SE408761B - Kretskoppling for elektrostatisk stoftavskiljare - Google Patents

Description

_ 160226341» 2 stoftavskiljarens elektroder bildade kondensatorn, tillbaka till lagringskondensatorn för förnyad lagring i denna.

Därigenom blir det möjligt att minska den energi- och effekt- förbrukning som erfordras för uppladdning av den elektriska kondensa- ptorn, som representeras av den elektrostatiska stoftavskiljaren, genom återvinning av den till denna inmatade energin. 7 Pulsspänningsdrivna elektrostatiska stoftavskiljare är först och främst fördelaktiga i följande avseende: Uppladdningen av partiklarna förbättras, eftersom spänningens toppvärde kan höjas utan att man ökar spänningens medelvärde och därigenom antalet överslag. Genom att variera pulsamplituden och pulsfrekvensen blir det möjligt att styra emissionsströmmen oberoende av det elektriska huvudfältet så att dammskiktets strömbelastning på uppsamlingselektroden kan anpassas till den återstràlningsgräns, som bestämmas av“resistiviteten hos damm.

Den olikformiga strömfördelningen i konventionella stoftav- skiljare ger upphov till áterutstrålníng om det uppsamlade dammet är högresistivt. Genom att använda pulsspänningsdrivna stoftavskil- jare med tre elektroder kan en mycket líkformig strömfördelning er- hållas över uppsamlingselektroden då man använder extremt korta spän- ningspulser av hög amplitud, eftersom dessa pulser kan åstadkomma ett elektronmoln med hög laddningstäthet och därigenom hög expansions- effekt. Därigenom erhålles en förbättrad fördelning över uppsamlings- elektroden av den av varje enskild emissionselektrod alstrade emis- sionsströmmen.

Ett annat välkänt problem vid konventionella, elektrostatiska stoftavskiljare består i att några få procent av stoftavskiljarvoly- men kan lägga beslag på nästan 100% av stoftavskiljarströmmen till följd av gastillstànds- eller återutsträlningstillståndskillnader _ _ inne i-stoftavskiljaren. Genom användning av pulser kan en likformig fördelning över hela stoftavskiljarsektionen erhållas oberoende av lokala gas- och återutstrâlningstillstånd, eftersom emissionsströmmen vid pulser av kort varaktighet och hög amplitud bestämmas av arbetet med att frigöra laddningsbärarna från emissionselektroden. Detta be- ror mycket pà emissionselektroden men endast litet på den omgivande gasen. ' _ I drift kan en stoftavskiljare med två elektroder ur elektrisk synpunkt anses vara ekvivalent med en kondensator, som är parallell- eller seriekopplad med ett motstånd, varför den till stoftavskiljaren avgivna energin kan uppdelas i en aktiv och en reaktiv del¿"_Éill- 7602263-1 3 förseln av aktiv energi är en irreversibel process, medan tiliförséln, av reaktiv energi kan betraktas såsom en reversibel process. Med de hittills kända metoderna har det emellertid°icke varit möjligt att återvinna den avsevärda energi som lagras i en elektrostatisk stoftavskiljares kapacitans under en puls, utan denna energi har istället omvandlats till onyttigt värme.

Den kvantitativa storleken av denna onödiga energiförbrukning kan beräknas med hjälp av formeln (1) Erå--G-(vš-vf) (1) där C = kapacitans V2 = toppspänning V1 = startspänning Motsvarande effekt kan beräknas av formeln (2) Q= v- E (2) där V = pulsfrekvens.

Nedan anges några exempel på beräknad energi- och effektför- brukning vid olika kapacitans- och spänningsvärden: Tabell la (tvåelektrodsystem) l 2 2 4 C nF 70 150 70 150 Vm kV, 50 50 50 50 Vp kV " 20 20 100 100 E Joule 85 180 700 1500 Q kw 55 75 280 600 där C = stoftavskiljarens_kapacitans Và = likspänning Vp = överlagrad pulsspänning E = energiförbrukning vid en enda uppladdning Q = effektförbrukning (vid en pulsfrekvens av 400 Hz).

