KR930009721B1 - 전기집진기의 자동 제어 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기집진기의 자동 제어 방법

제 1 도는 반파 펄스에 의해 제어되는 전지집진기의 전원회로에 대한 개략 회로도.

제 2 도는 k 값이 1/3일 때 시간 경과에 따른 1차 전압의 변화를 나타내는 도면.

제 3 도는 k 값이 1/3일 때 시간 경과에 따른 집진기의 전류의 변화를 나타내는 도면.

제 4 도는 k 값이 1/3일 때 집진기에 인가되는 전압을 나타내는 도면.

제 5 도는 4가지 다른 k 값에 관련된 4가지 전류-전압 특성들을 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 다이리스터 2 : 변류기

3 : 고전압 변압기 4 : 정류기

5 : 분류기 6a, 6b : 측정 브리지

7 : 집진기 하우징 8 : 접지

9 : 전자 제어장치 10 : 마이크로컴퓨터

본 발명은 최소의 에너지 소비로 소정의 먼지 함량을 가진 순수가스를 얻기위해 전기집진기를 작동시키는 방법에 관한 것으로, 인가 전압이 반파 펄스에 의해 자동적으로 제어되는 전기집진기의 자동 제어 방법에 관한 것이다.

독일연방공화국 특허 출원공고 제31 14 009호에, 집진 전극들과 코로나 전극들 사이에 인가되고 다이리스터(thyristor)에 의해 제어되는 높은 직류 전압의 작용으로 먼지를 수집하는 전기집진기가 설명 및 도시되어 있다. 또한, 다이리스터를 단속적으로 작동시키도록 제어회로가 제공되어, 높은 직류 전압의 반복 주기 및/또는 펄스폭이 수동 또는 자동으로 조정되도록 하는 방식으로 되어 있다. 그런 제어회로를 사용한 것은 특히 먼지 저항율이 10¹¹에서 10¹³ohm-cm 사이의 범위로 높은값인 경우 전기집진기의 집진효율을 높이려한 것인데, 이러한 경우에는 역 코로나 방전이 발생하므로 상기 방법은 통상 만족스럽지 못한 것이다.

공지된 제어회로에서, 다이리스터는, 높은 직류 전압이 가령 0.001 내지 1초의 제 1 시간 간격(T₁) 중에는 인가되고 가령 0.01 내지 1초의 제 2 시간 간격(T₂) 중에는 차단되도록 하는 방식으로 작동된다. 각 전환 주기에서의 T₁대 (T₁+T₂)의 비, 즉, 펄스 발생시간 대 펄스 발생시간과 비펄스 발생시간의 합의 비율이 k 값으로 표시될 수 있으며, 전체 방법이 "반파 펄스에 의한 제어"로 설명될 수 있다.

공지된 방법의 특정 목적은 역 코로나 방전을 제거하는 것인데, 역 코로나 방전은, 전류-전압 특성에서 전압 상승은 약간 뿐인데 비하여 전류의 상승은 비교적 매우 급상승되는 상태로 나타내어진다. 이와 같은 특성값들이 발생하는 동안, 전기집진기의 집진효율이 낮아져 에너지의 소비가 증가된다. 그러나, 종래의 자동제어에 의해 초래되는 역 코로나 방전의 발생과 전압 및/또는 전류의 증가 사이에는 일정한 지연이 있으므로 반파 펄스를 이용함으로써 역 코로나 방전을 실질적으로 제거하여 전기집진기를 경제적으로 가동시킬 수 있다.

독일연방공화국 특허 출원공고 제31 14 009호에서 제안된 방법은 먼지 저항율이 높은 경우에도 최적의 집진효율을 얻는데에는 분명히 적합하게 되어 있다.

