DE102007056704B3 - Electrostatic separator condition e.g. separating efficiency, determining method for exhaust gas purification system, involves generating signal, representing condition of separator, based on change of amount of supplied energy - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines mit elektrischer Energie betriebenen, elektrostatischen Abscheiders nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung einen elektrostatischen Abscheider, insbesondere für eine Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.The The invention relates to a method for determining a condition a powered by electrical energy, electrostatic precipitator The preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a electrostatic precipitator, in particular for an exhaust gas line of an emission control system, according to the preamble of claim 8.
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.by virtue of emissions from heating systems and global efforts, reduce such emissions - see, for example, the Kyoto agreement - be used in heating systems appropriate emission control systems. These especially the harmful ones Filter out substances and particles from exhaust gases, so that the remaining, cleaned exhaust gas can be safely discharged to the environment. In particular, such emission control systems in biomass heating systems used, in addition to otherwise economic and ecological Advantages an increased Emission of pollutants in the exhaust gases may occur. Just that relatively high emission of particulate matter as a pollutant is a problem with biomass heating systems.
Aus
der
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.One Such electrostatic filter with spray electrode and collector electrode is also used as an electrostatic precipitator known. This is the exhaust gas purification in an exhaust pipe a Heating system used. It is through the spray, which approximately centrally through the exhaust pipe and therefore also as a center electrode is designated, and a surrounding outer surface of the exhaust pipe, a capacitor formed, which in a cylindrical tube-shaped formation of the exhaust pipe Also referred to as a cylindrical capacitor. The spray or Center electrode usually has a circular cross section in the flow direction of the exhaust gas, wherein the diameter of the cross section or also the radius of curvature is generally relatively small (for example smaller than 0.4 mm). So now the pollutants, more precisely those not to the environment particles to be emitted, to separate the exhaust gas from the exhaust gas stream, is formed by the center electrode and by the lateral surface Collector electrode extending transversely to the flow direction Field with field lines from the center electrode to the collector electrode educated. For this purpose, a high voltage is applied to the center electrode, for Example in the range of 15 kV. This forms a corona discharge through which the particles flowing through the field in the exhaust gas become unipolar to be charged. Due to this charge, the particles migrate by the electrostatic Coulomb forces to the inner wall of the exhaust pipe, which serves as a collector electrode.
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.Specifically, the operation of electrostatic precipitators is the following:
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.
Über einen
Zeitraum von mehreren 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
The document
Das
Dokument
Das
Dokument
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen elektrostatischen Abscheider zu schaffen, mit welchem der Zustand des elektrostatischen Abscheiders erfasst wird. Genauer ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Verschmutzung der Mittelelektrode zu erfassen und diese anzuzeigen, um ggf. erforderliche Schritte zur Wartung des elektrostatischen Abscheiders einzuleiten.Of the Invention is based on the object, a method and an electrostatic To create a separator with which the state of the electrostatic Separator is detected. More precisely, it is an object of the invention detect and indicate contamination of the center electrode to take any necessary steps to maintain the electrostatic Initiate separator.
Erfindungsgemäß wird dies durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention this is by the method having the features of claim 1 and solved by the subject with the features of claim 8. advantageous Further developments can be found in the dependent claims.
