SE513114C2 - Sätt att styra tillförsel av konditioneringsmedel till en elektrostatisk stoftavskiljare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 515 114 mindre risker för haverier och driftsavbrott p.g.a. funktionsfel är de i många sammanhang ett självklart val.

När stoft med hög resistivitet skall avskiljas utfaller ibland jämförelsen med textila spärrfilter på ett annat sätt. Vid sådana driftsfall tvingas man ofta, vid användning av elektrostatiska stoftavskiljare, att arbeta med ytterst ogynnsamma driftsparametrar p.g.a. risken för genomslag i det på utfällningselektroderna successivt växande stoft- skiktet. Detta leder till emission av laddningar och stoft från utfällningselektroderna, s.k. återstrålning (eng. back corona).

För att optimera driften och minska energiförbrukningen samtidigt som avskiljningen förbättras har flera metoder för pulsmatning av strömmen till filtret föreslagits. Exempel finns i US-4,052,177 och US-4,410,849. I den först nämnda föreslås inmatning av pulser som är av storleksordningen mikrosekunder, vilket innebär att likriktarna blir mycket dyra. I den senare föreslås pulser av storleksordningen millisekunder, vilket ganska enkelt kan erhållas genom selektiv styrning av helt vanliga tyristorlikriktare som matas med växelspänning av nätfrekvens.

Redan i början av detta sekel noterade man att tillsatsmedel kunde förändra avskiljningen i positiv riktning, bl.a. genom att stoftets resistivitet reducerades.

Tillsats av vatten eller svaveltrioxid är exempel på detta Och berörs i bl.a. US-l,909,825 och US-3,689,213.

Behovet av reglering av mängden konditioneringsmedel nämns redan i US-l,909,825, där man föreslår att en ökande ström i stoftavskiljaren skall leda till minskad tillförsel av vatten och omvänt att minskande ström skall leda till ökad tillförsel av vatten. Varianter av utföringsformer är tillförsel av vätska eller överhettad ånga, eventuellt i kombination med kall luft. Speciella fall kan lämpliggöra upphettning eller avkylning i kombination med tillsats av konditioneringsmedel.

Senare reglerprinciper bygger på ett flertal mät- parametrar. I US-4,779,207 föreslås att konditioneringsmedel tillsättes så att den till stoftavskiljaren inmatade 10 15 20 25 30 35 513 114 effekten hålles konstant. I US-3,665,676 sätts mängden konditioneringsmedel i direkt samband med gasflödet. I US-3,993,429 föreslås att mängden konditioneringsmedel skall göras beroende av mängden bränsle, i detta fall kol, som tillföres eldstaden från vilken den stoftbemängda gasen kommer. I US-4,770,674 ges dels en mycket vid men odefinierad hänvisning till "åtminstone en operativ parameter i aktuell industriell anläggning sammanhörande med de krav detta medför för den elektrostatiska stoft- avskiljaren", dels några speciella exempel på aktuella parametrar; temperatur, gasflöde, fläkthastighet, opacitet i skorstenen och nyttig elektrisk effekt inmatad till stoftavskiljaren.

Oberoende av vilken teknik som väljes söker man givetvis att använda denna så effektivt och ekonomiskt som möjligt. Detta gäller såväl de elektriska parametrarna som styrningen av konditioneringen. Först och främst måste utsläppen ligga under fastställda gränsvärden. Därnäst skall kostnaden för detta minimeras.

Med de nya teknikerna har antalet parametrar, som kan styras, ökat och därmed komplexiteten i reglersystemen.

Tyvärr leder detta också till att själva injusteringen ökar störningen i avskiljarens funktion. På samma sätt som utsläppen ökar under renslagning av filtret kommer utsläppen att öka under den tid som injustering pågår eller kontroll av inställda reglerparametrar göres.

Om injustering göres manuellt med hjälp av utslaget på en opacitetsmätare (röktäthetsmätare) åtgår så lång tid för justeringen att man vid varierande drift mycket väl kan få så kraftiga utsläpp under själva justeringen att dessa blir en betydande del av de totala utsläppen. Dessutom finns en risk att driftsvariationer påverkar injusteringen så att optimeringen misslyckas om avsevärda förändringar i stoft- koncentrationen eller gastemperaturen förekommer under den tid som åtgår för injusteringen. Detta gäller redan vid inreglering av de elektriska parametrarna och är ett ännu mer svårbemästrat problem vid injustering av tillförsel av konditioneringsmedel därför att systemets tidskonstant då 10 15 20 25' 30 35 513 114 kan röra sig från minuter upp till timmar. Speciellt när mängden konditioneringsmedel minskas dröjer det lång tid innan konsekvenserna av detta kan fastställas. Påverkan blir dessutom fördröjd i de senare enheterna om flera stoftavskiljarenheter är seriekopplade.