그러나, 이 방법에는, 최적의 집진효율로 장치를 가동시킬 때 순수가스가 먼지 저항율에 따라 전혀 다른 먼지 함량들을 가지게 될 수 있고 상기 먼지 함량들이 규정치보다 높거나 낮을 수 있다는 사실은 고려되어 있지 않다. 다시말해서, 공지된 제어방법은 집진 작업의 실제 목적, 즉, 원래의 먼지 함량을 그 원래 값으로부터 규정에 맞는 값으로 감소시키는 데에는 적합하지 않다. 생태학적 관점에서 볼 때, 규정 한계값보다 훨씬 낮은 먼지 함량을 가지는 순수가스를 얻는다는 것은 바람직한 일이지만, 순수가스를 얻는데 불필요한 비용이 들게되어 최소한 시장경쟁력을 떨어뜨리는 결과가 된다. 순수가스의 먼지 함량을 고려하지 않은 장치에 의한 제어방법으로는, 기술적 측면에서는 최적의 결과를 달성할 수 있지만, 경제적 측면에서는 최적의 결과를 달성할 수 없다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 된 것으로서, 본 발명의 목적은, 독일연방공화국 특허 출원공고 제31 14 009호를 참조하여 설명된 종래의 전기집진기의 자동 제어방법을 개선하는 것으로서, 변화하는 작동 조건들하에서 최적의 집진효율이 달성되고, 경제적으로 최적의 조건들하에, 즉, 최소의 에너지 소비로 규정된 먼지 함량을 가지는 순수가스가 얻어지게 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기집진기의 자동 제어 방법은, (a) 주어진 전기집진기에 대하여 비펄스화 전압(k=1)으로 동작되는 경우의 대표적인 전류-전압 특성들(I=f(V,ohm))과 먼지저항율들을 기록하는 단계, (b) 소정의 먼지 함량을 가진 순수가스가 얻어지는 가장 낮은 k 값을 각 특성값에 대하여 결정하는 단계, (c) 그렇게 하여 결정된 가장 낮은 k 값을 각 특성값과 연관시키는 단계, (d) 비펄스화 전압으로 작동되는 경우의 실제 특성값이 기록된 특성값들과 비교되고, 실제 특성값과 일치하거나 실제 특성값 바로 아래에 있는 기록된 특성값에 상응하는 k 값이 선택되도록 하는 방식으로 상기 특성값들을 고려하여 전기집진기를 연속적으로 자동 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 특성값들은 전기집진기가 작동에 들어갈 때 기록되거나 경험값들에 의존하여 기록된다. 또한, 기록된 특성값들은 집진기의 작동중에 확인된 실제 특성값들에 따라 연속적으로 수정된다. 상기 단계 d에 따른 k 값의 조정은 소정 시간 간격들로 반복된다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법은 모든 단계의 순서는 완전히 자동적으로 제어된다.

첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제 1 도에서, 전기집진기는 뒷면 끼리 맞대고 연결된 2개의 다이리스터(thyristor)(1), 고전압 변압기(3) 및 정류기(4)를 거쳐 전력을 인가받는다. 집진기 하우징(7)뿐만 아니라 집진 전극들도 접지(8)에 연결되어 있다. 코로나 전극들이 고전압 전원의 음극에 연결되어 있다. 고전압 변압기(3)에서 흐르는 1차 전류는 변류기(2)에 의해 측정된다. 2차 전류, 즉, 집진기 전류는 분류기(5)를 통해 측정된다. 2차 전압, 즉, 집진기 전압은 측정 브리지(6a,6b)에 의해 측정된다. 변류기(2), 분류기(5), 측정 브리지(6a,6b)의 출력 신호들은 측정된 값들을 나타내는 것들로서, 전자 제어장치(9)로 전송되는데, 그 전자 제어장치는 다이리스터(1)를 작동시키기 위한 펄스를 발생시킨다. 전자 제어장치(9)는 그의 작동이 완전히 자동적인데, 그 장치는 전류를 모니터하여 그 전류가 정격 전류 이상으로 커지는 것을 방지한다. 전자 제어장치(9)는 전압도 모니터하여, 인가된 전압이 항상 섬락(flashover)전압에 가능한한 가깝게 하고, 인가된 전압이 섬락에 응답하여 감소되게 함으로서, 영구 단락이 발생한 경우 집진기에 대한 전압 인가를 단절시키도록 한다.