Tabell lb ' (treelektrodsystem) 1 2 3 4 5 CEH nr 100 160 - 160 ~ 160 160- _ CEU nr 30 80 80 80 80 Vhu kV 50 50 50 50 50\ VÉU kV 50 50 50 50 30 Vp kV 50 20 50 100 50 ' E J 240 150 500 1600 660 _ - _ Q kw 95 5 _50 *g200Wg 640 265 76022634 H där CEH = emissions-hjälpelektrodkapacitans CEU = emissions-uppsamlingselektrodkapacitans VHU = likspänning mellan hjälpelektrod och uppsamlings- elektrod VÉU = likspänning mellan emissionselektrod och uppsamlings- elektrod Vp = överlagrad pulsspänning E = energiförbrukning vid en enda uppladdning Q = effektförbrukning (vid en pulsfrekvens av 400 Hz).

Såsom framgår av tabellerna uppgår effektförbrukningen vid stora stoftavskiljare (större uppsamlingselektrodarea än 2500 m ) vid höga pulsspänningar till mellan 200 och 600 kW. Eftersom en konventionell stoftavskiljare endast utnyttjar 10% av denna effekt är det uppenbart att pulsdrift av elektrostatiska stoftavskiljare icke kan användas 1 industriell skala av ekonomiska skäl om icke de enskilda pulsernas energi återvinnes på ett effektivt sätt.

Förutom att minska den elektrostatiska stoftavskiljarens ener- giförbrukning syftar uppfinningen även till att säkerställa släckning- en av koronaurladdningarna efter varje puls.

För att styra uppladdningsströmmen och vid treelektrodsystem även strömfördelningen över uppsamlingselektroden är det i själva verket nödvändigt att man kan reglera koronaströmmens tidsfunktion.

Emissionsströmmen beror icke endast på stoftavskiljarspänningens momentanvärde utan även på huruvida ett joniserat plasma förefinnes i förväg i omedelbar närhet av emissionselektroden, eftersom 1 denna fall tendensen till ny jonisering kommer att öka så att nya laddnings- bärare kommer att alstras vid en förhållandevis låg fältstyrka. En ytterligare egenskap hos uppfinningen är således att släckningen av koronaurladdningen kan säkerställas genom sänkning av spänningen un- der huvudspänningen under ett kort tidsintervall efter varje puls.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. 1 visar ett kopplingsschema över en kretskoppling för en elektrostatisk stoftavskiljare enligt en första utföringsform av uppfinningen, fig. 2 visar en kretskoppf ling för en elektrostatisk stoftavskiljare enligt en andra utfö- ringsform av uppfinningen, fig. 3 visar en kretskoppling för en 7602263-1 5 elektrostatisk stoftavskiljare enligt en tredje utföringsform av upp- finningen, fig. U visar en kretskoppling för en elektrostatisk stoft- avskiljare enligt en fjärde utföringsform av uppfinningen, fig. 5 visar en kretskoppling för en elektrostatisk stoftavskiljare enligt en femte utföringsform av uppfinningen och fig. 6 visar en krets- koppling för en elektrostatisk stoftavskiljare enligt en sjätte ut- föringsform av uppfinningen.

Med 1 betecknas i fig. 1 en laddningskrets för en lagringskon-' densator 7. Med 2 betecknas en urladdníngskrets, i vilken pulser alst- ras och kretsen 2 bildar en svängningskrets för dessa tillsammans med den med 3 betecknade kretsen.

