipolare Aufladung). Das zur Ladungsträgererzeugung dienende elektrische Feld treibt die geladenen Partikel dann von der Elektrode, welche auch als Sprühelektrode bezeichnet wird, weg. Ein Großteil der Partikel lagert sich schließlich auf der Niederschlagselektrode (hier Rohr- oder Kaminwand) an und bleibt dort haften. Von dort können die Partikel durch spezielle Abreinigungseinrichtungen entfernt werden.
  • Über einen Zeitraum von vielen Betriebsstunden hinweg baut sich eine Partikelschicht auf der Sprühelektrode des Abscheiders auf. Die anwachsende Partikelschicht bewirkt eine Verkleinerung der aktiven Oberfläche der Sprühelektrode, was die Bildung der zur Partikelabscheidung notwendigen Anzahl an Ionen verringert. Gründe für die Verschmutzung der Sprühelektrode sind im Folgenden beispielhaft für eine negative Coronaentladung beschrieben.
  • Das Dokument WO 2006/000114 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung des Zustandes der Sprühelektrode. Hierzu wird die Sprühelektrode während des Filterbetriebs in mechanische Schwingungen versetzt und dabei der Wechselstromanteil des Betriebsstromes der Sprühelektrode erfasst. Eine zu hohe Frequenz des Wechselstromanteils deutet auf eine Verkürzung (Verschleiß, Bruch) der Elektrode, eine zu niedrige Frequenz deutet auf eine Verschmutzung der Elektrode durch Ablagerungen hin. Letzteres Phänomen erklärt sich aus der Verringerung der mechanischen Eigenfrequenz der Elektrode bei zunehmender, an der Elektrode anhaftender Partikelmasse. Es handelt sich also um die Ausnutzung eines mechanischen Effekts. Bei Erkennen einer verschmutzten Sprühelektrode wird ein Wartungsbedarf signalisiert oder ein Reinigungsvorgang ausgelöst.
  • Das Dokument DD 207 339 A beschreibt eine Regeleinrichtung für einen Gleichspannungs-Hochspannungserzeuger zur Speisung elektrostatischer Abscheider und ein Verfahren zum Betrieb elektrostatischer Abscheider, welche knapp unter dem Schwellwert eines elektrischen Überschlags betrieben werden. Hierbei wird eine bestimmte Anzahl von Hochspannungsüberschlägen zwischen Aufladeelektrode und Auffangelektrode pro Zeiteinheit akzeptiert. Die Patentschrift beschreibt ein Verfahren bzw. eine elektronische Schaltung, welche den elektrischen Energieverbrauch dieser Betriebsweise minimiert.
  • Das Dokument SE 2000-662 A beschreibt ein Verfahren zum gepulsten Betrieb eines elektrostatischen Abscheiders. Während eines Strompulses werden die entsprechenden Werte der Anstiegs- bzw. Abstiegsflanken der Spannung gemessen und registriert. Ein interner Algorithmus berechnet dann aus diesen Werten sowie der Zeitdauer des Strompulses die optimalen Parameter (treibende Spannung, Frequenz) für den folgenden Strompuls.
  • Aus der WO 2007/051239 A1 geht ein Verfahren zur Regelung einer Energieversorgung eines elektrostatischen Abscheiders hervor, mit dem Funkenüberschläge zwischen den Elektroden verringert werden. Dazu wird der Abscheidestrom im Hinblick auf das Auftreten von Funkenüberschlägen überwacht und die Energieversorgung des Abscheiders unter Verwendung eines hochschnellen Schaltkreises geregelt.