또한, 마이크로컴퓨터(10)가 전자 제어장치에 연결되어 있는데, 이 마이크로컴퓨터에는 집진기의 디지탈화된 특성값들 및 이와 연관된 k 값들이 기억된다. 전자 제어장치(9)는 소정 시간 간격으로 집진기의 실제 전류-전압 특성을 확인하도록 작동되는데, 그 실제 전류-전압 특성은 기억된 특성값들과 비교되고, 그 비교 결과가 더욱 바람직한 k 값이 적용될 수 있는 것으로 나타나면 새로운 k 값이 전자 제어장치(9)에 전송된다.

본 발명에 따라 이러한 k 값들은, 소정의 먼지 함량을 가지는 순수가스가 최소의 에너지 소비로 얻어질 수 있게 하는 여러 다른 작동 조건하에 확인된 특성값과 연관된다. 측정 및 계산 작동이 대단히 빠르게 실행되므로, 새로운 특성을 기록하는 중에 집진효율이 감소되지는 않는다. 현대의 전기집진기들이 대개 직렬로 연결된 다수의 집진기 유니트들을 포함하고 이 유니트들이 전술한 바와 같이 연속적으로 점검 및 최적화되므로, 장치의 작동 조건들이 급격히 변하더라도 소정의 먼지 함량을 가지는 순수가스가 최소의 에너지 소비로 얻어질 수 있다.

또한, 특성값들의 선택된 부분들만을 비교할 수 있어서 특성값을 기록하는데 요구되는 시간을 단축시킬 수 있고, 집진기의 작동 조건의 변화에 더 빠르게 대응하는 것이 가능하다. 반복 시간 간격들은 수 분과 수 시간 사이에서 조정될 수 있다. 이것은 제강 전로(轉爐)의 배기가스에서 먼지를 수집하는 경우와 같이 작동조건들이 급격하게 변하는지 여부, 또는 발전소의 노(爐)의 연도(煙道) 가스에서 먼지를 수집하는 경우와 같이 그 작동 조건의 변화가 미약하고 느린지 여부에 따라 조정된다.

제 2 도에서, k=1(비펄스화 작동)인 경우와 k=1/3인 경우에 대하여 고전압 변압기(3)의 1차 전압이 점선으로 표시되었고, k=1/3인 경우, 3개의 완전한 사인파들중 세 번째파만이 다이리스터(1)에 의해 전도된다.

제 3 도에, 정류기(4)의 2차 전류, 즉 제 1 도에 나타낸 펄스화 작동중에 얻어지는 집진기 전류가 나타내어져 있다. 연속된 2개의 펄스 다음에는, 펄스 지속시간의 두배의 전류없는 간격이 항상 나타난다.

제 4 도는 전기집진기에 인가되는 전압을 나타낸다. 이 집진기는 커패시터로 작용하기 때문에, 이 전압은 각 펄스 발생시간후에 0으로 돌아가는 것이 아니라, 일정한 잔류 전압으로 복귀했다가 펄스가 다시 발생된 때 최대값으로 상승한다.

제 5 도는 집진기의 기록된 특성값들을 나타내는 그래프인데, 여기에, 여러 작동 상태에서의 인가 접압과 전류 소모의 관계가 나타내어져 있다. 집진장치의 작동 조건들은 가스 온도, 가스 성분, 먼지의 저항율 및 그밖의 여러 제어변수에 의해 정해진다. 본 발명에 따르면, 각종 특성값들과 연관된 k 값들은 최소의 에너지 소비로 소정의 먼지 함량을 가지는 순수가스를 얻는데 사용되는 값들이다.

k=1로 표시된 특성값은 약 10¹¹ohm-cm 이하의 낮은 먼지 저항율의 경우에 해당된다. k=0.1로 표시된 특성값은 10¹³ohm-cm를 초과하는 매우 높은 먼지 저항율의 경우에 해당된다. 나머지 두 특성값은 중간 먼지 저항율에 적용될 수 있다.

