DE3525557A1

DE3525557A1 - Verfahren zum ueberwachen und regeln eines elektrostatischen filters

Info

Publication number: DE3525557A1
Application number: DE19853525557
Authority: DE
Inventors: Takaaki Noda; Hiroshi Hiratsuka Kanagawa Terai
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-07-17
Filing date: 1985-07-17
Publication date: 1986-01-30
Anticipated expiration: 2005-07-18
Also published as: JPH0223221B2; US4648887A; DE3525557C2; JPS6125650A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von elektrostatischen Filtern. Mit der Erfindung soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem Staubpartikel selbst hohen spezifischen Widerstandes in elektrostatischen Niederschlagsapparaturen bzw. Elektrofiltern wirksam gesammelt werden können.

Üblicherweise geht man bei derartigen Elektrofiltern davon aus, daß die Wirksamkeit der Staubfilterung um so besser wird, je höher die bei dem elektrostatischen Filter eingesetzte Spannung ist. Wenn jedoch die eingelegte Spannung zu hoch ist, treten in dem elektrostatischen Filter Funkenentladungen auf. Aus diesem Grunde werden elektrostatische Filter mit einer möglichst hohen Spannung kontinuierlich betrieben, wobei gleichzeitig das Auftreten von Funken, insbesondere die Anzahl der erzeugten Funken beobachtet und überwacht wird.

Trotzdem kann eine sogenannte "Rückionisation" auftreten, wenn die zu s'ammelnden Partikel einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen. Insbesondere wenn die zu sammelnden Partikel einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10 Ohm . cm haben, tritt Rückionisation häufig auf. Bei solchen Partikeln mit hohem elektrischen Widerstand wird nämlich elektrische Ladung in wachsendem Ausmaß in der Partikelschicht gesammelt, die bereits auf den Sammelelektroden des elektrostatischen Filters abgelegt ist. Schließlich bricht die abgelegte Partikelschicht zusammen mit dem Ergebnis, daß eine Koronaentladung mit einer Polarität auftritt, die derjenigen der üblicherweise an den Entladungselektroden gebildeten Korona entgegengesetzt ist. Wenn eine solche Rückionisation in

einem elektrostatischen Filter auftritt und dabei der angelegte Strom unvermeidlich ansteigen wird, kann auch die angelegte Spannung nicht mehr gesteigert werden. Daher wird die Wirksamkeit der Partikelsammlung entsprechend abnehmen. In Figur 1 ist eine Strom/Spannungskennlinie der Sekundärwindungsseite des Netzgerätes für den elektrostatischen Filter dargestellt. Aus der

Figur ist ersichtlich, daß bei Auftreten von Rückionisation lediglich der angelegte Strom , nicht jedoch die angelegte Spannung ansteigen wird.

Um die oben erwähnte Rückionisation zu verhindern, ist in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Sho 56-70859 ein Verfahren zur Betriebsüberwachung eines elektrostatischen Filters beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine elektrische Spannung intermittierend zwischen die Ent-

IQ lade- und die Sammelelektroden des elektrostatischen Filters angelegt, wobei das Intervall und die Periode der Spannungsanlegung manuell oder automatisch eingestellt werden. Jedoch sind Intervall und Periode der Spannungsanlegung abhängig von dem Zustand und der Art des mit

jpj Staubpartikeln beladenen Gases. Diese beiden Größen werden daher gemäß der erwähnten japanischen veröffentlichten Patentanmeldung nach Erfahrungswerten bestimmt. Obwohl theoretisch davon ausgegangen werden kann, daß dieses Verfahren sehr geeignet ist für die elektrostatische

„^ Filterung von Partikeln mit hohem spezifischen Widerstand, ist es wegen der erwähnten Probleme jedoch schwierig, den elektrostatischen Filter zur Ausführung dieses Verfahrens in einem optimalen Zustand zu steuern.

2g Der Anmelder hat aufgrund dessen ein Verfahren zur Detektion der Rückionisation in der japanischen Patentanmeldung Sho 58-67360 vorgeschlagen. In der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Sho 58-55062 hat der Anmelder ferner eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit der die Rückionisation ausgelöscht werden kann, indem die angelegte Spannung für eine vorbestimmte Zeitspanne erniedrigt wird, sobald Rückionisation detektiert wird.

Die erwähnte Detektionsmethode für die Rückionisation und

_o_ die Vorrichtung zum Auslöschen der Rückionisation sollen im co

folgenden erklärt werden.

A) Regelung des fließenden Stromes

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Netzgerätes als Spannungsquelle für einen elektrostatischen Filter darc gestellt. Das Netzgerät umfaßt einen Stromregelkreis 10 aus einem Paar rückwärts parallel verbundener torgesteuerter Thyristoren 1OA und 1OB, die von einem torgesteuertenRegler 12 angesteuert werden. Die Stromregelschaltung 10 ist an ihrer einen Seite mit einer Wechselspannungsquelle über einen Schalter 14 und an ihrer anderen Seite über eine strombegrenzende Drossel 16 mit der Primärseite eines Aufwärtstransformators 18 verbunden. Dieser Transformator 18 hat eine Sekundärwicklung, die mit einer Gleichrichterschaltung 2 0 verbunden ist, dessen negativer Ausgangsanschluß mit den Entladungselektroden 22 des elektrostati-15

sehen Filters verbunden ist. Ein positiver Anschluß der Gleichrichterschaltung 20 und Sammelelektroden 24 des elektrostatischen Filters sind jeweils mit Masse verbunden.

Bei einem solchen elektrostatischen Filter wird die zwischen den Entladungs- und Sammelelektroden angelegte Spannung gesteuert bzw. geregelt auf einem möglichst hohen Niveau gehalten, so daß gerade keine Funken auftreten. Die

Regelung der Spannung erfolgt durch Einstellung des Durch-25

laßwinkels der Thyristoren 1OA und 1OB. Durch die Einstellung des Durchlaßwinkels der Thyristoren kann zwar der Strom I wirkungsvoll geregelt werden, nicht jedoch die Spannung, da die Spannung/Strom-Kennlinie in Bereichen

hoher Spannung Werte dV/dl = 0 oder dV/dl <C 0 einnimmt, 30

wie aus Figur 1 hervorgeht, und zwar unabhängig davon, ob Rückionisation auftritt oder nicht.

Mit anderen Worten kann mit der in Figur 2 dargestellten

Schaltung zwar der Strom auf einem Niveau gehalten werden, 35

bei dem gerade noch keine Funken auftreten, jedoch kann die Amplitude der Spannung zwischen der Entladungs-und der Sammelelektrode nicht geregelt werden.