  • Die EP 1 872 858 A2 (nachveröffentlicht) zeigt ein Verfahren zur Optimierung eines mehrzonigen Elektrofilters mit den Schritten: Absenkung der elektrischen Leistung in allen Zonen des Elektrofilters bis am Ausgang der letzten Zone ein vorgegebener Emissionswert erreicht wird; nacheinander für jede der Zonen: schrittweise Erhöhung der elektrischen Leistung der Zone und Erfassung des jeweils zugehörigen Emissionswertes am Ausgang des Filters für jede Erhöhung; Ermittlung der Änderung der Emission bei Änderung der Leistung für jede der Zonen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen elektrostatischen Abscheider zu schaffen, mit welchen die Partikelkonzentration im Abgas des elektrostatischen Abscheiders erfasst wird. Genauer ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Partikelkonzentration zu erfassen, diese zu überwachen und/oder ggf. erforderliche Schritte zur optimierten Regelung des elektrostatischen Abscheiders einzuleiten.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Ein nicht von dieser Erfindung umfasstes Verfahren zur Bestimmung eines Verschmutzungsgrades eines mit elektrischer Energie betriebenen, elektrostatischen Abscheiders mit mindestens zwei Elektroden zum Abscheiden von Abgaspartikeln in der Umgebung der Elektrode, insbesondere für einen elektrostatischen Abscheider in einer Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage, umfassend die Schritte: Anlegen einer Hochspannung an die Elektroden des Abscheiders, um eine vorgegebene Coronaentladung mit einem vorgegebenen Coronastrom zu erzeugen, Verbrauchen zumindest eines Teils des Coronastroms zum Aufladen der Abgaspartikel, und Erfassen der angelegten Hochspannung und des Coronastroms zu zumindest zwei Zeitpunkten der Betriebsdauer, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte umfasst sind: Bestimmen einer Veränderung der angelegten Hochspannung und Erzeugen eines Signals anhand der bestimmten Veränderung, welches den Verschmutzungsgrad des elektrostatischen Abscheiders repräsentiert.
  • Die Abscheideeffizienz des elektrostatischen Abscheiders ist von einem Coronastrom abhängig. Dieser wiederum hängt von einer angelegten Hochspannung und von einem Verschmutzungsgrad der Elektrode ab. Dies bedeutet, dass die zur Erzeugung der notwendigen Coronaentladung benötigte Hochspannung mit wachsender Partikelschicht auf der Elektrode zunimmt. Dieser Effekt kann mittels einer charakteristischen Strom- / Spannungskennlinie des Abscheiders beispielsweise an der Hochspannungsversorgung gemessen werden. Die entsprechende Kennlinie verschiebt sich mit zunehmender Betriebsdauer bzw. wachsender Partikelschicht auf der Sprühelektrode in Richtung höherer Betriebsspannungen. Dieser Effekt wird als Degradation der Strom- / Spannungskennlinie bezeichnet. Dieser Effekt kann genutzt werden, um über die Hochspannungsversorgung den Verschmutzungsgrad der Sprühelektrode zu bestimmen. Da die Betriebsspannung maximal bis zu einer Durchschlagsspannung des elektrostatischen Abscheiders erhöht werden kann, muss eine übermäßige Verschmutzung der Sprühelektrode vermieden werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung einer Partikelkonzentration in einem Partikelstrom eines mit elektrischer Energie betriebenen, elektrostatischen Abscheiders mit mindestens zwei Elektroden zum Abscheiden von Abgaspartikeln in der Umgebung der Elektrode, insbesondere für einen elektrostatischen Abscheider in einer Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage, umfasst die Schritte: Aufprägen eines Coronastroms auf die Elektroden des Abscheiders (1), um eine Coronaentladung mit einer vorgegebenen Hochspannung zu erzeugen, Verbrauchen zumindest eines Teils des Coronastroms zum Aufladen der Abgaspartikel, und Erfassen der angelegten Hochspannung und des Coronastroms zu zumindest zwei Zeitpunkten der Betriebsdauer, und ist gekennzeichnet durch die Schritte: Bestimmen einer Veränderung des aufgeprägten Coronastroms und Erzeugen eines Signals anhand der bestimmten Veränderung, welches die Partikelkonzentration in dem Partikelstrom des elektrostatischen Abscheiders (1) repräsentiert.
