JPH09502919A - 電気集じん器への電力供給を制御する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気集じん器中の電極の間のフラッシオーバの場合に、制御可能な高電圧直流源から電極への電流供給を制御する方法。集じん器に供給される電流と集じん器の電極の間の電圧とを、ほぼ連続してまたは狭い間隔で測定する。フラッシオーバの後で、集じん器の電極への電流供給を第１の時間間隔中に完全に遮断する。第１の時間間隔の直後の第２の時間間隔中に、フラッシオーバの直前に供給された電流より大きい電流を、集じん器に供給する。その後で電流をフラッシオーバの直前に優勢であった電流より小さい値まで減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】 電気集じん器への電力供給を制御する方法 発明の分野 本発明は、電気集じん器の電極の間のフラッシオーバの場合に電力供給を制御 するための方法に関するものである。電力は制御可能な高電圧直流電源によって 供給される。 この方法の利点がとくに大きい場合というのは、電気集じん器が非常に高いフ ラッシオーバ頻度で動作するような場合である。現在の技術レベルでは、たとえ ば、変調された高周波高電圧整流器がこの方法を実施するための適当な手段であ る。 本発明は、分離すべき塵埃が、収集電極上に生じた塵埃層中で降伏の危険が存 在するような高い抵抗率を持たない場合に適用される。バックコロナのために電 圧と電流を制限しなければならないほど高い抵抗率を持つ塵埃を分離する時には 、本発明はとくに役立たない。発明の背景 多くの状況においては、とくに煙道ガス浄化においては、電気集じん器は最も 適当な集じん器である。電気集じん器の構造は頑丈で信頼度が高い。更に、電気 集じん器は効率が最も高い９９．９％以上の分離度も異常ではない。繊維濾過器 と比較すると、電気集じん器の運転経費は低く、機能不良による損傷および停止 の危険はかなり小さいから、電気集じん器が多くの場合に選択されることは当然 である。電気集じん器においては、高電圧整流器に接続されている電極の間に汚 染ガスが導かれる。通常は、これは一次側でサイリスタ制御され、二次側に整流 器ブリッジが設けられる高電圧変圧器である。この装置は通常の商用電源に接続 され、したがって、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数で電力を供給される。 サイリスタの点弧角を変えることによって電力制御を行う。点弧角が小さくな ると、すなわち、導通期間が長くなると、集じん器に供給される電流が多くなり 、集じん器の電極の間の電圧が高くなる。 低い抵抗率または適度な抵抗率の塵埃を分離する時は、、電極の間の電圧が高 くなるにつれて分離度が上昇する。したがって、高電圧では分離は一層効果的で ある。しかし、可能な電圧は高電圧整流器の構造のみによって制約されず、十分 に高い電圧では集じん器内部の電極の間にフラッシオーバが存在するという事実 によっても制約される。 したがって、最適な分離は、加えられる電圧がフラッシオーバを引き起こす電 圧のすぐ下である時に達成される。フラッシオーバの限界は変動する運転条件に 従って強く変化することがあるから、最適な分離を得ようと試みたとすると、不 幸なことに一定電圧は可能ではなく、その代わりに電極の間にフラッシオーバが 生ずることができるようにすることによって、フラッシオーバの限界を頻繁に試 験しなければならない。 これは、フラッシオーバが起きるまで電流を徐々に増加することによって行わ れる。その後で、電流を所定のやり方で減少し、その次に次のフラッシオーバま で徐々に減少する。この手順を周期的に繰り返す。状況によってフラッシオーバ の限界が極めて変化する結果となったとすると、１分間に１００回より多くのフ ラッシオーバでも許容できる。より安定した方法では、１分間に１０回のフラッ シオーバを含むことができる。しかし、ある方法では、最良の分離は非常に高い フラッシオーバ頻度で得られるが、それでも運転は非常に安定している。現在ま で、これは満足できるやり方で説明されておらず、経験によって証明されていた 。 制御技術の例が、基本的な理由付けを示している、とくに、独国特許第１，４ ０２，１４９号明細書の第８図に見られる。