DE3048979A1

DE3048979A1 - Verfahren zum betrieb eines elektrofilters fuer die gasentstaubung und vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE3048979A1
Application number: DE19803048979
Authority: DE
Inventors: Alfred Ing.(grad.) 4150 Krefeld Vogler
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1982-10-28
Also published as: DE3048979C2

Description

Verfahren zum Betrieb eines Elektrofilters für
die Gasentstaubung und Vorrichtung dazu Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrofilters für die Gasentstaubung, insbesondere von Rauchgas und von Abgas bei hüttenmännischen Schmelzprozessen, mit gesteuerter Versorgungs-Hochspannung.
üblicherweise werden derartige Elektrofilter in der Weise betrieben, daß ihre Versorungs-Hochspannung auf einem möglichst hohen Spannungswert eingestellt oder gesteuert und somit der höchstmögliche Abschedegrad des Staubes erzielt wird.
Meist wird dieses Prinzip mit Hilfe eines Filterspannungsreglers in folgender Weise verwirklicht. Nach dem Einschalten der Versorgungsanlage, nach dem Löschen von Stehlichtbögen oder sonstigen überlastereignissen wird die abgeschaltete Versorgungsspannung hochgefahren, bis die Durchbruchspannung des Filters erreicht ist. Dabei treten kurzzeitige überschläge, vielfach Wischer genannt, auf mit der Folge, daß der Filterspannungsregler ein weiteres Ansteigen der Versorgungsspannung stoppt bzw. die Spannung um einen kleinen Betrag absenkt. Durch die Wahl der Geschwindigkeit des Spannungsanstieges und des Betrages der Spannungsabsenkung kann eine maximal zugelassene Oberschlagzahl je Zeiteinheit vorgewählt werden, die durch den Filterspannungsregler eingehalten wird.
Bei vielen Anwendungsfällen hat es sich gezeigt, daß während des Betriebes der zu entstaubenden Anlagen die maßgeblichen Zustandsgrößen des Rohgases, insbesondere sein Staubgehalt, erheblichen Schwankungen unterworfen sind. Die erörterte bekannte Betriebsweise der Elektrofilter gewährleistet zwar eine maximale Entstaubung des Rohgases während der gesamten Betriebsdauer, jedoch wird die Entstaubung des Gases während der Betriebsphasen mit relativ geringer Belastung des Staubfilters erheblich zu weit getrieben. Das Reingas hat daher vielfach einen Staubgehalt, der wesentlich unter dem geforderten Maximalwert liegt, Dementsprechend haben derartige Elektrofilter eine relativ hohe Aufnahme elektrischer Leistung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebsweise von Elektrofilteranlagen dahingehend zu verbessern, daß der geforderte obere Grenzwert für den Staubgehalt des Reingases während der Betriebszeit der zu entstaubenden Anlage nicht überschritten wird und gleichwohl das Elektrofilter mit einer möglichst geringen elektrischen Leistung zu betreiben it.
Die Lösung besteht darin, daß der momentane Staubgehalt des Reingases kontinuierlich gemessen wird und der Meßwert bei einer Abweichung vom eingestellten Sollwert die Hochspannung derart steuert, daß sie mit fallendem Staubgehalt abnimmt und mit steigendem Staubgehalt ansteigt.
Die genannte Maßnahme ermöglicht die Einstellung des Elektrofilters auf jeden beliebigen, insbesondere auf einen geforderten maximalen Staubgehalt des Reingases unabhängig von einem während der Betriebsdauer schwankenden Zustand, insbesondere Staubgehalt des Rohgases.
Wenn infolge des Einflusses einer Störgröße der Reingas-Staubgehalt und die dementsprechend gesteuerte Betriebsspannung des Filters sich während des Betriebes ändern, dann wird der Staubgehalt selbsttätig auf den Sollwert hSngeführt.
Im einzelnen läßt sich die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen weiter ausgestalten.