_ *7 —

Um die Rückionisation zu verhindern oder zu unterdrücken, ist ferner vorgeschlagen worden, die Spannung an die Elektroden des elektrostatischen Filters intermittierend anzulegen. In diesem Falle kann der mittlere Strom I_M über die gesamte Periode aus Einschaltphase T-, in der die Spannung angelegt ist, plus der Ausschaltphase T _,-, in der keine Spannung angelegt ist, ausgedrückt werden durch folgende Formel:

T
I,. = I on

M on ■

T + T ,.,-on off

In dieser Formel bedeutet I den Strom während der Ein-

on

schaltphase. Der in der obigen Gleichung verwendete Ausdruck T /(T + T _Äjr) wird als Arbeitsphase bezeichnet,
on on ort

Bei der in Figur 2 dargestellten Schaltung kann eine effektive Funkenkontrolle nicht erreicht werden, selbst wenn der mittlere Strom auf einem Niveau kurz vor dem Auftreten ^von Funken gehalten wird. Wenn die Arbeitsphase als Ergebnis der Rückionisationsunterdrückung oder zu deren vorbeugender Verhinderung variiert, ändert sich notwendigerweise auch der mittlere Strom. Wenn die angelegte Spannung so geregelt wird, daß der mittlere Strom auf einem vorbestimmten konstanten Wert gehalten wird, dann muß die während der Einschaltphase T angelegte Spannung, um mit diesen Schwierigkeiten fertig zu werden, notwendig angehoben werden, was das häufige Auftreten von intensiven Funken zur Folge hat.

■Das oben erwähnte Verfahren ist daher nicht optimal wirksam für die Unterdrückung oder Verhinderung der Rückionisation.

B) Detektion der Rückionisation

Das Verfahren zur Detektion der Rückionisation, wie es in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Sho 58-67360

-δ-beschrieben ist, umfaßt folgende Schritte:

Zunächst wird der Spitzenwert der sekundärseitigen Spannung des Transformators in dem Netzgerät gemäß Figur 2 ermittelt, worauf eine Referenzspannung für die Detektion der Rückionisation als Funktion des ermittelten Spannungsspitzenwertes abgeleitet wird. Die Referenzspannung wird anschließend mit dem jeweiligen Wert der angelegten Spannung nach der Spitzenspannung verglichen, um so eine Differenzspannung zu erhalten. Das Auftreten der Rückionisation wird dann auf der Basis der erhaltenen Spannungsdifferenz ermittelt.

Dieses Verfahren ist ausgezeichnet für die Detektion der Rückionisation brauchbar. Jedoch bestehen zwei Probleme. Zunächst ist es recht aufwendig, den Spitzenwert der sekundärseitigen Spannung zu ermitteln und ferner die Referenzspannung für die Detektion der Rückionisation aus dem ermittelten Spannungsspitzenwert abzuleiten. Um zweitens die Genauigkeit der Detektion der Rückionisation sicherzustellen, ist es unbedingt notwendig, die Amplitude und die Wellenform der tatsächlichen Spannung in dem elektrostatischen Filter präzise zu messen. Es ist nämlich eine Vorbedingung, die tatsächliche momentane Spannung zwischen der Entladungs- und der Sammelelektrode präzise zu messen und anschließend die gemessene Spannung genau und ohne Rauschen zu einer Regelvorrichtung zu übertragen. Wenn die präzise Messung oder die genaue Übertragung nicht eingehalten werden , besteht hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß

go eine Rückionisation trotz Auftretens nicht detektiert wird bzw. ist es möglich, daß eine Detektion angeblich ermittelt wird, obwohl keine Rückionisation aufgetreten ist. Andererseits hat ein Kabel für die Übertragung der sekundärseitigen Spannung in einem elektrostatischen Filter eine Länge

gc von 10 bis 100 Meter und oftmals länger. Zusätzlich ist das Kabel häufig in der Nähe von Hochspannungsquellen und der primärseitigen Schaltung der Netzgeräte verlegt. Aufgrund dessen ist das Kabel viel—

fältigen Störungen und Einstreuungen, hauptsächlich Wechselspannungsstörungen ausgesetzt.

Die oben erwähnten beiden Probleme stellen demnach ein Hindernis dar, um das Verfahren zur Detektion der Rückionisation wie in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Sho 58-673 60 beschrieben, auszuführen. ;

Die Rückionisation sollte außerdem möglichst frühzeitig bereits während ihrer Entstehung detektiert werden. Wenn nämlich die Rückionisation sich über eine erhebliche Fläche der Sammelelektroden ausbreitet, bildet das ein signifikantes Hindernis in dem elektrostatischen Filter. Andererseits ist während des Beginns der Rückionisation die Gesamtfläche auf den Sammelelektroden, innerhalb der keine Rückionisation auftritt, wesentlich größer als die Oberflächen der Sammelelektroden, an denen die Rückionisation auftritt, so daß der Einfluß der Rückionisation auf die Spannung oder "den Strom des elektrostatischen Filters noch relativ klein ist. Aus diesem Grunde ist es schwierig, die Rückionisation in der Anfangsphase durch die Überwachung der Spannung oder des Stromes des Filters zu detektieren.

C) Verfahren zur Verhinderung der Rückionisation

Es sei angenommen, daß die Rückionisation akkurat erfaßt

wird. Im folgenden soll das Verfahren zum Auslöschen der Rückionisation beschrieben werden, wie es in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Sho 58-55062 dargegQ stellt ist.

Falls eine Rückionisation detektiert wird, so wird bei diesem Verfahren die angelegte Spannung unterbrochen. Dies bedeutet, daß die Zeitdauer der Einschaltphase T sich ergg streckt von dem Beginn des Anlegens der Spannung bis zu dem Zeitpunkt der Detektion der Rückionisation. Andererseits wird die Zeitdauer der Ausschaltphase T _f _ in Abhängigkeit des Grades der ermittelten Rückionisation be—

-ΙΟΙ stimmt. Es ist jedoch sehr schwierig, die erforderliche Länge der Ausschaltphase präzise gemäß dem Grad der detektierten Rückionisation abzuschätzen.

Speziell beim Vorliegen von Staubpartikeln mit hohem spezifischen Widerstand kann Rückionisation unmittelbar nach dem Anlegen der Spannung auftreten und verschwindet wieder nach einer gewissen Zeit nach dem Beginn der Abschaltphase T _ψψ. Bei Vorliegen von Staubpartikeln mit mittlerem spezifischen Widerstand tritt Rückionisation erst eine gewisse Zeitspanne nach Beginn der Einschaltphase T " auf und verschwindet relativ schnell, nachdem die angelegte Spannung unterbrochen wird. Aus diesem Grunde muß die optimale Ausschaltphase experimentell abgeschätzt bzw. ermittelt werden. Zu diesem Zweck ist es notwendig, vorab eine erhebliche Menge von Meßwerten bei unterschiedlichen Zeitdauern für die Ausschaltphase T ^,. zu sammeln, sobald Rückionisation detektiert wird, und anschließend die Wirksamkeit der Staubsammlung unter diesen Bedingungen zu messen. Aus den angesammelten Daten werden dann optimale Bedingungen ausgewählt und es wird eine Tabelle von optimalen Ausschaltphasen vorbereitet. Bei dem tatsächlichen Betrieb des elektrostatischen Filters werden dann Vergleiche zwischen den ermittelten Daten für die Rückionisation und den vorab vorbereiteten Tabellen angestellt, anschliessend wird aus der Tabelle eine optimale Ausschaltphase ausgewählt. Dieser Prozeß ist recht umständlich und verlangt außerdem einen recht großen Rechner, um den Prozeß in Echtzeit auszuführen.