  • Die Partikelkonzentration ist zu einem Coronastrom korrelierbar. Der Coronastrom hängt sowohl von einer angelegten Hochspannung und von einem Verschmutzungsgrad der Elektrode als auch von der Partikelkonzentration im Partikelstrom ab. Dies bedeutet, dass einerseits die zur Erzeugung einer konstanten Coronaentladung (Konstantstrommodus) benötigte Hochspannung mit zunehmender Elektrodenverschmutzung zunimmt. Dieser Effekt kann mittels einer charakteristischen Strom-/Spannungskennlinie des Abscheiders beispielsweise an der Hochspannungsversorgung gemessen werden und wird als Degradation der Strom-/Spannungskennlinie bezeichnet. Die entsprechende Kennlinie verschiebt sich innerhalb von mehreren hundert Betriebsstunden mit anwachsender Partikelschicht in Richtung höherer Betriebsspannungen. Hält man andererseits die Hochspannung konstant (Konstantspannungsmodus), so korrelieren kurzfristige Schwankungen (wenige Sekunden bis Minuten) der Partikelkonzentration im Rauchgas mit gleichermaßen kurzfristigen Veränderungen im Coronastrom. Erfindungsgemäß wird dieser Effekt genutzt, um über die Strom-/Spannungsversorgung der Elektrode die Partikelkonzentration im Abgas zu bestimmen. Im Betrieb wird intermittierend zwischen beiden Betriebsarten umgeschaltet. Die kurzfristigen Schwankungen des Stroms bei konstanter Spannung korrelieren mit der Partikelkonzentration im Abgas. Das langfristige konstante Ansteigen der notwendigen Spannung, um den Wert des Coronastromes konstant zu halten, korreliert mit der Dicke der Feinstaubschicht, welche die Elektrode verschmutzt und diese mit der Zeit außer Betrieb setzt.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schritt Bestimmen einer Veränderung des aufgeprägten Coronastroms den Schritt umfasst: Bestimmen mindestens eines Mittelwertes der Veränderung über eine Zeitdauer. Die Bestimmung des aufgeprägten Coronastroms kann kontinuierlich oder diskret durchgeführt werden. Bevorzugt ist es, dass der Schritt Bestimmen mindestens eines Mittelwertes die Schritte umfasst: Bestimmen mehrerer Mittelwerte der Veränderung über Zeitdauern und Bestimmen der Veränderung der Mittelwerte über die Zeitdauern. Die Zeitdauern können gleich lang sein.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Schritt Bestimmen einer Veränderung die Schritte umfasst: Zuordnen der erfassten Werte zu vorgegebenen Partikelkonzentrationswerten unter Berücksichtigung der Veränderung der Mittelwerte und bei Vorliegen einer Veränderung der Mittelwerte, die über einem Grenzwert liegt, Durchführen einer neuen Zuordnung der erfassten Werte zu vorgegebenen Partikelkonzentrationswerten.
  • Zur Bestimmung einer Veränderung wird eine Ausgangsmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom in einem Ausgangszustand der Elektrode erfasst, eine zugeführten Istmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom erfasst und eine maximal zuführbare Menge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom erfasst. Die zugeführte Istmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom wird mit der zugeführten Ausgangsmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom, der zuvor erfassten Istmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom und/oder der maximal zuführbaren Menge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom verglichen. Aus dem Vergleich, d.h. der so bestimmten Veränderung, wird ein Signal berechnet oder durch Zuordnung ermittelt, welches als Ergebnis die Partikelkonzentration des Abgases repräsentiert. Der Vorgang Erfassen schließt das Vorgeben, Voreinstellen, manuelles Eingeben und dergleichen ein.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Schritt Erzeugen eines Signals die Schritte umfasst: Erfassen einer Ausgangsmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom in einem Ausgangszustand der Elektrode, Erfassen einer zugeführten Istmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom, Erfassen einer maximal zuführbaren Menge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom, Vergleichen der zugeführten Istmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom mit der zugeführten Ausgangsmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom, der zuvor erfassten Istmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom und/oder der maximal zuführbaren Menge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom und Berechnen eines Signals, welches als Ergebnis des Vergleichens den Wirkungsgrad des elektrostatischen Abscheiders repräsentiert. Der Vorgang Erfassen schließt das Vorgeben, Voreinstellen, manuelles Eingeben und dergleichen ein.
  • Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Schritt Erzeugen eines Signals weiter die Schritte umfasst: Simulieren eines Betriebs des elektrostatischen Abscheiders und Erzeugen eines Signals anhand des simulierten Betriebs. Das Simulieren erfolgt dabei bevorzugt modellbasiert.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Schritt Erzeugen eines Signals den Schritt umfasst: Erzeugen mindestens eines Signals, welches einen Zustand des elektrostatischen Abscheiders repräsentiert, ausgewählt aus der Gruppe der Zustände Wirkungsgrad, Energieverbrauch, Verschmutzungsgrad, Wartungszeitpunkt, Reinigungszeitpunkt und dergleichen des Abscheiders.
  • Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass der Schritt Erzeugen eines Signals eine Wiedergabe, eine Weitergabe und oder eine Weiterverarbeitung des erzeugten Signals umfasst. Die Wiedergabe kann zum Beispiel auf einem Display optisch, oder auch akustisch erfolgen. Die Weitergabe kann zum Beispiel an eine Leitstelle erfolgen. Für eine automatische Regelung kann das Signal in einem Regler weiterverarbeitet werden. Durch die Bestimmung der Partikelkonzentration kann entsprechend die Regelung zum Beispiel der Feuerungsbedingungen, der Energiezufuhr und dergleichen optimiert werden, ohne dass spezielle Partikelmesstechnik erforderlich ist.
  • Der elektrostatische Abscheider ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass bei einem elektrostatischen Abscheider mit einem Strömungskanal mit einer Kanalwandung und einem Kanalinneren, durch welchen ein partikelbeinhaltendes Abgas in einer Strömungsrichtung strömt, einer sich in dem Kanalinneren im Wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckenden Elektrode zur Erzeugung einer Coronaentladung in dem Strömungskanal und einer Elektrodenzuführung, um die Elektrode mit elektrischer Energie zu speisen, weiter mindestens ein Sensor zur Erfassung einer angelegten Hochspannung und/oder eines aufgeprägten Coronastroms und ein Signalgenerator zum Erzeugen eines Signals anhand oder basierend auf einer Veränderung der angelegten Hochspannung und/oder eines aufgeprägten Coronastroms vorgesehen sind, wobei das Signal die Partikelkonzentration des Abgases repräsentiert. Der Sensor kann dabei als Teil der Hochspannungsversorgung und/oder der Elektrodenzuführung gestaltet sein.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrodenzuführung mit einem Isolator zumindest ' teilweise ummantelt ist, wobei weiter mindestens ein Partikelabweisemittel umfasst ist, welches verhindert, dass sich Partikel des Abgases an dem Isolator und/oder der Elektrode ablagern.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Signalgenerator mindestens einen Datenspeicher mit vorgebbaren Partikelkonzentrationswerten, welche korrelierbar zu den durch den Sensor erfassten Signalen sind, und einen Prozessor zur Berechnung von Mittelwerten und Durchführung von Vergleichsoperationen aufweist, um anhand der erfassten Signale Mittelwerte und Veränderungen der Mittelwerte zu berechnen und unter Berücksichtigung der Veränderung der Mittelwerte eine Zuordnung der erfassten Signale zu den damit korrelierenden Partikelkonzentrationswerten durchzuführen.
  • In dem Strömungskanal ist durch die mit Hochspannung gespeiste Elektrode und die als Gegenelektrode fungierende Kanalwandung ein elektrisches Feld in dem Kanalinneren erzeugt, wobei die Feldlinien quer zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufen, bevorzugt rechtwinklig zu der Elektrode. Quer zu der Elektrode ist eine Elektrodenzuführung vorgesehen, welche die Elektrode mit Hochspannung von einer externen Spannungsquelle versorgt. Damit keine Entladung der Elektrode über die Elektrodenzuführung erfolgt, ist diese mit einem Isolator zumindest teilweise ummantelt. Der Isolator ist bevorzugt aus einem isolierenden Material umfassend Keramik und dergleichen gebildet.