フラッシオーバの場合には、 最初の時間間隔の間は電流は遮断され、その後で電流は零から急速に増加し、そ の後の第２の時間間隔の間は、フラッシオーバの前の値に応じた、ある所与の値 になった時は、電流は徐々に増加する。 フラッシオーバによって持続的なアークが発生して、集じん器が長時間運転停 止されないようにするために、電流が遮断される第１の時間間隔は主電圧の最低 半サイクルでなければならない。電流は主電圧の全サイクルの間中遮断されるの が普通である。その理由の一部は、さもないと再び接続された時に変圧器の励磁 によって主電源に非常に高い過負荷がかけられて、変圧器巻線における損失が増 加することである。 したがって、この技術は、１分間に１００回またはそれ以上の頻度で集じん器 が２０ミリ秒の間運転を停止することを意味する。更に、第２の時間間隔中も分 離は十分に効果的ではなく、第２の時間間隔中は集じん器は再び充電され、電極 の間の電圧はフラッシオーバが起きる値より十分低いことがわかるであろう。独 国特許第１，４０２，１４９号明細書の第８図におけるのと同様に第２の時間間 隔が約１００ミリ秒であると見積もられるとすると、極端な場合には、集じん器 は全体の時間のほとんど１０％もの間運転を停止することがある。これは高いフ ラッシオーバ頻度における強く制約する要因である。 従来のサイリスタ制御整流器においては、主電圧の次の零点まで電流を遮断す ることはできない。これは、フラッシオーバと主電圧の次の零点の間の、かなり の時間の間集じん器が短絡負荷として機能することがあることを意味する。半サ イクルの間の早いうちにフラッシオーバが生じたとすると、この状態はほとんど １０ミリ秒の間優勢であることがある。 フラッシオーバの頻度が高くなるという否定的な結果を少なくするために、よ り高い周波数の電圧で運転することが可能であり、変換器を介して主電圧への依 存を避けることが可能である。これは、たとえば、独国特許第 ３，５２２，５６８号明細書において示唆されている。それにおいては、２ｋＨ ｚまたはそれより高い周波数を有する電圧が変換器で発生される。また、国際特 許出願第８８／００１５９号明細書でも示されている。それにおいてはある実施 例で５０ｋＨｚについて述べているが、２００ｋＨｚまでの周波数について触れ られている。 それらの方法により、電流を遮断しなければならない時間が短縮される。また この高い周波数に対する期間の長さに対応して電流供給を断つことが十分に証明 されている。したがって、２０ミリ秒遮断する代わりに、１ミリ秒より十分に短 い時間遮断すれば十分である。 それらの方法により、実際のフラッシオーバにおける電力損失も減少する。周 波数がたとえば２ｋＨｚまで高くされたとすると、電流を０．５ミリ秒後にただ ちにまたはそれより早く効果的に遮断でき、５０ｋＨｚにおいては０．０２ミリ 秒後にただちに遮断できる。これは全電力損失に決定的な影響を及ぼさないかも しれないが、電気部品およびある機械的な部品が受けるストレスは減少される。発明の目的 従来技術は、電気集じん器のためのずっと以前に確立された整流器技術以来、 フラッシオーバの場合に、３つの大きな欠点を有する。１つは、電流を遮断でき るまでに要する時間に依存し、他の２つは、電流供給の遮断時点の後の集じん器 の電極の間に全運転電圧が再び加えられるまでに要する時間に関連する。 上で説明した、最近提案され、変調高周波変換器を使用する方法は、フラッシ オーバと電流遮断を行う時の間の時間を短縮し、かつ、電流が集じん器に供給さ れない第１の時間間隔を短くすることによって、問題の２つを十分に小さくする 。しかし、集じん器の電極に電流が供給されるが、全運転電圧に達していない第 ２の時間間隔に関するものである第３の問題は、満足できるようには解決されて いない。 本発明の主な目的は、第２の間隔中に、フラッシオーバの後の電極の間の電圧 が希望の電圧より低いために、集じん器が実効的に運転しない時間を、簡単な手 段によって短くする方法を得ることである。本発明の別の目的は、選択した基本 的な方法を最適にする方法を得ることである。発明の概要 本発明は、電気集じん器の電極の間のフラッシオーバの場合に、制御可能な高 電圧直流電源から電極に供給される電力を制御する方法に関するものである。本 発明の方法によれば、集じん器に供給される電流と、集じん器の電極の間の電圧 とをほぼ連続して、または狭い間隔で測定する。フラッシオーバの後で、第１の 時間間隔中に集じん器への電力供給を完全に絶つ。第１の時間間隔の直後の第２ の時間間隔の間に、電流を集じん器に供給する。