Jedoch ist auch dieses erwähnte Verfahren noch nicht ausreichendem den elektrostatischen Filter ohne erhebliche Beeinflussung durch die Rückionisation zu betreiben. Insbesondere im Falle von elektrostatischen Filtern, die für Staubpartikel beladenes Gas benutzt werden, das aus einem mit Kohle betriebenen Kessel abgeblasen wird, hängt die Bedingung für die Erzeugung von Rückionisation von der Temperatur des Gases und der Art der verbrannten Kohle ab und

ist außerdem noch beeinflußt durch unterschiedliche Größen bei der gleichen Kohleart und durch den Zustand der Partikel, die auf der Oberfläche der Sammelelektrode abgelegt werden, z.B. von der Dicke der abgelegten Partikelschicht, dem Anteil von Restionen in der abgelegten Partikelschicht usw. Aus diesem Grunde ist es fast nicht möglich und in jedem Falle sehr schwierig, die Bedingung für die Erzeugung von Rückionisation genauestens abzuschätzen.

Zusätzlich weist ein elektrostatischer Filter gewöhnlich mehrere in Serie miteinander verbundene Stufen' auf, so daß die in dem Gas enthaltenden Partikel schrittweise aus dem Gas entfernt werden, und zwar jedesmal dann, wenn das partikelbeladene Gas durch die entsprechenden Stufen des Filters strömt. Die an den Sammelelektroden in den einzelnen Stufen niedergeschlagenen Staubpartikel üben daher in den einzelnen Stufen unterschiedliche Einflüsse aus.

Um eine maxima'le Effizienz der Filterung zu erreichen ist ^es daher jedesmal, wenn die Kohlesorte und/oder die anderen Betriebsbedingungen für den Brenner verändert werden, notwendig, die Kontroll- oder Regelparameter für den elektrostatischen Filter in jeder Stufe neu einzustellen, und zwar in Abhängigkeit der dynamisch sich ändernden Zustände der Staubpartikel und des Filters, die durch den Wechsel der Betriebsbedingungen für den Kessel verursacht wurden.
Wie aus dem Obigen ersichtlich, kann die Bestimmung der Ausschaltphase T _ff auf der Basis der Erfahrung zwar die Effizienz der Staubfilterung im gewissen Rahmen erhöhen, jedoch keine maximale Effizienz liefern, da diese Bestimmung nicht die optimalen Kontrollparameter in Übereinstimmung mit den sich dynamisch ändernden Betriebsbedingungen der staubliefernden Quelle, in diesem Falle des mit Kohle betriebenen Kessels liefern kann. Um nun tatsächlich eine

3g maximale Effizienz der Staubfilterung zu erhalten, muß die Bedienungsperson für den elektrostatischen Filter die Kontrollparameter auf die optimalen Werte bei jedem Wechsel

der Kohlesorte und der übrigen Betriebsbedingungen neu einstellen. Die Ermittlung der Parameter für die Einstellung und die tatsächliche Ausführung zum Einstellen der Regelparameter stellt hohe Anforderungen für die Bedienungsperson und auch eine große Belastung dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Überwachung, Kontrolle und Regelung eines elektrostatischen Filters anzugeben, das frei von den oben erwahten Nachteilen ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren der genannten Art anzugeben, das unabhängig von Erfahrungswerten ausgeführt werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur überwachung, Kontrolle und Regelung eines elektrostatischen Filters anzugeben, bei dem die Rückionisation einfach und sicher unabhängig von Erfahrungswerten detektiert werden kann und auch unabhängig von den sich dynamisch ändernden Bedingungen für den und in dem elektrostatischen Filter.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Kontrolle, Überwachung und Regelung eines elektrostatischen Filters anzugeben, bei dem selbst Staubpartikel mit hohem spezifischen Widerstand mit maximaler Effizienz in einfacher Weise aufgefangen werden können, wobei gleichzeitig eine Rückionisation vermieden wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Verlauf ihrer Forschungen für die obigen und andere
Aufgaben hatten die Erfinder ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache gerichtet, daß im Falle von Staubpartikeln mit hohem spezifischen Widerstand dann, wenn eine Spannung kon-

tinuierlich und in Filtern für eine lange Zeit angelegt wird, die Rückionisation in der abgelegten Partikelschicht auf den Sammelelektroden des Filters auftritt. Angesichts dieser Tatsache faßten die Erfinder den Gedanken, eine Spannung intermittierend an einen elektrostatischen Filter anzulegen, und zwar einerseits die Zeitdauer jeder Einschaltperiode T auf einen Wert entsprechend einem oder zwei Zyklen einer Wechselspannungsquelle zu halten und andererseits die Zeitdauer der Abschaltperiode T __f in Abhängigkeit des Zustandes der Rückionisation zu variieren.

Zusätzlich hatten die Erfinder herausgefunden, daß bei Auftreten einer Rückionisation ein sogenannter "Tiefstwert" der sekundärseitigen Spannung erniedrigt wird. Angesichts dieser Tatsache und um weiterhin die Rückionisation noch genauer zu detektieren, faßten die Erfinder den Gedanken, eine Zwangsbedingung herzustellen, bei der keine elektrische Ladung in der abgelegten Staubpartikelschicht verbleibt, und dann einen ersten Tiefstwert der sekundärseitigen Spannung bei Anlage einer Spannung an den elektrostatischen Filter zu einem Zeitpunkt zu ermitteln, nach dem die ladungslose Bedingung erzeugt worden ist, um auf diese Weise diesen Grundwert als Referenzspannung für die Detektion der Rückionisation zu verwenden.

Die vorliegende Erfindung ist ein Ergebnis der Forschungen auf der Basis der beiden oben genannten Grundgedanken.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren für die Kontrollle, Überwachung und Regelung eines elektrostatischen Niederschlagsapparates bzw. Filters, der Entlade- und Sammelelektroden aufweist und an dem eine hohe Spannung angelegt ist aus einem Hoehspannungsgerät, das mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Das Verfahren ist gg gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Anlegen einer Spannung an den elektrostatischen Filter, wobei sich jeweils eine Einschaltphase mit fester Zeitdauer entsprechend einem oder zwei Zyklen bzw.

BAD ORIGINAL

Perioden der Wechselstromquelle und eine Ausschaltphase variabler Zeitdauer abwechseln; Festlegen einer Zwangspause für das Anlegen einer Spannung in einem geeigneten Intervall über wenigstens zehn Schwingungszyklen der Wechselstromquelle; Ermitteln des Tiefstwertes der sekundärseitigen Spannung als Referenzspannung für die Detektion einer Rückionisation in der ersten Einschaltphase direkt nach jeder Zwangspause; Ermitteln der Spannung eines ungeradzahligen Tiefstwertes in jeder Einschaltphase nach der Zwangspause und vor der nächsten Zwangspause sowie Vergleichen des ermittelten Tiefstwertes mit der Referenzspannung; schließlich Einstellen der Zeitdauer der nächsten Ausschaltphase auf der Basis des Vergleichsergebnisses in Zeitabschnitten, die jeweils einem Zyklus der Wechselstromquelle entsprechen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Einstellung der Zeitdauer der Ausschaltphasen so, daß die Zeitdauer der jeweils nächsten Ausschaltphase um die Zeit entsprechend einer Schwingungsperiode der Wechselstromquelle dann verlängert wird, wenn die ermittelte Spannung am Tiefstwert niedriger als die Referenzspannung ist, bzw. dann verkürzt wird, wenn die ermittelte Spannung am Tiefstwert nicht niedriger als die Referenz-Spannung ist.