En metod som tar hänsyn till de speciella svårigheter som uppstår vid styrning av mängden konditioneringsmedel, och som är avsedd för användning då pulserande likström tillföres, beskrivs i SE-501 119. Vid denna metod användes, efter en elektrisk optimering, pulsfrekvensen som indikator på behovet av konditioneringsmedel.

UPPFINNINGENS SYFTE Det har visat sig att de flesta, av de hittills prövade, metoderna, för styrning av tillförsel av konditionerings- medel vid avskiljning av högresistivt stoft, inte alltid leder fram till den optimala parameterkombinationen och framför allt är alldeles för långsamma. Avsevärda vinster i form av lägre utsläpp, mindre förbrukning av konditioneringsmedel och mindre energiförbrukning kan erhållas vid en korrekt utvärdering av driftsförhållandena.

Detta gäller speciellt vid jämförelse med de metoder som bygger på mätning av stoftkoncentrationen, men det gäller även för de flesta hittills föreslagna metoder som bygger på reglering efter mätning av elektriska storheter.

Det är därför en huvuduppgift för föreliggande uppfinning att anvisa en förbättrad metod för styrning av tillförseln av konditioneringsmedel till elektrostatiska stoftavskiljare vid avskiljning av s.k. svårt stoft, exv. stoft med hög resistivitet. Avsikten kan vara att spara konditioneringsmedel eller att spara energi eller att välja en kombination som i aktuell situation optimerar förbrukningen av energi och konditioneringsmedel för att minimera kostnaden.

En andra uppgift för föreliggande uppfinning är att anvisa en metod som lättare än hittills kända kan följa 10 15 20 25 30 35 513 114 5 driftsvariationer med en för varje driftstillfälle anpassad mängd konditioneringsmedel, eller åtminstone ge klara indikationer om, när och i vilken riktning, en förändring skall göras, och därigenom minska risken för överdosering av konditioneringsmedel med följande risk för miljöstörning och korrosion på grund av ett onödigt lågt pH i gaskanalerna.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser ett sätt att vid en elektrostatisk stoftavskiljarenhet, för rening av en stoftbemängd inkommande gas, styra tillförsel av konditioneringsmedel, till den inkommande förorenade gasen, uppströms stoftavskiljarenheten. Stoftavskiljarenheten innefattar emissionselektroder och utfällningselektroder, mellan vilka en periodiskt varierande högspänning upprätthålles, genom en till dessa matad pulserande likström.

Den pulserande likströmmens frekvens, pulshöjd och/eller pulslängd varieras, så att ett flertal frekvens- höjd-längd-kombinationer erhålls.

Vid sättet enligt uppfinningen fastställes för varje kombination en första tidpunkt för slutet på en tillförd strömpuls och en andra tidpunkt, när spänningen mellan emissionselektroder och utfällningselektroder fallit till en förutbestämd nivå Uref. Längden på ett tidsintervall mellan den första tidpunkten och den andra tidpunkten beräknas.

Längden på tidsintervallet användes för att fastställa en optimal frekvens-höjd-längd-kombination. Konditionerings- medel tillföres i beroende av längden på tidsintervallet vid den fastställda optimala kombinationen.

ALLMÄN BESKRIVNING Av UPPFINNINGEN Det är sedan länge känt, att tillförsel av konditionerings- medel till en stoftbemängd gas uppströms en elektrostatisk avskiljare ofta ger en effektivare avskiljning. Detta är 10 15 20 25 30 35 513 114 speciellt tydligt när stoftet är svårt att avskilja, d.v.s. högresistivt. Som nämnts ovan har detta lett till utvecklande av många metoder för konditionering. Vidare har man för samma syfte, med ibland mycket komplicerad utrustning, sökt införa nödvändig energi i avskiljaren även med mycket korta pulser.

Kombination av pulsteknik och konditionering i avsikt att förbättra en stoftavskiljares effektivitet är ännu inte vanlig, men då dessa metoder kan komplettera varandra innebär en sådan kombination möjlighet till vinster såväl för miljö som ekonomi. Ett exempel på ett kombinerat styrsätt anvisas i US-4,987,839.