その電流はフラッシオーバの直 前に供給された電流より大きい。その後で、電流はフラッシオーバの直前の優勢 な値より小さい値まで減少する。発明の全体的な説明 電気集じん器は、運転中は、巨大なコンデンサと考えることができる。最初に 、電気集じん器の幾何学的な寸法は大きくて、１０ｍを超える位のものもある。 電気集じん器の電気容量は、しばしば１００ｎＦのオーダーに、かなり制約され る。しかし、既存の高い電圧においては、これは、フィルタ中の電荷がかなりの ものであって、蓄積される電力の量は、何百ジュールまで、とかなり大きい。 フラッシオーバによる放電の場合には、この電力およびそれに関連する電荷が 失われる。フラッシオーバの後の高電圧整流器の目的の１つは、失われた電荷を 元に戻すことである。その後でのみ、正常な運転条件が起きる。この再充電が行 われると、元に戻す必要がある電荷の正確な量は通常は知られず、達成すべき電 圧も知られない。この理由から、およびおそらくは装置の制約のために、サイリ スタの流通角が、従来の装置では、零から運転状態まで次第に大きくなる。同様 に、変調高周波変換器を有する新しい装置では、電荷復旧が連続して行われる。 本発明によれば、集じん器の電荷を一層急速に元に戻し、すなわち集じん器が より低い効果で運転する時間を短くするように、整流器の最大電流で、または少 なくとも、以前の運転電流を十分に超える電流で、再充電を行うことが提案され ている。これは、フラッシオーバで失われ集じん器に戻す必要がある電荷を最初 から測定または計算し、その後で、選択した供給電流で集じん器を再充電するた めに要する時間間隔を決定するため、電極間の電圧は、コロナ電流が所定のやり 方で、最後にフラッシオーバが起きた時の値以下になるその値に達する。 フラッシオーバの時に零にちょうどならない電極間電圧と、この再充電の後の 部分の間電極の間に流れる電流量とのために、理想からのずれが存在する。それ らの作用は相互に打ち消し合うから、希望の電圧レベルを達成するように、最大 電流または選択した充電電流で集じん器を充電する必要がある時間を十分な確度 で見積もることが可能である。 再充電のために要する時間は、自明の理由から、電源と、変換器、たとえば、 変調高周波発生器と、高電圧整流器との容量に依存する。再充電が２０ミリ秒よ り短い、好ましくは１０ミリ秒より短い時間で行われるように、それらの容量を 決定すべきである。 提案した方法によれば、変調高周波高電圧整流器が動作する周波数は、電流供 給の遮断、すなわち、第１の時間間隔、が５ミリ秒より短い、好ましくは１ミリ 秒より短いように、選択すべきである。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して本発明を説明する。 図１は提案した方法を実施するために適当な装置の簡単にした結線図である。 図２は、２種類の負荷の場合についての、図１の図におけるパルス発生器から 変圧器までの電流の時間依存性を示す。 図３は以前に用いた方法による、電気集じん器における電流と電圧を時間の関 数として示す。 図４は提案した方法による、電気集じん器における電流と電圧を時間の関数と して示す。提案した方法の説明 図１は、高電圧直流を集じん器１に供給する電圧変換装置の基本的な結線図で ある。この装置は三相整流器ブリッジ２と、パルス発生器３と、変圧器４と、単 相全波整流器ブリッジ５と、チョーク６と、精密抵抗８、９、１０を有する制御 器７とを備えている。 三相整流器ブリッジ２は６個のダイオード２１〜２６を含み、３つの導体２７ 、２８、２９を介して通常の三相交流電源に接続される。 パルス発生器３は４個のトランジスタ３１〜３４と、４個のダイオード３５〜 ３８を有する。それらのトランジスタは制御器７に接続されているベースにより 制御される。全波整流器ブリッジ５は４個のダイオード５１〜５４で構成される 。 制御器７はトランジスタ３１〜３４に接続されるばかりでなく、集じん器１の 電極への電流を測定するために、集じん器に直列の精密抵抗と、集じん器の電極 の間の電圧を測定するために、集じん器の電極の間に接続されている２個の抵抗 ９と１０を含む分圧器とに接続される。 この装置は次のように機能する。導体２７〜２９を介して、整流器ブリッジ２ に三相交流電流が供給される。これは整流され、導体１１と１２を介して、直流 としてパルス発生器３に供給される。