Från en spänningskälla 4, som kan vara en- eller flerfasig, erhålles en en- eller flerfasig växelspänning, som likriktas medelst en likriktare 5 (som exempelvis kan utgöras av en en- eller flerfasig bryggkoppling). En spole 6 isolerar likspänningskällan från ström- transienter från pulsgeneratorn och medger likströmsmatning av en elektrodkombination 16 representerande emissionselektroden och upp- samlingselektroden i en elektrostatisk stoftavskiljare exempelvis av den välkända typ som användes såsom ett gasfilter för att avskilja dammpartiklar ur en strömmande gas. Kondensatorn 7 är en kondensator, från vilken energin för pulserna uttages och till vilken energin där- efter àterföres. energi, som förbrukas under varje puls delvis 1 koronaurladdningen För att starta generatorn och kompensera för den och delvis såsom förluster i komponenter och ledare, är det nödvändigt att kunna tillföra kondensatorn ny energi. begränsningsmotstånd 8 och en spole 9. Med 10 betecknas en tyristor, som kan tändas medelst en icke visad tändningskrets. Då så sker oscil- lerar kondensatorns 7 laddning via en pulstransformator 12 med en primärlindning 13 och en sekundärlindning 14 till en kondensator 15__ och elektrodkombinationen 16 samt tillbaka till kondensatorn 7 via en diod (eller diodkombination) 11, vars ledningsriktning är motsatt tyristorns ledningsriktning. Svängningsperioden bestämmas av puls- transformatorns 12 kortslutningsinduktans och kondensatorernas 7 och 15 kapacitans samt elektrodkomblnationens 16 kapacitans. Kondensa- Detta sker via ett ström- torn 15 är anordnad i generatorn i och för att undvika likström genom 7602263-1 6 pulstransformatorns 12 sekundärlindning lb, och måste justeras så relativt elektrodkombinationens 16 kapacitans att pulsspänniagsamp- lituden delas mellan de två kapaoitanserna i ett lämpligt förhållan- de.

Fig. l visar även användningen av kretsen l för matning av en ytterligare elektrodkombination 17, som kan representera hjälp- elektroden och uppsamlingselektroden i en treelektrodavskiljare (jäm- för fig. 5).

I fig. 2 betecknar 20 en laddningskrets för en kondensator 25, medan 21 betecknar en urladdningskrets, i vilken pulserna alstras, varvid kretsen 21 tillsammans med kretsen 22 representerar den krets, i vilken pulserna oscillerar. ._ _ Med 25 betecknas en källa för en hög likspänning, vilken käl- las positiva klämma är Jordad så att en negativ spänning kan uttagas från källan. En spole 24 isolerar spänningskällan 25 från ström- transienter från pulsgeneratorn. Med 25 betecknas en kondensator, från vilken energin för pulserna uttages och till vilken energin där- efter àterföres. För att starta generatorn och kompensera för den e- nergi, som förbrukas under varje puls delvis i koronaurladdningen och delvis som förluster i komponenter och ledare, är det nödvändigt att tillföra ny energi till kondensatorn. Detta sker med hjälp av ett laddningsnät bestående av ett strömbegränsningsmotstànd 26 och en spole 27. Då överslag sker i ett gnistgap 28 mellan två gnist- elektroder 5Ä och 55, oscillerar kondensatorns 25 laddning via gnist- gapet 28 och en spole 52 till en kondensator 51 och en elektrodkombi- nation 55, representerande en elektrostatisk stoftavskiljare, och därefter tillbaka till kondensatorn 25 via en diod (eller diodkombi- nation) 29. Överslaget i gnistgapet 28 kan åstadkommas~antingen ge- nom justering av gnistgapet för självurladdning vid en förutbestämd tröskelspänning eller genom åstadkommande av någon form av triggning av gnistgapet exempelvis genom att utsätta gnistgapet för ultravio- lett_lJus. Om gnistgapet är självurladdande, måste svängningen däm- pas så kraftigt att gapet icke àterurladdas efter det att pulsspän:_ ningen oscillerat tillbaka till kondensatorn 25. För denna typ av gnistgap bestämmes pulsfrekvensen av tidskonstanten för laddnings- nätet 26, 27 och kondensatorn 25. En spole 50 användes för att hål- la gnistgapets ena sida Jordad med avseende pà likströmmen men isole- rad fràn jord vid tillräckligt höga frekvenser. Kondensatorn 51 in- gàr_i generatorn i och för undvikande av likström från likspännings- källan genom spolen 50 och måste vara så Justerad relativt elektrod- 7 kombinationens 33 kapacitans att pulsspänningsamplituden delas mellan de två kapacitanserna enligt ett lämpligt förhållande. Perioden för den svängning som alstras genom överslag i gnistgapet 28 bestämmas av spolens 32 induktans och kondensatorernas 25 och 31 kapacitans samt elektrodkombinationens 33 kapacitans.