Das Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines mit elektrischer Energie betriebenen, elektrostatischen Abscheiders mit mindestens einer Elektrode zum Abscheiden von Abgaspartikeln in der Umgebung der Elektrode, insbesondere für einen elektrostatischen Abscheider in einer Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage, umfassend die Schritte: Zuführen einer, Menge elektrischer Energie zu der Elektrode über eine Betriebsdauer des Abscheiders, um eine vorgebbare Coronaentladung zu erzeugen, und Verbrauchen zumindest eines Teils der Menge der elektrischen Energie für die Coronaentladung an der Elektrode zum Aufladen der Abgaspartikel, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte umfasst sind: Erfassen der zugeführten und/oder verbrauchten Menge an Energie während zumindest zweier Zeitpunkte der Betriebsdauer, Bestimmen einer Veränderung der erfassten Menge an Energie und Erzeugen eines Signals anhand der bestimmten Veränderung, welches den Zustand des elektrostatischen Abscheiders repräsentiert.The Method for determining a state of an electric Energy-operated, electrostatic precipitator with at least an electrode for the separation of exhaust particles in the environment the electrode, in particular for an electrostatic precipitator in an exhaust pipe of an exhaust gas purification plant, comprising the steps of: feeding one, amount of electrical energy to the electrode via a Operating time of the separator to a predetermined corona discharge to produce and consume at least a portion of the amount of electrical energy for the corona discharge at the electrode for charging the exhaust particles, is characterized in that the steps include: detecting the supplied and / or consumed amount of energy during at least two times the operating time, determining a change in the detected amount of energy and generating a signal based on the determined change, which represents the state of the electrostatic precipitator.
Ein Zustand kann eine Abscheideeffizienz des elektrostatischen Abscheiders sein. Die Abscheideeffizienz 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. Erfindungsgemäß wird dieser Effekt genutzt, 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.One Condition can be a deposition efficiency of the electrostatic precipitator be. The separation efficiency depends on a corona current. This again depends from an applied high voltage and a degree of pollution the electrode. This means that to generate the necessary Corona discharge needed High voltage increases with increasing particle layer on the electrode. This effect can be achieved by means of a characteristic current / voltage characteristic of the separator, for example, measured at the high voltage supply become. 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 designated. According to the invention this Effect used to over the high voltage supply the degree of contamination of the spray electrode to determine. Since the operating voltage maximum up to a breakdown voltage of the electrostatic precipitator can be increased, must be excessive pollution the spray electrode be avoided.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Erfassen der zugeführten Menge an Energie den Schritt umfasst: Erfassen einer zugeführten Strommenge. Alternativ ist in einem anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Erfassen der zugeführten Menge an Energie den Schritt umfasst: Erfassen einer zugeführten Spannungsmenge. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Kombination der beiden Schritte vorgesehen.In an embodiment is provided that the detection of the amount of energy supplied to the Step comprises: detecting a supplied amount of electricity. alternative is in another embodiment provided that the detection of the amount of energy supplied to the Step comprises: detecting a supplied amount of stress. In another other embodiment a combination of the two steps is provided.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Schritt Erzeugen die Schritte umfasst: Erfassen einer zugeführten Ausgangsmenge an Energie in einem Ausgangszustand der Elektrode, Erfassen einer zugeführten Istmenge an Energie, Erfassen einer maximal zuführbaren Menge an Energie, Vergleichen der zugeführten Istmenge an Energie mit der zugeführten Ausgangsmenge an Energie, der zuvor erfassten Istmenge an Energie und/oder der maximal zuführbaren Menge an Energie 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.A preferred embodiment For example, the Create step includes the steps: Capture a supplied Initial amount of energy in an initial state of the electrode, Detecting an input Actual amount of energy, detecting a maximum deliverable amount of energy, comparing the supplied Actual amount of energy with the supplied initial amount of energy, the previously detected actual amount of energy and / or the maximum deliverable Amount of energy and calculating a signal, which as a result comparing the efficiency of the electrostatic precipitator represents. The capture process closes presetting, presetting, manual input and the like one.
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.Yet another embodiment For example, the step generating a signal further steps comprising: simulating an operation of the electrostatic precipitator and generating a signal based on the simulated operation. The Simulating is done preferably model-based.
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.In a further embodiment it is provided that the step generating a signal the step comprising: generating at least one signal representing a state of the electrostatic precipitator, selected from the group of states Efficiency, energy consumption, degree of soiling, time of maintenance, Cleaning time and the like of the separator.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass der Schritt Erzeugen 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 an zum Beispiel eine Leitstelle erfolgen. Für eine automatische Regelung kann das Signal in einem Regler weiterverarbeitet werden.A other embodiment For example, the Create step is a play, a roll and or further processing the generated signal. Playback can be visual, for example, on a display also acoustically. The transfer can be to, for example, a control center respectively. For an automatic control, the signal can be further processed in a controller.