Hier und im folgenden bedeutet der Ausdruck "Tiefstwert", den minimalen Wert der Sekundärspannung während jeder Halbperiode des Stromes der Wechselstromquelle. In Figur 3 ist die Wellenform der Sekundärspannung dargestellt. Der Tiefstwert V liegt im Verlauf der Sekundärspannung an einem Punkt, kurz bevor die Spannung nach ihrem Abfall von dem Maximum VP wieder ansteigt.

Wie aus dem Obigen ersichtlich, wird eine Periode des Stroms der Wechselstromquelle als Minimaleinheit für die Zeitdauer der Einschaltphase T und der Ausschaltphase T ,.- der Spannung für die Regelung gemäß der Erfindung ver,-

wendet. Die Zeitdauer der Phasen T und T ,.-. ist somit jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Zeitdauer entsprechend einer Periode des Stromes der Wechselstromquelle. Im Verlauf der sekundärseitigen Spannung erscheinen in jedem Halbzyklus des Stromes der Wechselstromquelle ein Paar von Maxima V_p und Tiefstwerten V_R. Es ist daher ohne weiteres möglich, das Anlegen der Spannung in jedem Halbzyklus zu schalten. Gemäß der Erfindung erfolgt die Schaltung bzw. Einstellung der Spannung im Rahmen von minimalen Zeitabschnitten einer Wechselstromperiode, um zwischen ungeradzahligen und geradzahligen Tiefstwerten unterscheiden zu können und zwar aus Gründen, die weiter unten näher erläutert werden.

Wie bereits oben erwähnt ist es schwierig , Wechselspannungsstörungen aus der Sekundärspannung vollständig zu entfernen. Die Polarität der Wechselspannungsstörüngen, die der SekundärSpannung überlagert sind, wird jedoch in jedem Halbzyklus umg'ekehrt, wie dieses aus Figur 4 ersichtlich ist. Hier ist eine Wellenform der Sekundärspannung mit überlagerter Wechselspannungsstörung gezeigt. Dementsprechend ist jeder Tiefstwert zum 'Teil erheblich unterschiedlich von dem jeweilig benachbarten Tiefstwert. Wenn entsprechend Augenmerk gerichtet wird lediglich auf ungeradzahlige Tiefstwerte kann eine echte Änderung des Tiefstwertes festgestellt werden, da die überlagerte Störung bei den ungeradzahligen Tiefstwerten die gleiche Polarität hat. Auf diese Weise kann eine Rückionisation genau detektiert werden.

Aus dem obigen Grunde wird im Falle, daß die Einschaltphase lediglich eine Periode des Stromes der Wechselstromquelle umfaßt, der Spannungswert am ersten Tiefstwert in der ersten Einschaltphase unmittelbar nach der Zwangspause

3g ermittelt und als Referenzspannung für die Detektion der Rückionisation gehalten. Im Falle, daß jede Einschaltphase zwei Perioden des Stromes der Wechselstromquelle umfaßt, wird die Spannung an dem ersten oder dritten Tiefstwert ge—

BAD ORIGINAL

speichert. Da in diesem Falle jedoch sowohl der erste als auch der dritte Tiefstwert von Störungen bzw. Rauschen überlagert sind, ist es vorteilhaft, einen leicht höheren Wert als den ersten oder dritten Tiefstwert als Referenz-Spannung für die Detektion der Rückionisation zu halten. Tatsächlich ist der Störwert bei dem dritten Tiefstwert geringer als bei dem ersten Tiefstwert. Aus diesem Grunde wird vorteilhaft nur der Wert des dritten Tiefstwerts als Referenzspannung für die Detektion der Rückionisation gespeichert gehalten.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ferner dann, wenn der ermittelte Tiefstwert kleiner als die Referenzspannung ist, angenommen, daß eine Rückionisation auftritt. Vorzugsweise wird angenommen, daß eine Rückionisation auftritt, wenn der ermittelte Tiefstwert unter die Referenzspannung fällt, und zwar um einen vorbestimmten Betrag zwischen ein bis zehn Prozent der Referenzspannung.

Falls die Einschaltphase über zwei Stromperioden der Wechselstromquelle verläuft und da der dritte Tiefstwert weniger verrauscht ist als der erste Tiefstwert der Sekundärspannung, wird vorzugsweise nur der dritte Tiefstwert beim Anlegen der Spannung gehalten und dann mit der Referenzspannung für die Detektion der Rückionisation verglichen.

Bei dem beschriebenen Verfahren für die Regelung des elektrostatischen Filters gemäß der Erfindung wird die Ausschaltphase T ,.,. automatisch in Übereinstimmung mit den

3Q Schritten gemäß der Erfindung bestimmt. Im Falle, daß ein Gas gereinigt wird, das Staubpartikel mit niedrigem spezifischen Widerstand aufweist, bei dem eine Rückionisation kaum auftritt, wird die Ausschaltphase T __f Schritt für Schritt um jeweils eine Periode verkürzt und würde schließ-

gg lieh Null werden, so daß die Spannung kontinuierlich angelegt bleibt.

Sind jedoch andererseits Staubpartikel mit hohem spezifi—

sehen Widerstand vorhanden, dann wird die Ausschaltphase verkürzt bzw. verlängert in Abhängigkeit des Auftretens einer Rückionisation. In jedem Falle wird jedoch die Spannung intermittierend angelegt. Im Falle, daß Rückionisation häufig auftritt, wird die Ausschaltphase Schritt für Schritt verlängert, so daß die Spannung intermittierend angelegt wird und das Tastverhältnis bzw. die Arbeitsphase nur klein ist. Tritt andererseits die Rückionisation nur selten auf, wird die Ausschaltphase Schritt für Schritt -,Q verkürzt, mit dem Ergebnis, daß die Spannung mit einer größtmöglichen Arbeitsphase intermittierend angelegt wird, wobei gleichzeitig ein Zustand eingehalten wird, bei dem eine Rückionisation praktisch nicht oder nur sehr selten auftritt. Die maximale und minimale Dauer der Aus-, c- schaltphasen wird wie oben bestimmt.