För att uppnå denna effektivitetsökning, skall man enligt föreliggande uppfinning analysera avskiljarens elektriska parametrar och via dessa dra slutsatser om lämplig mängd konditioneringsmedel. Den här föreslagna metoden innebär att man under givna, och så långt det är möjligt konstanta, betingelser genomför en rent elektrisk optimering så att optimala värden på pulsfrekvens, pulshöjd och pulslängd erhålles. Härvid underförstås, i det fortsatta resonemanget, att pulsens laddning kan ersätta höjd och/eller längd. Det viktiga är att man på något sätt kommer fram till det optimala, eller bästa möjliga.

Vid den fastställda optimala kombinationen mätes eller beräknas längden på ett tidsintervall som startar vid en första tidpunkt, strömpulsens slut, och slutar vid en andra tidpunkt, när spänningen mellan stoftavskiljarenhetens elektroder fallit till ett förutbestämt värde Uref. Längden på tidsintervallet användes därefter som styrande parameter för tillförsel av konditioneringsmedel. Uref bör ligga vid eller något över tändspänningen för koronaurladdningen vid stoftavskiljarenhetens emissionselektroder, företrädesvis högst 25% över denna tändspänning.

Den elektriska optimeringen kan tänkas ske på ett flertal sätt, exv. genom att man för varje kombination av pulsfrekvens, pulshöjd och pulslängd mäter och eventuellt beräknar ett godhetstal. 10 15 20 25 30 35 513 114 Exempel på godhetstal kan vara toppvärde, medelvärde eller bottenvärde, för spänningen mellan stoftavskiljarens elektroder. En sådan metod föreslås i US-4,311,491 Det kan också vara ett på mer sofistikerade grunder fastställt värde, som kvoten mellan toppspänning och pulsladdning, eventuellt när en av dessa parametrar hålles konstant under injusteringen. Detta föreslås i EP-0184922.

Ett lämpligt och effektivt förfarande för bestämning av optimal parameterkombination är att man låter godhetstalet utgöras av längden på ett tidsintervall som startar vid strömpulsens slut och slutar när spänningen mellan stoft- avskiljarenhetens elektroder fallit till ett förutbestämt värde Uref.

En rent elektrisk optimering genom variation av puls- parametrarna ger besked om bästa möjliga avskiljningsgrad med aktuell tillförsel av konditioneringsmedel. Vid det här föreslagna sättet, tar man därefter ställning till om det uppnådda resultatet är tillfredsställande. Detta gör man genom att, efter genomförd elektrisk optimering, bedöma längden på det tidsintervall som startar vid strömpulsens slut och slutar när spänningen mellan stoftavskiljarenhetens elektroder fallit till ett förutbestämt värde Uref.

Den elektriska optimeringen leder till en minimerad eller begränsad återstrålning. Den kan dock medföra att man inför så lite ström, i form av pulser, att stoftavskiljaren inte fungerar tillfredsställande, exv. ger utsläpp över satta myndighetsgränsvärden, eller att man inför mycket mer ström än vad som är nödvändigt och därvid också har en onödigt stor förbrukning av konditioneringsmedel.

I det första fallet är strömpulserna väldigt små, den tillförda laddningen förmår då inte att höja filtrets spänning tillräckligt och spänningen faller på kort tid, eller också kommer pulserna med väldigt låg frekvens och då startar de vid en väldigt låg spänning och spänningen mellan avskiljarens elektroder når inte heller i detta fall tillräckligt högt, med en kort falltid som följd. I båda fallen kan man genom en ökad tillförsel av konditionerings- medel förbättra stoftavskiljarens verkningsgrad. 10 15 20 25 30 35 513 114 I motsatt fall kan man finna att stoftavskiljarens urladdning tar lång tid därför att urladdningen startar vid en hög spänning och alla laddningsbärare mellan stoft- avskiljarens elektroder har samma polaritet. Då är urladdningsintervallets längd stort, om man låter urladdningen fullbordas. Det kan dock t.o.m. innebära att spänningen, under drift, aldrig faller till den nivå som skall definiera intervallets slutpunkt därför att puls- frekvensen är väldigt hög och spänningen inte hinner falla till denna nivå förrän nästa puls kommer. I detta fall, som innebär nästan detsamma som likströmsmatning utan pulser, kan man, under förutsättning att detta gäller vid en situation där konditioneringsmedel tillföres, med reducerad förbrukning av konditioneringsmedel och elektrisk energi fortfarande få en tillfredsställande avskiljning i stoftavskiljaren.