Der elektrostatische Abscheider ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass bei einem Elektrostatischer 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 zugeführten Menge an Energie und ein Signalgenerator zum Erzeugen eines Signals anhand einer Veränderung der zugeführten Menge an Energie, welches den Zustand des elektrostatischen Abscheiders repräsentiert, vorgesehen sind. Der Sensor kann dabei als Teil der Hochspannungsversorgung und/oder der Elektrodenzuführung gestaltet sein.Of the Electrostatic precipitator is characterized in that this Means for carrying out the inventive method having. In particular, it is provided that in an electrostatic Separator with a flow channel with a channel wall and a channel inside, through which a Particle-containing exhaust flows in a flow direction, a extending in the channel interior substantially in the flow direction Electrode for generating a corona discharge in the flow channel and an electrode feed, to feed the electrode with electrical energy, at least further a sensor for detecting a supplied amount of energy and a signal generator for generating a signal based on a change the supplied Amount of energy representing the state of the electrostatic precipitator represents are provided. The sensor can be used as part of the high voltage supply and / or the electrode feed be designed.
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 an embodiment the invention is provided that the electrode feed with an insulator is at least partially encased, further at least a particle repelling agent is included, which prevents Particles of the exhaust gas to the insulator and / or the electrode deposit.
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.In the flow channel is due to the high voltage supplied electrode and the counter electrode acting channel wall an electric field in the channel interior generated, wherein the field lines are transverse to the flow direction of the exhaust gas, preferably perpendicular to the electrode. An electrode feed is provided transverse to the electrode. which the electrode with high voltage from an external voltage source provided. So that no discharge of the electrode takes place via the electrode feed, this is at least partially encased with an insulator. Of the Insulator is preferably made of an insulating material comprising ceramics and the like formed.
Das 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. das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet.The Method and / or the electrostatic precipitator can in be applied to a heating system. The corresponding heating system is characterized in that for generating energy by means of Burning from an energy source like biomass with a particulate matter emitting heating system like a biomass heating system for burning the energy carrier, wherein particle-containing exhaust gases are formed, an inventive electrostatic Separator is provided or the inventive method is used.
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren,
dem erfindungsgemäßen elektrostatischen
Abscheider und dem erfindungsgemäßen Heizungssystem
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 zu informieren.
So können
rechtzeitig geeignete Schritte eingeleitet werden. Dadurch wird
eine optimale Staubabscheidung aus dem Rauchgas der Biomasse-Heizanlage
gewährleistet. Der
Betreiber erhält
ohne eine aufwendige Kontrolle der Abscheideeffizienz (Partikelmessungen)
Informationen über
den optimalen Reinigungszeitpunkt des Abscheiders.With the method according to the invention, the electrostatic precipitator according to the invention and the heating system according to the invention, in particular the following advantages are realized:
Within certain time intervals, 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. This way, appropriate steps can be taken in good time. This ensures optimal dust separation from the flue gas of the biomass heating system. The operator receives information about the optimal cleaning time of the separator without a complex control of the separation efficiency (particle measurements).
Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie den Zusammenhang von Coronastrom und Hochspannung bzw. Coronaspannung und Filtereffizienz dar und zeigen in mehreren Figuren:The Drawings illustrate an embodiment the invention and the relationship of corona current and high voltage Corona voltage and filter efficiency and show in several figures:
Die
Menge an Energie, die zur Speisung der Elektrode
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. Wenn
der Partikelstrom die Sprühelektrode
Erfindungsgemäß wird somit die auftretende Degradation genutzt, um so eine Verschmutzung, insbesondere eine nicht mehr tolerierbare Verschmutzung, der Elektrode zu erkennen, so dass frühzeitig geeignete Schritte eingeleitet werden können.Thus, according to the invention used the degradation that occurs, so pollution, in particular a no longer tolerable pollution, the electrode to recognize so that early appropriate steps can be taken.
Claims (10)
Priority Applications (3)
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