Entsprechend dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Regelung eines elektrostatischen Filters kann die Staubsammlung mit einer maximal möglichen Wirksamkeit ausgeführt „₀ werden können, ohne daß man hier auf Erfahrungswerte angewiesen ist. Mit der Erfindung wird auf einfache, wirkungsvolle und sichere Weise eine Rückionisation verhindert, und zwar angepaßt an die dynamisch sich ändernde Situation in dem elektrostatischen Filter.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Figur 1 ein Diagramm für die Abhängigkeit zwischen dem

Sekundärstrom und der Sekundärspannung in einem elektrostatischen Filter mit Rückionisation und ohne Rückionisation;

Figur. 2 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Netzgerätes bzw. einer Stromversorgung für den elektrostatischen Filter;

BAD ORIGINAL

Figur 3

-18-

eine typische Wellenform der Sekundärspannung in einem herkömmlichen elektrostatischen Filter;

Figur 4

eine tatsächliche Wellenform einer durch Wechselspannungsrauschen überlagerten Sekundärspannung in einem elektrostatischen Filter;

Figur 5 ein Blockdiagramm für ein Ausführungsbeispiel einer Stromversorgung für einen elektrostati

schen Filter, mit der das Verfahren zum überwachen und Regeln des elektrostatischen Filters gemäß der Erfindung ausgeführt werden kann;

Figuren
bis 11

Figur 12

den Verlauf der Sekundärspannung bei verschiedenen Arbeitsphasen.'

verschiedene Kennlinien des elektrostatischen Filters bei unterschiedlichen Bedingungen;

Figur 13 ein Schaltungsdiagramm ähnlich demjenigen in Figur 5 zur Darstellung einer anderen Ausführung der Regelschaltung für die Stromversorgung;

Figuren

und 15 Darstellungen der Beziehung zwischen der Sekundärspannung und dem Sekundärstrom in unterschiedlichen Stufen eines fünfstufigen elektrostatischen Filters.

In Figur 5 ist ein Blockschaltbild einer Stromversorgung dargestellt/ mit der das Verfahren zur Regelung eines elektrostatischen Filters gemäß der Erfindung ausgeführt werden kann. Die Stromversorgung weist eine Stromregelschaltung 10 auf, die eingangsseitig mit einer Wechselstromquelle und ausgangsseitig über einen Aufwärtstransformator 18 mit einer Gleichrichterschaltung 20 verbunden ist. Ein ne-

gativer Anschluß der Gleichrichterschaltung 2 0 ist mit Entladungselektroden 22 eines elektrostatischen Filters, ein positiver Anschluß der Gleichrichterschaltung ist ebenso wie die Sammelelektroden 24 des elektrostatischen Filters mit Masse verbunden.

Die Entladungselektroden 22 des elektrostatischen Filters sind über eine Serienschaltung aus zwei Widerständen R, und R₂ ebenfalls mit Masse verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R, und R„ ist mit dem Eingang einer Detektionsschaltung 2 6 für Rückionisation verbunden.

Die Detektionsschaltung 26 für Rückionisation umfaßt eine Tiefstwert-Erfassungsschaltung 28, die z.B. wie in Figur 5 aufgebaut ist. Diese Schaltung umfaßt eine Wellenformschaltung 30, deren Eingang mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R, und R„ verbünden ist. Diese Formschaltung 13 gibt bei jedem Peak oder Maximum der eingangsseitig anliegenden Sekundärspannung einen Impuls an einen einstufigen Zähler 32 ab. Da der Zähler 32 einstufig ist, ändert sich der Ausgangswert bei jedem Eingangsimpuls von einem niedrigen Pegel bzw. logisch "NULL" zu einem hohen Pegel oder logisch "EINS" und vice versa. Daher ist das Ausgangssignal des Zählers 32 "EINS" bei ungeradzahligen Eingangsimpulsen, so z.B. bei dem ersten Impuls, einem dritten Impuls usw. Der einstufige Zähler 32 wird weiterhin zu Beginn jeder Einschaltphase durch einen Ausschaltphasenregler bzw. eine Phasensteuerung 4 8 gelöscht.

Der Ausgang des Zählers 32 ist mit dem Steuereingang einer Torschaltung 34 verbunden, die z.B. als Analogschalter ausgebildet ist. Diese Torschaltung 34 ist eingangsseitig mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R, und R₉ sowie ausgangsseitig mit einer Abfrageschaltung 36 verbunden. Die Torschaltung 3 4 wird in diesem Falle eingeschaltet, wenn am Steuereingang eine logische "EINS" anliegt

und wird ausgeschaltet, wenn "NULL" anliegt. Aus diesen Gründen wird die Sekundärspannung lediglich bei ungeradzahligen Halbzyklen an die Abfrageschaltung 36 weitergeleitet. Die Abfrageschaltung 36 fragt das Eingangssignal mit einer Abtastfrequenz ab, die extrem höher als die Frequenz des Stromes der Wechselstromquelle ist. Ein Ausgang der Abfrageschaltung 36 ist mit einem Eingang eines !Comparators 38 und einem Eingang einer Speicherschaltung 4 0 verbunden. Der Komparator 38 gibt ein Haltesignal an den Steuereingang der Speicherschaltung 40 weiter, wenn die Ausgangsspannung der Abfrageschaltung 36 kleiner als der Ausgang der Speicherschaltung 40 ist, so daß die Speicherschaltung 40 ihre Haltespannung löscht und jetzt die Ausgangsspannung der Abfrageschaltung 36 speichert. Dementsprechend bilden die Abfrageschaltung 36, der Komparator 38 und die Speicherschaltung 40 eine Tiefstwert-Halteschaltung. Die Speicherschaltung 4 0 wird mit der Vorderkante des ersten "NULL"-Signals aus dem einstufigen Zähler 32 bei jeder Einschaltphase' gelöscht. Auf diese Weise wird mit der Tiefstwert-Erfassungsschaltung 28 der jeweilige Minimalwert der Sekundärspannung während jeder Einschaltphase ermittelt und gehalten.

Der Ausgang der Tiefstwert-Erfassungsschaltung 28 ist einmal mit einer Speicherschaltung 42 zum Halten einer Referenzspannung für die Rückionisationsdetektion und zum anderen mit dem Eingang eines weiteren Komparators 44 verbunden. Die Speicherschaltung 42 für die Referenzspannung wird über den weiter unten zu erklärenden Ausschaltphasenregler 48 so gesteuert, daß die Ausgangsspannung der Speicherschaltung 40 unmittelbar nach Vollendung einer jeden Zwangspause bis zum Beginn der nächsten Zwangspause gespeichert gehalten wird.

3g Der Komparator 44 vergleicht die in der Speicherschaltung 42 gehaltene Referenzspannung mit dem Tiefstwert, der von der Tiefstwert-Erfassungsschaltung 28 ausgegeben wird.