Bei einem Elektrofilter üblicher Ausstattung, dessen Versorgungs-Hoch- spannung von einem die Filter-Durchbruchspannung abtastenden Regler gesteuert wird, wird zweckmäßig in der Weise vorgegangen, daß ein vom Meßwert des Reingas-Staubgehaltes abhängiges Signal dem Regler für die Hochspannung zugeleitet wird. Durch die Ansteuerung des Reglers für die Hochspannung wird die Filterbetriebsspannung in einen Bereich wesentlich unterhalb der Durchschlagspannung abgesenkt, so daß kurzzeitige überschläge, wenn überhaupt, dann höchstens noch als seltene Zufallsereignisse vorkommen und daher die mechanische Belastung der Abscheidesysteme auf ein Minimum beschränkt wird. Insbesondere bei Anlagen mit brennbaren Gasen oder Stäuben wird der Filterbetrieb bedeutend sicherer, weil die als Zündinitiale wirkenden überschläge praktisch entfallen.
Größere Elektrofilteranlagen bestehen regelmäßig aus mehreren Feldern mit voneinander unabhängiger Spannungsversorgung und Reglern,.denen das vom Reingas-Staubgehalt abhängige Signal gemeinsam zugeführt werden kann. Die Erfindungsaufgabe einer möglichst geringen Leistungsaufnahme der Filteranlage läßt sich aber auch dadurch vorteilhaft lösen, daß das vom Meßwert des Reingas-Staubgehaltes abhängige Signal den Reglern der Abscheidefelder einzeln oder gemeinsam in wechselnder Folge zugeschaltet wird. Es kann auch eine Vorrangschaltung in der Weise vorgesehen sein, daß die Zuschaltung eines spannungsmindernden Signales vorrangig auf ein in den Durchbruchzustand geratenes Filterfeld erfolgt.
Die elektrische Leistungsaufnahme der einzelnen Filter-Felder innerhalb einer Filteranlage ist in der Regel nicht gleichmäßig und hat je nach Lage des Feldes einen unterschiedlichen Einfluß auf den Abscheidegrad.
Dem trägt eine zweckmäßige Ausführungsform Rechnung, bei der sämtliche bezüglich des Gasstromes in Reihe geschalteten Abscheidefelder in einstellbaren Intervallen in an sich bekannter Weise auf ihre jeweilige maximale Betriebsspannung mit kurzzeitigen Durchschlägen hochgefahrrn und nachfolgend diese Betriebsspannungen durch Zuschaltung des Reingas-Staubgehal tmeßwertes abgesenkt werden.
Wenn man die Zuschaltungsfolge der Signale gegebenenfalls unter Einsatz eines Prozeßrechners steuert, dann kann eine ständige Optimierung der Leistungsverteilung auf die einzelnen Felder erzielt und die gesamte Leistungsaufnahme der Filteranlage besonders gering gehalten werden.
Die beschriebene Betriebsweise des Elektrofilters arbeitet nach dem Prinzip der Rückwärtssteuerung und hat eine entsprechende Regel totzeit.
Auch bei Verwendung einer schnell reagierenden Regeleinrichtung erfüllt die Regel geschwindigkeit des Reingas-Staubgehaltes wegen der Trägheit der Gasabscheide- und Strömungsvorgänge noch nicht höchste Anforderungen. Daher kann es vorteilhaft sein, zusätzlich eine Vorwärtssteuerung anzuwenden, indem mindestens ein Meßfühler auf der Rohgasseite des-Elektrofilters die Versorgungs-Hochspannung mitsteuert. Welche Zustandsgröße des zu reinigenden Rohgases der Meßfühler erfaßt, hängt vom einzelnen Anwendungsfall ab und ist insbesondere von der Dauer und dem Streubereich der Einflußgrößen während der gesamten Betriebszeit der Anlage bestimmt. Wird beispielsweise ein stark schwankender Staubgehalt des Rohgases vom Meßfühler erfaßt, so kann der wegen des konstant gehaltenen Reingas-Staubgehaltes sich entsprechend ändernde Abscheidegrad praktisch verzögerungsfrei durch die direkt gesteuerte Versorgungs-ochspannung des Filters eingestellt werden. Die durch den Meßfühler für den Staubgehalt des Reingases geführte Regelung braucht dann nur noch die Vorwärtssteuerung zu überwachen bzw. zu korrigieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung mit Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch ein Elektrofilter mit vereinfachtem Schaltbild der Anlage zur Hochspannungsversorgung, Fig. 2 ein Elektrofilter mit mehreren, getrennt spannungsversorgten Filterfeldern und den vereinfachten Signalflußplan der Versorgungsanlage, Meßeinrichtungen und Regler.