I fig. 3 betecknar 40 en källa för hög likspänning, vilken källas positiva klämma är jordad så att en negativ spänning kan ut- tagas från källan. Denna spänning matas via en spole 41 till en elektrodkombination 51, representerande en elektrostatisk stoftavskil- jare, och bestämmer därigenom medelvärdet av spänningen över den elektrostatiska stoftavskiljaren. En spole 41 användes för att isole- ra spänningskällan 40 från vid pulsalstringen uppkommande strömtransi- enter. Med 43 betecknas en kondensator, från vilken energin för pul- serna uttages och 1 vilken energin àterlagras. I motsats till puls- generatorerna enligt fig. 1 och 2 äger pulsalstringen enligt fig. 3 rum oberoende av avskiljarens 51 likströmsmatning. I kretsen enligt fig. 3 användes en separat likströmskälla 42 för att ladda lagrings- kondensatorn 43 vid start av generatorn samt för kompensering för den energi, som förbrukas under varje puls delvis i koronaurladdningen och delvis såsom förluster 1 komponenter och ledare. Spänningskällans 42 positiva klämma är Jordad, varför en negativ spänning kan uttagas från ifrågavarande spänningskälla. En spole 44 användes såväl för att begränsa strömmen (strömökningen) från likströmskällan 42 till konden- satorn 43 som för att isolera spänningskällan från vid pulsalstringen uppträdande strömtransienter. Då en tyristorkombination 45 tändes, oscillerar kondensatorns 43 laddning via en pulstransformator 47 med en primärlindning 48 och en sekundärlindning 49 till en kondensator so ooh avskngaron 51 samt tillbaka ein kondensatorn uïvio oioakombi- nationen 46, vars ledningsriktning är motsatt tyristorkombinationens ledningsriktning. Svängningens period bestämmes av pulstransformatorns 47 kortslutningsinduktans samt kondensatorernas 43 och 50 kapacitans och avskiljarens 51 kapacitans. Kondensatorn 50 ingår i generatorn 1 och.för att undvika likström genom pulstransformatorns 47 sekundär-' lindning 49 och måste justeras så relativt avskiljarens 51 kapacitans att pulsspänningsamplituden delas mellan de två kapacitanserna enligt ett lämpligt förhållande.

I fig. 4 betecknar 60 en pulsgenerator av exempelvis den typ som beskrivits i anslutning till fig. 2 eller 3. Såsom framgår av fig. 4 är pulsgeneratorn 60 ansluten mellan en likströmskälla 61 och vèååzez-1 1 7602263-1 8 emissionselektroden 65 1 en elektrostatisk stoftavskiljare 62 och kan antingen vara självmatande såsom visas i fig. 2 eller kräva en separat matningskälla såsom framgår av fig. 5. Likströmskällans positiva klämma är Jordad liksom stoftavskiljarens uppsamlingselekt- rod 64, varför en negativ spänning pàtryckes emissionselektroden.

I fig. 5 betecknar 70 en pulsgenerator exempelvis av den typ som beskrivits i anslutning till fig. l. Såsom framgår av figuren är pulsgeneratorn 70 ansluten mellan en likströmskälla 71 och emis- sionselektroden 75 i en elektrostatisk stoftavskiljare 72 och kan antingen vara självmatande såsom framgår av fig. l eller erfordra en separat matningskälla. En hjälpelektrod 74 i stoftavskiljaren 72 är ansluten direkt till likströmskällan 71 och potentialskillnaden mellan hjälpelektroden 74 och emissionselektroden 75 kommer därför att utgöras av pulsspänningen. Eftersom likströmskällans negativa klämma är jordad tillsammans med uppsamlingselektroden 75 i stoftav- skiljaren, matas såväl emissions- som hjälpelektroden med positiv spänning.