Es sei zunächst angenommen, daß die Einschaltphase die Zeitdauer entsprechend einer Stromperiode der Wechselstromquelle hat. Wenn dann die Ausgangsspannung der Tiefstwert-Erfassungsschaltung 28 einen Wert unterschreitet, der um einen vorbestimmten Betrag von z.B. ein bis zehn Prozent der Referenzspannung unterhalb der in der Speieherschaltung 42 gehaltenen Referenzspannung liegt, gibt der Komparator 44 ein Aufwärtssignal an einen Auf/Abwärtszähler 46. Wenn hingegen die Ausgangsspannung der Tiefstwert-Erfassungsschaltung 28 gleich oder höher als die oben erwähnte Spannung ist, die ihrerseits um den obigen vorbestimmten Wert kleiner als die in der Speicherschaltung 42 gehaltene Spannung ist, dann gibt der Komparator 44 ein Abwärtssignal an den Auf/Abwärtszähler,

Es sei jetzt angenommen, daß die Einschaltphase eine Zeitdauer entsprechend zwei Stromperioden der Wechselstromquelle aufweist. Wenn dann der erste und dritte Tiefstwert bzw. einer von'diesen Tiefstwerten, die von der Tiefstwert-Erfassungsschaltung 28 abgegeben werden, einen Wert unterschreiten, der um einen vorbestimmten Betrag unterhalb der in der Speicherschaltung 42 gehaltenen Referenzspannung liegt,
wird ein Aufwärtssignal an den Auf/Abwärtszähler 46 abgegeben. Wenn andererseits der erste und dritte Tiefstwert jeweils höher als der obige Pegel ist, der geringfügig kleiner als die in der Speicherschaltung 42 gehaltene Spannung ist, dann wird ein Abwärtssignal abgegeben.

3Q Der Ausgang des Auf /Abwärtszählers 4 6 ist mit dem Ausschaltphasenregler 48 verbunden. In diesem Regler 4 8 wird jeder Zählimpuls des Zählers 46 einer Stromperiode der Wechselstromquelle zugeordnet. Der Regler 48 öffnet einen Schalter 50, der zwischen die Stromregelschaltung 10 und eine Durchlaßwinkelsteuerung 52 eingeschaltet ist, für eine bestimmte Zeitdauer, die dem Zählwert des Zählers 46 entspricht. Nach einer solchen Abschaltphase schließt der Ausschaltphasenregler 48 den Schalter 50 für eine Zeitdauer, die einer oder zwei Stromperioden der Wechselstromquelle

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entspricht.

In vorbestimmten Zeitabständen von z.B. fünf Minuten hält der Ausschaltphasenregler 48 den Schalter 50 für eine Zeitdauer geöffnet, die zehn Stromperioden der Wechselstromquelle, d.h. 0,2 Sekunden im Falle von herkömmlichen Wechselstromquellen mit 50 Hz oder mehr entspricht, so daß an die Stelle einer herkömmlichen Ausschaltphase eine Zwangspause tritt. Die vorbeschriebene Stromversorgung für den elektrostatischen Filter arbeitet z.B. wie folgt:

Nach jeder Zwangspause, die zehn Stromperioden der Wechselstromquelle entspricht und die jeweils nach fünf Minuten eingelegt wird, schließt der Ausschaltphasenregler 4 8 den Schalter 50 für eine Zeitdauer entsprechend zwei Stromperioden der Wechselstromquelle. Infolgedessen wird ein Durchlaßwinkelsignal von der Steuerung 52 über den geschlossenen Schalter 50 zu der Stromregelschaltung 10 geleitet, so daß die Schaltung 10 für eine Zeitdauer leitend wird, die durch das Durchlaßwinkelsignal bestimmt ist. Dementsprechend wird eine Hochspannung zwischen die Entladungselektroden 22 und die Sammelelektroden 24 des elektrostatischen Filters angelegt. Gleichzeitig ist der einstufige Zähler 32 bereits bei Beginn der Einschaltphase durch den Ausschaltphasenregler 4 8 gelöscht, ebenso ist die Speicherschaltung 42 zum Halten der Referenzspannung zu Beginn der Ausschaltphase gelöscht.

Die Sekundärspannung wird an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R, und R~ abgegriffen und der Formschaltung 30 zugeführt. Diese liefert ein Impulssignal an den einstufigen Zähler 32 bei jedem Peak der eingangsseitig anliegenden Sekundärspannung. Da der einstufige Schalter 32 wie oben erwähnt vorher gelöscht war, wird das Ausgangssignal des Zählers 32 jetzt "EINS" bei dem ersten Impuls aus der Formschaltung 30, so daß die Torschaltung 34 geschlossen wird. Dadurch kann die Sekundärspannung an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen

R, und R~ an den Eingang der Abfrageschaltung 36 angelegt werden. Gleichzeitig wird auch die Speicherschaltung 4 0 mit der Vorderflanke des "EINS"-Signals aus dem Zähler 32 gelöscht.
5

Die Abfrageschaltung 36 fragt die eingegebene Sekundärspannung mit der vorbestimmten Abfragefrequenz ab und liefert die abgefragten Spannungen an den Komparator 38 und die Speicherschaltung 40.

Der Komparator 38 und die Speicherschaltung 40' arbeiten wie oben erwähnt so, daß der Tiefstwert der eingegebenen Sekundärspannung ermittelt und gehalten wird. Der Tiefstwert wird in die Speicherschaltung 42 für die Referenzspannung zur Detektion der Rückionisation übergeben und dort gehalten, die ihrerseits durch den Ausschaltphasenregler 48 angesteuert wird und die eingangsseitige Spannung während der Einschaltphase direkt nach jeder Zwangspause speichert oder hält.

Bei dem zweiten Peak der Sekundärspannung gibt die Formschaltung 3 0 ebenfalls ein Ausgangssignal an den einstufigen Zähler 32 ab. Der Ausgang des Zählers 32 fällt als Ergebnis auf "NULL" zurück, so daß der Schalter 34 geöffnet wird. Dementsprechend wird die auf den zweiten Peak folgende Sekundärspannung nicht an die Abfrageschaltung 36 weitergeleitet. Ebenso wird nicht der zweite Tiefstwert der Sekundärspannung ermittelt, so daß die Speicherschaltung 40 weiterhin den ersten Tiefstwert der Sekun-

QQ därspannung hält.

An dem dritten Peak der Sekundärspannung liefert die Forraschaltung 30 einen Impuls an den einstufigen Zähler 32, so daß der Ausgang des Zählers 32 wieder auf "EINS" angehoben gg wird. Gleichzeitig wird auch die Speicherschaltung 40 gelöscht. Demzufolge wird die Sekundärspannung über den Schalter 34 zu der Abfχ-ageschaltung 36 geleitet. Der dritte Tiefstwert wird wiederum mit Hilfe des Kompara—

tors 38 und der Speicherschaltung 40 ermittelt und dann in der Speicherschaltung 40 abgespeichert und gehalten.

Der dritte Tiefstwert aus der Tiefstwert-Erfassungsschaltung 28 wird dem Komparator 4 0 zugeführt und dort mit der Referenzspannung verglichen, die in der Speicherschaltung 4 2 vorliegt. Wenn angenommen wird, daß der Tiefstwert einen Wert (Bezugswert) unterschreitet, der zwischen ein bis zehn Prozent der Referenzspannung unterhalb dieser liegt, dann gibt der Komparator 44 das Aufwärtssignal an den Auf/Abwärtszähler 4 6 ab.

Beim vierten Peak der Sekundärspannung hat das Ausgangssignal des einstufigen Zählers 32 wiederum den Wert "NULL". Ähnlich der Funktion während der Dauer zwischen dem zweiten und dritten Peak der Sekundärspannung hält die Speicherschaltung 40 anschließend den dritten Tiefstwert fest.