Nach Fig. 1 hat das Elektrofilter 1 einen Rohgas-Einlaß 2 und einen Reingas-Auslaß 3. Die auf negativer Hochspannung liegenden Sprühelektroden 4 bilden ein elektrisches Feld aus zu den elektrisch an Masse liegenden Niederschlagselektroden 5, an denen sich der Staub abscheidet. Mittels der Zellenradschleuse 6 wird der Staub aus dem Filter ausgetragen .
Die Versorgungsanlage für die Hochspannung ist wie folgt ausgebildet: Der Hochspannungstransformator 7 wird primärseitig aus dem Netz über Sicherungen 8, ein Abschaltschütz 9 und Bimetallauslöser 10 mit Spannung versorgt. Zur Einstellung der Hochspannung befindet sich in einem primärseitigen Leitungszweig eine Einrichtung 11 zur Filterspannungsregelung, deren Regelstrecke aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren 12 mit einem Impedanzglied 13 besteht. Die Thyristoren 12 sind durch einen Impulsgeber 14 gesteuert, der seinerseits durch den Regler 15 gesteuert wird. An die Hochspannungsseite des Transformators 7 ist ein Brückengleichrichter 16 angeschlossen, der.über die Leitung 17 das Elektrofilter 1 spannungsversorgt. Zwischen den Gleichrichter 16 und elektrischer Masse ist ein Meßglied 17 zwischengeschaltet, das ein Referenzsignal für die Filterhochspannung erzeugt. Dieses Referenzsignal 18 wird dem Regler 15 als Eingangsgröße zugeschaltet.
Die Regeleinrichtung 11 ermöglicht es, wenn es ggf. zeitweilig betrieblich erwünscht oder erforderlich erscheint, in der eingangs bereits erörterten bekannten Weise die Filterhochspannung im Bereich der Durchschlagspannung zu fahren, so daß eine vorgegebene zeitliche Häufigkeit von kurzzeitigen Oberschlägen des Filters eingehalten bzw. nicht überschritten wird.
Im Reingas-Auslaß 3 des Filters 1 ist ein optisches Meßgerät 19 zur Bestimmung einer vom Staubgehalt abhängigen Lichtabsorption angeordnet.
Der Lichtstrahl einer nicht dargestellten Lichtquelle des Meßgerätes tritt über eine Linse 20 in den Reingaskanal 3, wird von einem Spiegel 21 reflektiert und von einem nicht dargestellten Lichtempfänger des Gerätes 19 aufgenommen. Die festgestellte Lichtschwächung ist abhängig vom Staubgehalt des Reingases. Derartige mit guter Meßgenauigkeit arbeitende Geräte sind bekannt; sie arbeiten meist nach dem Prinzip der Autokollimation und haben einen Meßlichtstrahl und einen Referenzlichtstrahl. Das erhaltene Meßsignal 22 wird einem Signalwandler 23 zugführt, dessen Ausgang auf den Regler 15 geschaltet ist.
Das Meßgerät 19 wird auf eine Lichtabsorption eingestellt, die dem gewünschten Staubgehalt des Reingases entspricht. Der momentane Staub- gehalt des Reingases wird kontinuierlich gemessen. Wenn eine Abweichung vom eingestellten Sollwert auftritt, steuert der Meßwert des Gerätes 19 über den Regler 15 die Filter-Hochspannung derart, daß sie mit fallendem Staubgehalt abnimmt und mit steigendem Staubgehalt ansteigt. Durch diese gegenläufige Steuerung der Versorgungsspannung gelingt es, den jeweils geforderten Staubgehalt des Reingases mit genügend geringer Schwankung während der Betriebsdauer einzuhalten.