I fig. 6 betecknar 80 en_pu1sgenerátor exempelvis av den typ som beskrivits i anslutning till fig. 2 eller 5. Såsom framgår av figuren är pulsgeneratorn 80 ansluten mellan en likströmškälla 81 och emissionselektroden 85 i en elektrostatisk stoftavskiljare 82 och kan antingen vara självmatande såsom framgår av fig. 2 eller er- fordra en separat matningskälla såsom framgår av fig. 5. Stoftav- skiljaren har även en hjälpeléktrod 84, som är ansluten till en se- parat likströmskälla 86, varför potentialskillnaden mellan hjälpelekt- roden 84 och emissionselektroden 85 kommer att vara lika med pulsspän- ningen överlagrad på en likspänning. Eftersom båda likströmskällornas positiva klämmor är jordade tillsammans med stoftavskiljarens uppsam- lingselektrod 85 kommer såväl emissions- som hjälpelektroden att ma- tas med negativ spänning.

De med hänvisning till ritningen ovan beskrivna utföringsfor- merna avser endast att exemplifiera uppfinningen och är på intet sätt begränsande för uppfinningens omfattning. _ _ ' Genom lämpliga arrangemang kan de ovan beskrivna pulsgenerato-' rerna även_användas för att mata ett flertal stoftavskiljarsektioner, varigenom man endast behöver använda en enda pulsgenerator för att mata en av flera sektioner bestående, elektrostatisk stoftavskiljare.

Claims (5)

7602263-1 9 Patentkrav
1. l. Kretskoppling för elektrostatisk stoftavskiljare, inne- fattande en likspänningskretskoppling (4,5) för bildning av en likspänning, som matas till den av stoftavskiljarens elektroder bildade kondensatorn (16), en pulsgenerator med en lagringskondensator (7) för bildning av pulser, samt induk- tiva organ (13, 14) kopplade mellan lagringskondensatorn (7) och den av stoftavskiljarens elektroder bildade kondensatorn (16) för att till stoftavskiljarens elektroder överföra pul- ser, vilka överlagras likspänningen, fk ä n n e t e c k n a d av en LC-svängningskrets bildad av lagringskondensatorn (7), de induktiva organen (13, 14) samt den av stoftavskiljarens elektroder bildade kondensatorn (16), samt olinjära elektris- ka komponenter (10, ll) för styrning av LC-svängningskret- sen, vilka olinjära elektriska komponenter (10, ll) är anord- nade att överföra en väsentlig del av den energi, som under varje puls överföres till och lagras i den av stoftavskiljarens elektroder bildade kondensatorn (16), tillbaka till lagrings- kondensatorn (7) för förnyad lagring i denna.
2. 2. Kretskoppling enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att de olinjära elektriska komponenterna innefattar ett puls- initierande organ (10) med en ledningsriktning samt en elekt- risk ventil (ll) med den motsatta ledningsriktningen.
3. 3. Kretskoppling enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att LC-svängningskretsens självinduktans utgöres av en puls- transformators (12) sekundärlindning (14).
4. 4. Kretskoppling enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att LC-svängningskretsens självinduktans utgöres av en serie- krets innefattande två spolar (30, 32), av vilka den ena (32) är inkopplad i stoftavskiljarens matningsledning, medan den andra är shuntad medelst ett gnistgap (28) i serie med en spän- ningskälla.
5. 5. Kretskoppling enligt något av kraven 2-4, k ä n n e - t e c k n a d av att LC-svängningskretsen är avstämd till resonans vid en frekvens, som approximativt har pulsen så- som halvvåg. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: Tyskland 2 253 601'