Vanligtvis vidtager man därför enligt uppfinningen en ökning av mängden konditioneringsmedel om längden av intervallet vid den elektriskt optimerade driften är kort, d.v.s. ligger under ett första förutbestämt gränsvärde, och en minskning av mängden konditioneringsmedel om längden av intervallet vid den elektriskt optimerade driften är lång, d.v.s. ligger över ett andra förutbestämt gränsvärde.

Styrning kan ske mot ett önskat värde på intervallets längd eller så att intervallets längd hålles mellan givna gränser. Intervallets längd får alltså tjäna som en mellan- parameter för styrningen av mängden konditioneringsmedel.

Vanligtvis tillföres konditioneringsmedel bara i en position uppströms stoftavskiljaren även när denna är uppdelad i ett flertal seriekopplade och/eller parallellkopplade enheter. Vid utvärdering av den effekt som konditioneringen har på förhållandena i stoftavskiljaren och därmed på avskiljningsgraden, måste därför ett flertal signaler utvärderas och en beslutsprincip fastställas. Detta kan tänkas ske genom att den stoftavskiljarenhet som redovisar den sämsta situationen får fälla avgörandet, men måste nog som regel avgöras av förhållandet i någon av de uppströms belägna enheterna därför att de i strömnings- 10 15 20 25 30 35 513 114 riktningen sist belägna också uppvisar den mest fördröjda effekten. Beslut om mängden konditioneringsmedel kan man alltså företrädesvis göra baserat på förhållandet i den första eller andra enheten och i de övriga sker enligt föreslaget sätt enbart en elektrisk optimering. Man kan dock inte utesluta att mängden ibland måste få styras av hur de nedströms belägna enheterna arbetar. Det är ofta dessa som har den kraftigaste återstrålningen.

För undvikande av kraftig överdosering vid driftstörning i någon av de stoftavskiljarenheter som tillåtes påverka styrningen bör anläggningen vara försedd med någon form av övervakning av utgående gas, så att en indikering ges om halten av konditioneringsmedel i utsläppen ökar eller överstiger ett givet gränsvärde.

Om driften inte behöver ske så att maximal avskiljningsgrad uppnås utan att avsikten är att ligga under fastställda myndighetsdirektiv för utsläppen, är sättet, enligt uppfinningen, ett kraftfullt hjälpmedel för att minimera driftskostnaden. Kostnaden för konditioneringen påverkar högst väsentligt anläggningens totalekonomi.

KORTFATTAD FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar där Fig. 1 visar det principiella tidsberoendet för spänningen mellan elektroderna för en elektrostatisk stoftavskiljar- enhet som tillföres en relativt kort strömpuls; Fig. 2 visar motsvarande för en något längre strömpuls som dock inte ger återstrålning från stoftskiktet; Fig. 3 visar det principiella tidsberoendet för spänningen mellan elektroderna för en elektrostatisk stoftavskiljar- enhet som tillföres en så stor strömpuls att återstrålning från stoftskiktet begränsar spänningsstegringen; 10 15 20 25 30 35 513' 114 10 Fig. 4 visar tidsberoendet för spänningen, motsvarande Fig. 3, uppmätt på en elektrostatisk stoftavskiljarenhet i drift.

BESKRIVNING Av FöREsLAGEN UTFöRINGsFoRM I Fig. 1 visas spänningens tidsberoende som en heldragen linje då en elektrostatisk stoftavskiljarenhet tillföres en strömpuls, med konstant amplitud, visad med en streckad linje. Strömpulsen innehåller förhållandevis lite laddning.

Spänningen stiger under hela strömpulsen och faller sedan åter ned till koronatändspänningen. Med en dubbelpil markerad "d" antyds längden på ett intervall mellan ström- pulsens slut och den tidpunkt då spänningen fallit till en vald spänningsnivå, Uref, som i detta fall är koronans tändspänning. Den punktstreckade linjen anger denna spän- ningsnivå, Uref. Bestämning av koronans tändspänning kan exv. ske med en metod beskriven i US-5,477,464.

I Fig. 2 visas på samma sätt spänningens tidsberoende då strömpulsen förlängts något med bibehållen amplitud.

Pulsladdningen är dock inte så stor att återstrålning startar. Intervallet "d" är här väsentligt längre.