  • Die Verfahren und/oder der elektrostatische Abscheider können in einem Heizungssystem angewendet werden. Das entsprechende Heizungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Energie mittels Verbrennen von einem Energieträger wie Biomasse mit einer Feinstaub emittierenden Heizungsanlage wie eine Biomasse-Heizungsanlage zum Verbrennen des Energieträgers, wobei partikelbeinhaltende Abgase entstehen, ein erfindungsgemäßer elektrostatischer Abscheider vorgesehen ist bzw. die erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung finden.
  • Mit den erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheider werden insbesondere die folgenden Vorteile realisiert:
    Innerhalb bestimmter Zeitintervalle muss der elektrostatische Abscheider gereinigt werden, da die Sprühelektrode mit Partikeln zugesetzt und die Abscheideeffizienz damit herabgesetzt wird. Durch die Erfindung ist es möglich, den Betreiber immer über den momentanen Funktionszustand des elektrostatischen Abscheiders sowie über die momentane Partikelkonzentration im Abgas zu informieren. So können rechtzeitig geeignete Schritte eingeleitet werden, sei es zur Reinigung des Abscheiders, zum Austausch einer beschädigten Sprühelektrode oder zur Reduzierung der Partikelkonzentration, beispielsweise durch Änderung der Feuerungsbedingungen oder der Leistung des Abscheiders. Dadurch wird eine optimale Staubabscheidung aus dem Rauchgas der Biomasse-Heizanlage gewährleistet. Der Betreiber erhält ohne eine aufwendige Kontrolle der Abscheideeffizienz oder direkte Partikelmessungen mittels Partikelmesstechnik Informationen über den optimalen Reinigungszeitpunkt oder eine optimale Regelung des Abscheiders.
  • Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie den Zusammenhang von Coronastrom und Hochspannung bzw. Coronaspannung und Filtereffizienz dar und zeigen in mehreren Figuren:
    • Fig. 1
    schematisch einen elektrostatischen Abscheider in einem Querschnitt,
    Fig. 2
    schematisch ein Funktionsdiagramm der Korrelation von Coronastrom und Hochspannung,
    Fig. 3
    schematisch ein Funktionsdiagramm der Korrelation von Coronastrom und Filtereffizienz, und
    Fig. 4
    schematisch ein Funktionsdiagramm der Korrelation von Coronastrom und Partikelkonzentration über der Zeit.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen elektrostatischen Abscheider 1 in einem Querschnitt. Der elektrostatische Abscheider 1 ist in einer Abgasleitung 2 (nur teilweise dargestellt) einer hier nicht dargestellten Abgasreinigungsanlage angeordnet und umfasst: einen Strömungskanal 3. Der Strömungskanal 3 ist als rohrförmiger Abschnitt der Abgasleitung 2 ausgebildet und umfasst eine Kanalwandung 4 und ein Kanalinneres 5. Durch den Strömungskanal 3 strömt ein hier durch Pfeile P dargestelltes, partikelbeinhaltendes Abgas in die ebenfalls durch die Pfeile P dargestellte Strömungsrichtung. Im Inneren des Strömungskanals 3 erstreckt sich in Strömungsrichtung P eine Elektrode 6, die auch als Mittelelektrode oder Coronaelektrode bezeichnet wird. Der Strömungskanal 3 ist im Querschnitt zur Strömungsrichtung P bevorzugt rotationssymmetrisch um eine Mittelachse A ausgebildet. Die Elektrode 6 erstreckt sich entlang dieser Mittelachse A. Gespeist wird die Elektrode 6 über eine Elektrodenzuführung 7, welche mit einem Isolator 8, der bevorzugt aus einer Keramik gefertigt ist, ummantelt ist. Zusammen mit der Kanalwandung 4 bildet die Elektrode 6 eine Aufladeeinheit, in welcher Partikel S elektrisch ' aufgeladen werden können. Hierzu bildet die Elektrode 6 mit der Kanalwandung 4 unter Anlegen einer Hochspannung ein elektrisches Feld aus, dessen Feldlinien im Wesentlichen radial zu der Elektrode 6 bzw. der Kanalwandung 4 verlaufen, im Wesentlichen quer, genauer rechtwinklig, zur Strömungsrichtung P. An der Elektrode 6 können Partikel S anhaften und eine Partikelschicht bilden (wie dargestellt), welche das Erzeugen des elektrischen Feldes bzw. der Corona-Entladung beeinträchtigt. Je größer die Partikelschicht S ist, desto mehr wird die Erzeugung des elektrischen Feldes bzw. der Corona-Entladung beeinträchtigt. D.h. zur Erzeugung eines ausreichenden, vorbestimmten elektrischen Feldes wird eine größere Menge an Energie benötigt.