Der Ausschaltphasenregler 48 öffnet den Schalter 50 am Ende der Einschaltphase nach einer Zeit entsprechend zwei Stromperioden der Wechselstromquelle. Danach ist der Auf/ Abwärtszähler um eine Zählstelle heraufgesetzt und der Regler 4 8 hält den Schalter 50 für eine bestimmte Anzahl von Stromperioden entsprechend dem Zählwert des Zählers 4 6 geöffnet.

Nach Ende der Ausschaltphase schließt der Ausschaltphasenregler 48 den Schalter 50 für eine Zeitspanne entsprechend zwei Stromperioden der Wechselstromquelle und löscht gleichzeitig den einstufigen Zähler 32. Daher wird das Durchlaßwinkelsignal erneut von der Steuerung 52 über den geschlossenen Schalter 50 zu der Stromregelschaltung 10 geleitet, so daß die Stromregelschaltung 10 in übereinstimmung mit dem eingegebenen Durchlaßwinkel leitend wird. Daher wird erneut eine Hochspannung an den elektrostatischen Filter angelegt.

Die Sekundärspannung wird an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R-, und R₃ abgegriffen und der Formschaltung 3 0 zugeführt, die ihrerseits einen Impuls an den einstufigen Zähler 32 liefert. Da der einstufige Zähler 32 bereits gelöscht ist, nimmt das Ausgangssignal des Zählers 32 den Wert "EINS" beim ersten Impulssignal aus der Formschaltung 30 an, so daß der Schalter 34 geschlossen wird. Hiermit kann die Sekundärspannung an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R, und R~ an den Eingang der Abfrageschaltung 36 gelegt werden. Mit der Abfrageschaltung 3 6 wird die eingangsseitig anliegende Sekundär spannung mit der vorgegebenen Abtastfrequenz abgefragt. Die abgefragten Spannungswerte werden an den Komparator 38 und die Speicherschaltung 40 ausgegeben.

Der Komparator 38 und die Speicherschaltung 40 wirken in der Weise zusammen, daß der Tiefstwert der eingegebenen Sekundärspannung ermittelt und gehalten wird. Der Tiefstwert wird an den Komparator 4 0 geliefert und dort mit der Referenzspannung verglichen, die in der Speicherschaltung 4 2 gehalten ist. Unter der Annahme, daß der Tiefstwert nicht kleiner als der oben erwähnte Bezugswert ist, d.h. nicht die Referenzspannung um etwa ein bis zehn Prozent der Referenzspannung unterschreitet, dann gibt der Komparator 34 weder ein Aufwärtssignal noch ein Abwärtssignal an den Auf/Abwärtszähler 4 6 ab.

Am zweiten Peak der Sekundärspannung liefert die Formschaltung 30 ebenfalls einen Impuls an den einstufigen Zähler

32. Der Ausgang des Zählers 32 fällt daher wieder auf "NULL" ab und daher wird auch der Schalter 34 geöffnet. Als Ergebnis wird die auf den zweiten Peak folgende Sekundärspannung nicht mehr an die Abfrageschaltung 36 weitergeleitet, so daß die Speicherschaltung 4 0 den ersten Tiefstwert der Sekundärspannung weiterhin festhält.

Beim dritten Peak der Sekundärspannung gibt die Formschaltung 30 einen Impuls an den einstufigen Zähler 32, so daß dessen Ausgang wiederum den Wert "EINS" annimmt.

Gleichzeitig wird die Speicherschaltung 40 gelöscht. Daher wird jetzt die Sekundärspannung über den Schalter 34 an die Abfrageschaltung 36 geliefert. Der dritte Tiefstwert wird durch Zusammenwirken des Komparators 38 und der Speicherschaltung 40 ermittelt und dann in der Speicherschaltung 40 festgehalten, ähnlich wie dieses in Zusammenhang mit den ersten und zweiten Peaks der Sekundärspannung erfolgt.

Der dritte Tiefstwert wird an den Komparator 44 geliefert und dort mit der Referenzspannung aus der Speicherschaltung 42 verglichen. Wenn dann der dritte Tiefstwert kleiner als der Bezugswert ist, d.h. die Referenzspannung um ein bis zehn Prozent der Referenzspannung unterschreitet, dann gibt der Komparator 44 ein Aufwärtssignal an den Auf/ Abwärtszähler 46 ab. Wenn der Tiefstwert hingegen nicht diese Bedingung erfüllt, liefert der Komparator 44 ein Abwärtssignal an den Auf/Abwärtszähler 46.

Entsprechend den obigen Ausführungen zählt der Zähler 4 6 aufwärts und abwärts, und Hochspannung wird intermittierend an den elektrostatischen Filter angelegt, und zwar mit einner Ausschaltphase entsprechend einer Anzahl von Stromperioden gemäß dem Zählwert des Zählers 46.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, wird bei dem Regelverfahren für einen elektrostatischen Filter noch eine Zwangspause entsprechend zehn oder mehr Stromperioden der Wechselstromquelle festgelegt.

Während jeder Zwangspause verschwindet die Rückionisation vollständig. Wenn daher in der unmittelbar an die Zwangspause sich anschließenden Einschaltphase die Hochspannung an den elektrostatischen Filter angelegt wird, so liegt keine Rückionisation vor. Aus diesem Grunde ist die Spannung am Tiefstwert V_ß in der ersten Einschaltphase relativ hoch. Wenn dieser relativ hohe Tiefstwert V_, als Referenzspannung für den Nachweis der Rückionisation verwendet

wird, kann eine sehr zuverlässige Detektion der Rückionisation realisiert werden.

Wenn nach der Zwangspause die Dauer der Ausschaltphase Schritt für Schritt bei jeder Ausschaltphase verkürzt wird, wird der Tiefstwert V₇₃ in den entsprechenden Einschaltperioden mit festen Zeitdauern entsprechend einer oder zwei Strömperioden schrittweise absinken. Die Erfinder haben herausgefunden, daß eine Ausschaltphase mit einer Zeitdauer, innerhalb der der Tiefstwert V₁, in jeder Einschaltphase auf einem Wert kleiner als die Referenzspannung gehalten werden kann, zur Verhinderung einer Rückionisation und gleichzeitig zur Erzielung einer größtmöglichen

Filterwirkung optimal ist.