I Fig. 3 visas spänningens tidsberoende då strömpulsen förlängts så att laddningen är tillräcklig för att åter- strålningen skall starta under pulsen. Detta leder till en deformation genom att spänningsökningen avbrytes och att spänningen börjar avta trots fortsatt laddningstillförsel.

Spänningen mellan elektroderna vid strömpulsens slut är i detta fall väsentligt lägre än i Fig. 2. Spänningen faller mellan pulserna väsentligt under den förutbestämda nivån Uref° Det i Fig. kortare än det i Fig. 2. Detta motsvarar på ett korrekt sätt den väsentligt sämre funktionen för den elektrostatiska stoftavskiljarenheten vid drift enligt Fig. 3.

Fig. 1 - 3 visar för åskådlighetens skull förenklade samband. I Fig. 4 visas en med oscillograf registrerad kurva 3 erhållna intervallet "d" är väsentligt 10 15 20 513 114 11 utvisande spänningen under normal drift med en elektro- statisk stoftavskiljare. Strömpulsen är väsentligt längre än den optimala som skulle erhållas med här föreslagen metod.

Det aktuella medelvärdet på strömmen är drygt tre gånger så stort som det vid optimal drift.

Uppfinningen fungerar, i exemplet med ovan angivna figurer, på följande sätt. Genom en rent elektrisk optimering utväljes, för fortsatt drift, den kombination av fekvens, höjd och längd som ger det längsta tidsintervallet. Denna längd jämföres med ett börvärde eller med utvalda gränsvärden. Om det uppmätta intervallet, vid optimal drift, ligger mellan satta gränsvärden fortsättes tillförsel av konditioneringsmedel i oförändrad omfattning. Om längden är för liten ökas mängden konditioneringsmedel och om längden är för stor reduceras tillförseln av konditioneringsmedel.

Efter en förutbestämd tid, erfarenhet av hur lång tid som åtgår innan stationär drift som får bestämmas med uppnås efter en förändring av mängden konditioneringsmedel, sker upprepad utvärdering i syfte att på nytt, vid behov, justera mängden konditioneringsmedel.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 40 513 114 12 PATENTKRAV

1. Sätt att vid en elektrostatisk stoftavskiljarenhet, innefattande emissionselektroder och utfällningselektroder, mellan vilka en periodiskt varierande högspänning upprätthålles, genom en till dessa matad pulserande likström, för rening av en stoftbemängd inkommande gas, styra tillförsel av konditioneringsmedel, till den inkommande stoftbemängda gasen, uppströms stoftavskiljarenheten, varvid den pulserande likströmmens frekvens, pulshöjd och/eller pulslängd varieras, så att ett flertal frekvens- höjd-längd-kombinationer erhålls, k ä n n e t e c k n a t av att för varje frekvens-höjd-längd-kombination en första tidpunkt för slutet på en tillförd strömpuls fastställes, att för varje frekvens-höjd-längd-kombination en andra tidpunkt, när spänningen mellan emissionselektroder och utfällningselektroder fallit till en förutbestämd nivå Uref, fastställes, att längden på tidsintervallet mellan den första tidpunkten och den andra tidpunkten beräknas, att längden på tidsintervallet användes för att fastställa en optimal frekvens-höjd-längd-kombination och att, för fortsatt drift, konditioneringsmedel tillföres i beroende av längden på tidsintervallet vid den fastställda optimala kombinationen.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att tillförseln av konditioneringsmedel förändras om längden på tidsintervallet vid den fastställda optimala kombinationen ligger utanför ett område med givna gränser. 10 15 20 25 30 513 114 13

3. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t av att tillförseln av konditioneringsmedel ökas om längden på tidsintervallet vid den fastställda optimala kombinationen ligger under ett första förutbestämt gränsvärde.

4. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t av att tillförseln av konditioneringsmedel reduceras om längden på tidsintervallet vid den fastställda optimala kombinationen ligger över ett andra förutbestämt gränsvärde.

5. Sätt enligt patentkrav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t av att ovanstående regelbundet upprepas, med tidsmellanrum anpassade för att stationära förhållanden skall hinna inställa sig i stoftavskiljaren, så att tidsintervallet kan hållas mellan givna gränser, eller nära ett förutbestämt värde, i syfte att anpassa konditioneringen så att driften sker under optimala betingelser.

6. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att Uref väljes över eller lika med tändspänningen för koronaurladdningen vid emissionselektroderna, företrädesvis högst 25% över tändspänningen.