  • Die Menge an Energie, die zur Speisung der Elektrode 6 erforderlich ist, wird über einen Sensor 9 erfasst. Der Sensor 9 kann zum Beispiel die Strommenge, die Spannungsmenge und dergleichen erfassen. Weiter weist der dargestellte elektrostatische Abscheider 1 einen Signalgenerator 10 auf, der anhand der Veränderung der erfassten Menge an Energie ein oder mehrere Signale erstellt, welche den Zustand des elektrostatischen Abscheiders 1, genauer der Elektrode 6, und/oder die Konzentration der Partikel S repräsentieren. Diese Signale können über Anzeigemittel 11 ausgegeben und/oder an ein Regelgerät zur Regelung des Heizgeräte- und/oder Abscheiderbetriebes weitergegeben werden. Die Anzeigemittel 11 können zum Beispiel als LEDs ausgebildet sein.
  • Während der Verbrennung eines Energieträgers bewirken die hohen Verbrennungstemperaturen (bis ca. 1200°C) eine Ionisation der Gase (thermionische Entladung). Die entstehenden positiven und negativen Ionen erzeugen elektrostatisch aufgeladene Partikel S. Wenn der Partikelstrom die Sprühelektrode 6 des Abscheiders 1 erreicht, lagert sich ein Teil der positiv geladenen Partikel auf ihr ab, bevor diese negativ aufgeladen werden können. Durch die Ionisation der Luftmoleküle an der Sprühelektrode 6 wird ein Teil in positive Ionen und Elektronen aufgespalten. Die Teilchen bewegen sich im elektrischen Feld entsprechend ihrer Ladung zur positiven bzw. negativen Elektrode 6. Dabei können positiv geladene Partikel S entstehen, welche sich auf der Sprühelektrode 6 anlagern können. Je mehr Partikel S auf der Elektrode 6 angelagert sind, desto ineffektiver arbeitet der Abscheider 1. Durch entsprechende Anzeigemittel 11, wie LEDs, akustische Signale etc. kann signalisiert werden, dass die Elektrode 6 gereinigt bzw. ausgetauscht werden muss, um einen effektiven und optimalen Betrieb des Abscheiders 1 zu bewirken, oder dass die Konzentration an Partikeln S im Partikelstrom zu groß ist und geeignete Schritte eingeleitet werden müssen, um einen effektiven und optimalen Betrieb des Abscheiders 1 zu bewirken.