Während bei den bekannten Filterspannungsreglern der geschlossene Regelkreis sich nur elektrischer Glieder bedient, ist bei dem Verfahren nach der Erfindung das Elektrofilter in den Regelkreis mit einbezogen.
Die Betriebsspannung des Filters liegt bedeutend-niedriger, sein Leistungsbedarf ist erheblich geringer als bei der übTichen Betriebsweise.
Im Betrieb befindliche Anlagen ergaben eine Verringerung der Leistungsaufnahme auf weniger als 50 % des Wertes bei üblicher Betriebsweise, insbesondere bei Anlagen mit diskontinuierlicher oder niedriger Durc'r.-schnittsauslastung.
Zur weiteren Verbesserung des Regelverhaltens kann zusätzlich im Rauchgas-Einlaß 2 des Filters 1 ein dem Meßgerät 19 entsprechendes optisches Meßgerät 24 mit Linse 25 und Reflektorspiegel 26 angeordnet sein, dessen Meßgröße 27 ebenfalls dem Signalwandler 23 zugeführt wird. Hierdurch kann insbesondere die Regel geschwindigkeit der Einrichtung erhöht werden. Wenn der Staubgehalt des Rohgases starken Schwankungen unterworfen ist, so hat das - wegen des durch das Meßgerät 19 konstant gehaltenen Reingas-Staubgehaltes - einen sich entsprechend ändernden Abscheidegrad des Staubes im Filter 1 zur Folge, der, wenn das Meßgerät 24 nicht vorhanden ist, durch Rückwärtssteuerung der Filterhochspannung sich einstellt. Die zusätzliche Vorwärtssteuerung durch den Rohgas-Me3fühler 24 stellt entsprechende Anderungen der Filterhochspannung wesentlich schneller ein. Die durch den Meßfühler 19 für den Staubgehalt des Reingases geführte Regelung braucht dann nur noch die Vorwärtssteuerung durch den Meßfühler 24 zu überwachen und mit geringem Schlsankungsbereich korrigierend zu arbeiten.
In Fig. 2 ist ein Elektrofilter 1 mit vier Abscheidefeldern 28 schema- tisch dargestellt und der Signalflußplan gezeigt. Das zu entstaubende Rohgas tritt bei 29 in das Filter 1 ein; das Reingas verläßt das Filter am Ausgang 30. Jedes Abscheidefeld 28 ist mit einer Hochspannungsanlage 31 mit zugehöriger Regeleinrichtung 32 ausgerüstet, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 im einzelnen erläutert worden sind. Insbesondere entsprechen die Regeleinrichtungen 32 in ihrem Aufbau der Regeleinrichtung 11 von Fig. 1.
Am Reingas-Ausgang 30 ist ein vereinfacht dargestellter Meßfühler 33 für den Staubgehalt angeordnet, der das Meßgerät 34 mit Signalumwandler speist. Dieses Meßgerät kann entsprechend den Geräten 19 bzw. 24 aus Fig. 1 ausgebildet sein. Mit dem Schalter 35 ist das Meßgerät 34 abschaltbar, so daß die Hochspannungsanlagen 31 im Bedarfsfalle auch in bekannter Weise mit den üblichen Filterspannungsreglern 32 arbeiten können. Der Regler 36 ist ein Zweipunktregler, dessen Ausgangssignal 37 im einfachsten Fall über Signaleinsteller 38 den vier Regeleinrichtungen 32 zugeführt wird. Die Signaleinsteller dienen dazu, die Betriebsspannungen der einzelnen Filterfelder einzustellen und so deren Abscheidegrade aufeinander optimal abzustimmen. Die Abscheidefelder 28 werden auch hier in der Regel so gefahren, daß ihre Betriebsspannungen wesentlich unterhalb der Durchbruchspannung für kurzzeitige überschläge liegen.