方形波としてほぼ形成された、パルス幅変 調された電圧が、導体１３と１４を介して変圧器４の一次側に供給されるように 、制御器７はトランジスタ３１〜３４の導通期間を制御する。 変圧器４の二次巻線中に誘起された電圧が整流器ブリッジ５によって整流され 、平滑らチョーク６を介して、得た直流が集じん器１の電極に供給される。 上記のように、制御器７はトランジスタ３１〜３４を制御し、更に抵抗８と１ ０とを介して集じん器の電流と電圧をモニタする。トランジスタの導通期間が制 御されるから、発生されたほぼ方形波に形成された電流のパルス幅を変更でき、 したがって、集じん器における電流と電圧が制御される。 集じん器の内部で優勢な諸条件に従って制御原理を多くのやり方で変更でき、 したがって、環境破壊を最少にし、または政府の諸規定を満たすように調整する ことができる。 提案した方法を実施する時は、集じん器の主容量値を制御器に記憶すべきであ る。制御器はおそらくこの値をそれ自体で測定できる。必要があれば、制御器は 、実際の結果との比較によって、以前に記憶した容量値を修正もする。フラッシ オーバの場合には、集じん器に存在する電荷を計算もしなければならない。更に 、第２の時間間隔中に、制御器は電流の測定値を積分し、この積分した測定値が 、フラッシオーバの直前の集じん器中の電荷の計算値に所定の関係を持つ時は、 トランジスタ３１〜３４の制御パラメータを変更することによって、電流を減少 すべきである。 図２は、パルス発生器３から変圧器４への電流が、２種類の負荷の場合の時間 にどのように依存するかを示すものである。１つの負荷の場合は、最大負荷の約 ４０％に対応し、他方は最大負荷に対応する。パルス周波数は５０ｋＨｚで、図 ２に示す例におけるパルスの長さは約４マイクロ秒である。図２ｂに示す全負荷 の場合には、パルスの長さは１０マイクロ秒である。周期は図２ａにおけるのと 同じで、２０マイクロ秒である。 図２の時間尺度とは全く異なる時間尺度図を持つ図３と図４は、フラッシオー バの直後において電流と電圧が時間にどのように依存するかを示す。図３は以前 に用いた制御原理を示し、図４は本発明の方法を適用する際の制御原理を示す。 図３ａは、以前に用いた制御原理に従って電流がどのようにして制御されるか をわずかに簡略化した方法で示している。フラッシオーバの場合には、電流は１ ミリ秒の間完全に遮断され、その後で、フラッシオーバの直前には抵抗８によっ て記録された電流の７５％まで飛び移るようにして増加する。７５％の値を選択 したのは例示のためである。その量は通常はより高くすべきである。 この実施例においては、電流はパルス発生器からの最大電流の４０％で、した がって、図２における負荷の場合に対応するものと仮定している。この値から、 電流は次のフラッシオーバが起きるまで徐々に増加し、それから動作を繰り返す 。飛び移るような増加およびその後の徐々の増加は、希望のフラッシオーバの頻 度に依存し、フラッシオーバの頻度がほとんど一定に保たれるように適応される 。 図３ｂは電気集じん器の電極の間の電圧が、図３ａに示す制御原理に従って供 給される時に、時間的にどのように変化するかを示すものである。パルス発生器 が集じん器１への供給電流として最大限１Ａを発生できるものとし、この集じん 器が８０ｎＦの容量を持つと仮定すると、このようにして、０．４Ａの電流、す なわち最大電流の４０％では、５０ｋＶまで充電するために理論的には１０ミリ 秒かかるであろう。 図４ａは、本発明の方法によって電流をどのようにして制御するかを、僅かに 簡単にしたやり方で示している。フラッシオーバの場合には、電流は１ミリ秒の 間完全に遮断され、その後でパルス発生器の最大電流まで飛び移るようにして増 加する。集じん器１内部のフラッシオーバ中に失われた電荷に対応する電荷が集 じん器に再充電した後で、フラッシオーバの直前に抵抗８によって記録された電 流の約７５％まで電流を飛び移るように減少する。この値から、次のフラッシオ ーバが起きるまで電流は徐々に増加され、その後でこの動作を繰り返す。電流の 徐々の増加は希望のフラッシオーバの頻度に依存し、フラッシオーバの頻度がほ とんど一定に保たれるように適応される。見積もった失われた電荷と、第２の時 間間隔中に供給される電荷との関係を、同じ理由から、理論的に計算した電荷よ りわずかに小さい電荷がこの時間間隔中に供給されるように、変更できる。 図４ｂは、図４ａに示す今提案している方法に従って電流が供給される時に、 電気集じん器の電極間の電圧が時間的にどのように変化するかを示している。