  • Fig. 2 zeigt schematisch ein Funktionsdiagramm der Korrelation von Coronastrom und Hochspannung. Auf der Abszisse ist die Hochspannung aufgetragen und auf der Ordinate der Coronastrom. In das Diagramm sind fünf charakteristische Strom-/ Spannungskennlinien S1 bis S5 eingetragen, welche jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten T1 bis T5 erfasst sind. Die Spannungslinien S1 bis S5, welche sich insbesondere in dem Bereich hoher Hochspannungen (rechts auf der Abszisse) und hohem Coronastrom (oben auf der Ordinate) unterscheiden, sind angefangen mit einem frühesten Zeitpunkt T1 bis hin zu einem spätesten Zeitpunkt T5 in das Diagramm eingetragen. Dabei ist zu erkennen, dass sich mit zunehmender Zeit, das heißt mit zunehmender Betriebsdauer des Abscheiders, die Strom-/Spannungskennlinie S1 bis S5 immer weiter nach rechts in dem Diagramm verschiebt. Dieser Effekt wird auch als Degradation bezeichnet. Der gestrichelte Pfeil kennzeichnet den zunehmenden Verschmutzungsgrad der Elektrode 6, durch welchen die Degradation hervorgerufen wird. Die Kennlinie steigt mit zunehmender Spannung einer Polynomfunktion folgend an.
  • Fig. 3 zeigt schematisch ein Funktionsdiagramm von Coronastrom und Filtereffizienz bzw. Abscheideeffizienz. Auf der Abszisse ist der Coronastrom und auf der Ordinate die Abscheideeffizienz aufgezeichnet. Mit zunehmendem Coronastrom läuft der Coronastrom gegen einen oberen Grenzwert der Abscheideeffizienz. Der effiziente Bereich Be liegt bei möglichst kleinen Coronastromwerten, bei denen die Abscheideeffizienz gerade das flache Plateau erreicht. Dies ist in Figur 3 der Bereich Be um den Punkt OBP (optimaler Betriebspunkt). Von da an nach links verlaufend wird die Abscheideeffizienz zunehmend geringer. Anhand dieses Zusammenhangs lässt sich beispielsweise über LED's die Abscheideeffizienz anzeigen.
  • Fig. 4 zeigt schematisch ein Funktionsdiagramm der Korrelation von Coronastrom IC und Partikelkonzentration CP über der Zeit. Auf der Abszisse ist die Zeit aufgetragen und auf der Ordinate der Coronastrom bzw. die Partikelkonzentration. Die obere der beiden Funktionslinien kennzeichnet die Partikelkonzentration CP und die untere Funktionslinie den Coronastrom IC. Die beiden Funktionslinien laufen im Wesentlichen parallel zueinander über die gemessene Zeit, so dass von einer direkten Korrelation zwischen Coronastrom und Partikelkonzentration ausgegangen werden kann. Dieser Korrelations-Effekt wird dazu genutzt, um aus der Messung des Coronastroms auf die Partikelkonzentration zu schließen.
  • Erfindungsgemäß wird somit die auftretende Degradation genutzt, um eine Partikelkonzentration, insbesondere eine nicht mehr tolerierbare Partikelkonzentration zu erkennen, so dass frühzeitig geeignete Schritte eingeleitet werden können. Ergänzend oder alternativ wird die Messung der Energie genutzt, um eine Verschmutzung, insbesondere eine nicht mehr tolerierbare Verschmutzung der Elektrode zu erkennen, so dass frühzeitig geeignete Schritte eingeleitet werden können.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Bestimmung einer Partikelkonzentration in einem Partikelstrom eines mit elektrischer Energie betriebenen elektrostatischen Abscheiders (1) mit mindestens zwei Elektroden (4, 6) zum Abscheiden von Abgaspartikeln in der Umgebung der Elektroden (4, 6), umfassend die Schritte: Aufprägen eines Coronastroms auf die Elektroden des Abscheiders (1), um eine Coronaentladung mit einer vorgegebenen Hochspannung zu erzeugen, Verbrauchen zumindest eines Teils des Coronastroms zum Aufladen der Abgaspartikel, und Erfassen der angelegten Hochspannung und des Coronastroms zu zumindest zwei Zeitpunkten der Betriebsdauer,