k 값들과 특성값들을 연관시키는 것으로부터 다음 결과들이 유도될 수 있다. 먼지 저항율이 낮을 때, 소정의 먼지 함량을 가진 순수가스는 바람직하게는 비펄스화 작동에 의해서 얻어진다. 먼지 저항율이 대단히 높은 경우에는 비펄스화 시간이 예를 들어 펄스 발생시간 T₁의 9배, 즉 펄스 발생시간이 전체시간의 오직 1/10일 때 상기 순수가스가 얻어진다. 특히 집진장치의 에너지 소모를 최적화시키는데 필요한 특성값들은 k 값 1과 0.1 사이인데, 그 이유는 대부분의 경우에 있어서 먼지 저항율이 10¹¹에서 10¹³ohm-cm 사이이고 이러한 경우에 실제 조건들에 가깝게 반복하여 적용시키는 것이 중요하고 유익하기 때문이다.

본 발명에 따른 방법을 이용하면, 어떠한 작동 조건들하에서도 최소의 에너지 소비로 소정의 먼지 함량을 가진 순수가스가 얻어질 수 있다. 가스 방출 제한은 공해를 최소화시키기 위해서만 결정되는 것이 아니라, 기술적 실행가능성과 소요 경비도 역시 고려하여야 한다. 예를들면, 발전소에서 나오는 순수가스가 낮은 먼지 함량을 가져 그 먼지 성분의 양을 줄이는데 드는 비용이 오히려 커져서 경제성이 있는 전력생산이 불가능하다면, 이러한 발전소는 더 이상 가동될 수 없거나 설치될 수가 없다. 그러나, 전력을 생산하려면, 순수가스의 실제의 먼지 함량이 규정에 맞아야 한다. 본 발명에 따르면, 순수가스의 먼지 함량이 에너지 소비에 관계없이 최소로 적어지는 것이 아니라, 비교적 낮은 먼지 함량을 가진 순수가스가 기술적 및 경제적 견지에서 현실적인 작동으로 얻어질 수 있도록 최소의 에너지 소비로 소정의 먼지 함량을 가진 순수가스를 얻는 것이다.

Claims (6)

1. 최소의 에너지 소비로 소정의 먼지 함량을 가진 순수가스를 얻기 위해 전집 집진기를 작동시키는 방법으로서, 인가되는 전압이 반파 펄스들에 의해 자동적으로 제어되는 전기집진기의 자동 제어 방법에 있어서, (a) 주어진 전기집진기에 대하여 비펄스화 전압(k=1)으로 동작되는 경우의 대표적인 전류-전압 특성들(I=f(V,ohm))과 먼지 저항율들을 기록하고, (b) 소정의 먼지 함량을 가진 순수가스가 얻어지는 가장 낮은 k 값을 각 특성값에 대하여 결정하고, (c) 그렇게 하여 결정된 가장 낮은 k 값을 각 특성값과 연관시키고, (d) 비펄스화 전압으로 작동되는 경우의 실제 특성값이 기록된 특성값들과 비교되고, 실제 특성값과 일치하거나 실제 특성값 바로 아래에 있는 기록된 특성값에 상응하는 k 값이 선택되도록 하는 방식으로 상기 특성값들을 고려하여 전기집진기를 연속적으로 자동제어하는 단계들을 포함함을 특징으로 하는 전기집진기의 자동 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 특성값들이, 전기집진기의 작동개시시에 기록되는 것을 특징으로 하는 전기집진기의 자동 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 특성값들이 경험값들에 따라 기록되는 것을 특징으로 하는 전기집진기의 자동 제어 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 기록된 특성값들이 전기집진기의 작동중에 확인된 실제 특성값들에 따라 연속으로 수정되는 것을 특징으로 하는 전기집진기의 자동 제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 d에 따른 k 값의 조정이 소정 시간 간격들로 반복되는 것을 특징으로 하는 전기집진기의 자동 제어 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 모든 단계들의 순서가 완전 자동으로 제어되는 것을 특징으로 하는 전기집진기의 자동 제어 방법.

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