パ ルス発生器が集じん器１への供給電流として最大１Ａを発生できるものとし、こ の集じん器が８０ｎＦの容量を持つと仮定すると、このようにして、すなわち、 最大電流である、１．０Ａの電流では、５０ｋＶまで充電するために理論的には ４ミリ秒かかるであろう。 この実施例においては、集じん器の容量を予め測定してあり、その値を制御器 ７に記憶していると仮定する。制御器は、最大電流をパルス発生器が発生すべき 第２の時間間隔中に、電流の測定値を積分し、その積分が前の電圧空計算した電 荷に一致した時に充電を停止することにより、または計算した電荷を供給された 一定の電流で除し、間隔の長さを直接決定することによって、第２の時間間隔を 計算する。別の実施例 本発明の方法は、もちろん上記実施例に限定されるものではなく、添付した請 求の範囲内で多くのやり方で変更できる。 この方法は、パルスまたは高周波交流の形で電流を供給する複数の他の技術に 適用できる。そのような技術の例は位相角変調、周波数変調および直列共振変換 器または並列共振変換器である。 提案した方法は、高電圧直流源の寸法を変更することも可能にする。利点は、 短い第２の時間間隔中の変更された制御技術に存在するから、連続最大負荷より 十分に大きい電流を短時間供給するために装置をおそらく設計できる。たとえば 、非常に大きい追加の過渡効果を与えることができるたとえばオーディオ増幅器 で比較できる。この方法の利点は最大電流と連続運転電流との間の関係に依存す るから、この変更によって効率利得を高くすることが可能である。 この方法の変更の例は、集じん器内部の容量を測定する別の技術と、集じん器 内部の電荷を決定する別の技術と、再充電中に供給される電荷を測定する別の技 術とである。 集じん器の内部で実際に生ずる電圧を検出することによって、第２の時間間隔 の長さを決定させる可能性を排除すべきではないが、他の事柄のうち、そのよう に迅速な方法において、合理的に信頼できる測定値を見出だすことが最も困難で あるために、それにはかなりの実際的な問題が結び付けられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電気集じん器中の電極の間のフラッシオーバの場合に、制御可能な高電 圧直流源から電極への電流供給を制御する方法において、 集じん器に供給される電流をほぼ連続して、または狭い間隔で測定し、 前記集じん器の電極の間の電圧をほぼ連続して、または狭い間隔で測定し、 フラッシオーバの後で、前記集じん器の電極への電流供給を第１の時間間隔中 に完全に遮断し、 フラッシオーバの直前に供給された電流より大きい電流を、第１の時間間隔の 直後の第２の時間間隔中に前記集じん器に供給し、 その後で電流をフラッシオーバの直前に優勢であった電流より小さい値まで減 少させる、 ことを特徴とする方法。 ２． 請求の範囲１記載の方法において、フラッシオーバ中に集じん器が失っ た電荷を測定または計算し、 フラッシオーバ中に失われた電荷の主な部分を前記第２の時間間隔中に元に戻 すように、第２の時間間隔の長さを計算する、 ことを特徴とする方法。 ３． 請求の範囲２記載の方法において、フラッシオーバの直前に供給された 電流を大きく超える電流を、第２の時間間隔中に前記集じん器に供給し、 理論的に失われた全電荷が槙第２の時間間隔中に集じん器に供給されるように 、前記間隔の長さを適応させることを特徴とする方法。 ４． 請求の範囲２または３記載の方法において、整流器の最大電流にほぼ等 しい電流を第２の時間間隔中に前記集じん器に供給することを特徴とする方法。 ５． 請求の範囲２、３または４記載の方法において、前記集じん器の容量を 測定または計算し、 失った電荷を、前記容量と、フラッシオーバの直前の前記集じん器の電極の間 の電圧との積として計算する、 ことを特徴とする方法。 ６． 請求の範囲２、３、４または５記載の方法において、第２の時間間隔中 に電流を積分し、 積分した電流が、測定または計算した、失われた電荷にほぼ一致する時に、こ の第２の間隔を終わらせる、ことを特徴とする方法。 ７． 請求の範囲１〜６のいずれか１つに記載の方法において、第１の時間間 隔は５ミリ秒より、好ましくは１ミリ秒より短いことを特徴とする方法。 ８． 請求の範囲１〜７のいずれか１つに記載の方法において、第２の時間間 隔は２０ミリ秒より、好ましくは１０ミリ秒より短いことを特徴とする方法。