    gekennzeichnet durch die Schritte: Bestimmen einer Veränderung des aufgeprägten Coronastroms und Erzeugen eines Signals anhand der bestimmten Veränderung, welches die Partikelkonzentration in dem Partikelstrom des elektrostatischen Abscheiders (1) repräsentiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Bestimmen einer Veränderung des aufgeprägten Coronastroms den Schritt umfasst: Bestimmen mindestens eines Mittelwertes der Veränderung über eine Zeitdauer.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Bestimmen mindestens eines Mittelwertes die Schritte umfasst: Bestimmen mehrerer Mittelwerte der Veränderung über Zeitdauern und Bestimmen der Veränderung der Mittelwerte über die Zeitdauern.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Bestimmen einer Veränderung die Schritte umfasst: Zuordnen der erfassten Werte zu vorgegebenen Partikelkonzentrationswerten unter Berücksichtigung der Veränderung der Mittelwerte und bei Vorliegen einer Veränderung der Mittelwerte, die über einem Grenzwert liegt, Durchführen einer neuen Zuordnung der erfassten Werte zu vorgegebenen Partikelkonzentrationswerten.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Erzeugen eines Signals die Schritte umfasst: Erfassen einer Ausgangsmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom in einem Anfangszustand der Elektrode (6), Erfassen einer zugeführten Istmenge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom, Erfassen einer maximal zuführbaren Menge an angelegter Hochspannung und/oder aufgeprägtem Coronastrom, Vergleichen der zugeführten Istmenge mit der zugeführten Ausgangsmenge und/oder der maximal zuführbaren Menge und Berechnen eines Signals, welches als Ergebnis des Vergleichens den Wirkungsgrad des elektrostatischen Abscheiders (1) repräsentiert.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Erzeugen eines Signals weiter die Schritte umfasst: Simulieren eines Betriebs des elektrostatischen Abscheiders (1) und Erzeugen eines Signals anhand des simulierten Betriebs.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Erzeugen eines Signals die Wiedergabe, Weitergabe und oder Weiterverarbeitung des erzeugten Signals umfasst.
  8. Elektrostatischer Abscheider (1), insbesondere für eine Abgasleitung (2) einer Abgasreinigungsanlage,
    dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mittel aufweist, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet sind.
  9. Elektrostatischer Abscheider (1), nach Anspruch 8,
    mit einem Strömungskanal (3) mit einer Kanalwandung (4) und einem Kanalinneren (5), durch welchen ein partikelbeinhaltendes Abgas (P) in einer Strömungsrichtung strömt, einer sich in dem Kanalinneren (5) im Wesentlichen in Strömungsrichtung (P) erstreckenden Elektrode (6) zur Erzeugung einer Coronaentladung in dem Strömungskanal (3) und einer Elektrodenzuführung (7), um die Elektrode (6) mit elektrischer Energie zu speisen, wobei weiter mindestens ein Sensor (9) zur Erfassung einer angelegten Hochspannung und eines aufgeprägten Coronastroms und ein Signalgenerator (10) zum Erzeugen eines Signals anhand einer Veränderung des aufgeprägten Coronastroms, welches die Partikelkonzentration des Abgases (P) repräsentiert, vorgesehen sind.
  10. Elektrostatischer Abscheider (1) nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenzuführung (7) mit einem Isolator (8) zumindest teilweise ummantelt ist, wobei weiter mindestens ein Partikelabweisemittel umfasst ist, welches verhindert, dass sich Partikel des Abgases (P) an dem Isolator (8) und/oder der Elektrode ablagern.
  11. Elektrostatischer Abscheider (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator (10) mindestens einen Datenspeicher mit vorgebbaren Partikelkonzentrationswerten, welche korrelierbar zu den durch den Sensor (9) erfassten Signalen sind, und einen Prozessor zur Berechnung von Mittelwerten und Durchführen von Vergleichsoperation aufweist, um anhand der erfassten Signale Mittelwerte und Veränderungen der Mittelwerte zu berechnen und unter Berücksichtigung der Veränderung der Mittelwerte eine Zuordnung der erfassten Signale zu den damit korrelierenden Partikelkonzentrationswerten durchzuführen.
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