Bei einer modifizierten Ausführungsform, die im einzelnen in Fig. 2 nicht dargestellt ist, kann das vom Reingas-Staubgehalt abhängige Signal 37 des Reglers 36 den vier Regeleinrichtungen 32 in wechselnder Folge zugeschaltet werden, so daß sich eine ständige Optimierung der Leistungs-Gesamtaufnahme des Elektrofilters ergibt. Da der elektrische Zustand der einzelnen Filterfelder 28 zeitweilig erheblich unterschiedlich werden kann, kann das Signal des Reglers 36 gegenüber der Folgeschaltung vorranyig einem solchen Abscheidefeld 28 zwecks Spannunysabsenkung zuyeschaltet werden, das während des Betriebsablaufes in einen Durchbruchzustand mit kurzzeitigen überschlagen geraten ist.
Bewährt hat sich auch eine Betriebsweise mit derart wechselnder Zuschaltungsfolge, daß in einstellbaren Intervallen ein Zuschalten der bekannten Spannungshöchstwertregelung anstelle der erfindungsgemäßen Steuerung durch den Reingas-Staubgehalt erfolgt und anschließend die erfindungsgemäße Steuerung die Betriebsspannungen der einzelnen Abscheidefelder 28, beispielsweise um einen vorgewählten Betrag, absenkt.
Hierdurch wird erreicht, daß die Spannungsunterschiede zwischen den einzelnen, bezüglich des Gasstromes in Reihe geschalteten Abscheidefeldern 28 den jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßt bleiben und die Gesamtleistungsaufnahme optimal auf die einzelnen Felder verteilt wird.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Betrieb eines Elektrofilters für die Gasentstaubung, insbesondere von Rauchgas und von Abgas bei hüttenmännischen Schmelzprozessen, mit gesteuerter Versorgungs-Hochspannung, dadurch gekennzeichnet, daß der momentane Staubgehalt des Reingases kontinuierlich gemessen wird und der Meßwert bei einer Abweichung vom eingestellten Soll-Wert die Hochspannung derart steuert, daß sie mit fallendem Staubgehalt abnimmt und mit steigendem Staubgehalt ansteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Versorgungs-Hochspannung von einem die Filter-Durchbruchspannung abtastenden Regler gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Meßwert des Reingas-Staubgehaltes abhängiges Signal (22,23) dem Regler für die Hochspannung zugeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei einem Elektrofilter aus mehreren Abscheidefeldern mit voneinander unabhängiger Spannungsversorgung und Reglern, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Meßwert des Reingas-Staubgehaltes abhängige Signal (37) den Reglern der Abscheidefelder einzeln oder gemeinsam in wechselnder Folge zugeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltung eines spannung3mindernden Signales (37) mit Vorrang auf ein in den Durchbruchzustand geratenes Filterfeld erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche bezüglich des Gasstromes in Reihe geschalteten Abscheidefelder in einstellbaren Intervallen in an sich bekannter Weise auf ihre jeweilige maximale Betriebsspannung mit kurzzeitigen Durchschlcigen hochgefahren und nachfolgend diese Betriebsspannungen durch Zuschaltung des Reingas-Staubgehaltmaßwertes abgesenkt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Meßfühler auf der Rohgasseite des Elektrofilters die Versorgungs-Hochspannung zusätzlich steuert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Fühler zu messende Größe die Durchflußmenge des zu reinigenden Rohgases und/oder die Rohgastemperatur und/oder der Staubgehalt des Rohgases ist.
8. Vorrichtung zur Erzeugung einer regelbaren Hochspannung für Elektrofilter, bei der ein Hochspannungstransformator (7) primärseitig zwei antiparallel geschaltete Thyristoren (12) aufweist, die durch einen vom Zeitverhalten der Hochspannung beeinflußten Regler (15) gesteuert sind, und die Sekundärwicklung des Transformators über einen Brückengleichrichter (16) das Elektrofilter (1) speist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Anspruch che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (15) mit einem vom Reingasstaubgehalt des Filters (l) abhängigen Signal (22;23) gespeist ist.