In den Figuren 6 bis 11 ist jeweils der Verlauf der Sekundärspannung bei verschiedenen Tests dargestellt, bei denen die Zeitdauer der Ausschaltphase verändert wurde. In den Figuren 6, 7 und 8 ist der Verlauf der Sekundärspannung desselben elektrostatischen Filters dargestellt, mit dem Flugasche, die bei der Verbrennung von in Japan produzierter Kohle erzeugt wurde, entfernt wird. In den Figuren 9, 10 und 11 sind entsprechende Diagramme gezeigt, die mit dem gleichen elektrostatischen Filter erhalten wurden, wenn Flugasche ausgefiltert wird, die bei der Verbrennung von im Ausland erzeugter Kohle anfällt. Der mittlere Strom I während jeder Einschaltphase wird im Laufe der Tests entsprechend den Figuren 6, 7 und 8 in dieser Reihenfolge erhöht, ebenso bei den Tests entsprechend den Figuren 9, 10 und 11. Die fünf Diagramme in jeder Figur zeigen von oben nach unten den Spannungsverlauf mit folgenden Arbeitspha-. sen:

Arbeitsphase = 1,0 (Einschaltphase = zwei Wechselstromperioden, Ausschaltphase =0)

Arbeitsphase = 0,67 (Einschaltphase = zwei Wechselstrompe—

rioden, Ausschaltphase = eine Wechselstromperiode )

Arbeitsphase = 0,5 (Einschaltphase = zwei Wechselstromperioden, Ausschaltphase = zwei Wechselstromperioden )

Arbeitsphase = 0,33 (Einschaltphase = zwei Wechselstrompe— rioden, Ausschaltphase = vier Wechsel-

stromperioden)

Arbeitsphase = 0,2 (Einschaltphase = zwei Wechselstromperioden, Ausschaltphase = acht Wechsel— Stromperioden)

Betrachtet man die ungeradzahligen Tiefstwerte V_R in den Figuren 6 bis 11, insbesondere jeweils den dritten Tiefstwert V„, dann fällt auf, daß der Tiefstwert V₀ in allen

Jq d

Figuren 6 bis 11 hoch ist, wenn die Arbeitsphase relativ gering ist. Wenn jedoch die Arbeitsphase einen gewissen Wert überschreitet, dann fällt der Tiefstwert plötzlich ab. Dieser Grenzwert für die Arbeitsphase, ab dem der Tiefstwert plötzlich abfällt ist folgender:

In Figur 6 bei der Arbeitsphase = 1,0

In den Figuren 7 und 8 bei der Arbeitsphase = 0,5
In den Figuren 9 und 10 bei der Arbeitsphase = 0,67
In Figur 11 bei der Arbeitsphase =0,33.

Selbst wenn die Arbeitsphase höher eingestellt wird als der Grenzwert für die Arbeitsphase wird die Effizienz der Staubsammlung in keinem Falle verbessert, und zwar wegen des Auftretens von Rückionisation. Hier wird lediglich die elektrische Leistung erhöht und nutzlos verbraucht. Wenn andererseits die Arbeitsphase unterhalb des obigen Grenzwerts eingestellt wird, dann wird die Effizienz der Staubsammlung extrem verringert, und zwar wegen zu geringer angelegter Leistung. Aus diesem Grunde ist der Grenzwert der Arbeitsphase die optimale Arbeitsphase und die Zeit-

3g dauer der Ausschaltphase bei diesem Grenzwert für die Arbeitsphase ist damit die optimale Zeitdauer für die Ausschaltphase.

Angesichts der obigen Erläuterungen haben die Erfinder Versuche bei unterschiedlichen Bedingungen ausgeführt und anschließend die tatsächliche Effizienz der StaubSammlung gemessen. In Figur 12 ist das Ergebnis dieser Versuche in summarischer Form dargestellt. In Figur 12 ist der Anteil der .Rückionisation in drei Bereiche eingeteilt, nämlich in einen Bereich ohne oder nur geringer Rückionisation, einen mittleren Bereich und einen Bereich mit hohem Anteil an Rückionisation. In der oberen Spalte dieses Diagramms ist schematisch der Verlauf des Sekundärstromes in Abhängigkeit der Sekundärspannung bei kontinuierlicher Spännungsanlage dargestellt, wobei auf der Ordinate der Sekundärstrom- und auf der Abszisse die Sekundärspannung aufgetragen ist. Die durchgezogenen Linien gelten für den Fall, daß ein mit Staubpartikeln beladenes Gas dem elektrostatischen Filter zugeführt wird; die gestrichelten Linien gelten für den Fall, bei dem Gas ohne Staubpartikel durch den elektrostatischen Filter strömt.

Die mittlere Spalte in Figur 12 zeigt die Beziehung zwischen der Filtereffizienz rn und der Arbeitsphase X bei einer konstanten Spitzenspannung V der Sekundärspannung, wobei auf der Ordinate die Filtereffizienz und auf der Abszisse die Arbeitsphase aufgetragen sind. Die Linien mit den eingetragenen Kreisen gelten für eine hohe Spitzenspannung V , die Linien mit den schwarzen Punkten gelten für einen niedrige Spitzenspannung V .

Die unterste Spalte in Figur 12 zeigt die Beziehung zwi-

QQ sehen dem Tiefstwert V und der Arbeitsphase X bei einer konstanten Spitzenspannung V der Sekundärspannung, wobei auf der Ordinate der Tiefstwert und auf der Abszisse die Arbeitsphase aufgetragen ist. Die Linien mit den Kreisen gelten für den Fall einer hohen Spitzenspannung V , die

₃g Linien mit den schwarzen Punkten gelten für den Fall einer niedrigen Spitzenspannung. Zusätzlich ist noch bei jeder Linie ein Pfeil an dem

Punkt eingetragen, an dem die Spannung V_R an dem Tiefstwert abzusinken beginnt, wenn sie allmählich von einem relativ niedrigen Wert angehoben wurde.

Aus Figur 12 geht hervor, daß die Filtereffizienz ein Maximum an dem Wert der Arbeitsphase zeigt, der mit dem Pfeil versehen ist. Wenn demnach der elektrostatische Filter mit einer Arbeitsphase wie durch den Pfeil angegeben betrieben wird, ist es möglich, eine maximale Effizienz der Staubsammlung bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch zu erhalten, d.h., daß Energie nicht nutzlos verbraucht wird. Eine derartige Einstellung und Kontrolle der Arbeitsphase kann mit einem Verfahren gemäß der Erfindung automatisch ausgeführt werden, so daß ebenfalls automatisch eine maximale Staubsammlungseffizienz erreicht wird, und zwar unabhängig von einzelnen Bedingungen des mit Staub beladenen Gases, der Art des in dem Gas enthaltenen Staubs und Bedingungen im Hinblick auf den elektrostatischen Filter selbst.

In Figur 13 ist in Form eines Blockschaltbildes eine andere Ausführungsform für die Vorrichtung zum Regeln eines elektrostatischen Filters mit einem Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt. In Figur 13 sind Elemente und Schaltungsteile, die denen der Vorrichtung gemäß Figur 5 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Eine Erläuterung dieser Elemente und Schaltungsteile kann daher fortfallen.

Die Regelschaltung gemäß Figur 13 weist zwei Regelschleifen auf, und zwar eine erste Schleife, mit der der mittlere Strom I in der Einschaltphase geregelt wird, wobei diesem Strom die oben genannte Spitzenspannung V_p in der Einschaltphase zugeordnet ist. Mit der anderen Schleife wird die Zeitdauer der Ausschaltphase auf der Basis der Detektion der Rückionisation geregelt. Die zweite Schleife ist ähnlich konstruiert wie die in Figur 5 gezeigte Schaltung, und daher braucht hier lediglich die erste Regel—

-31-schleife erläutert zu werden.

Diese erste Regelschleife weist einen Stromtransformator CT auf, der in der Leistungsleitung zwischen der Stromregelschaltung 10 und dem Aufwärtstransformator 18 vorgesehen ist. Der Ausgang des Stromtransformators CT ist mit einer Absolutwertschaltung 54 verbunden, die z.B. als Gleichrichterschaltung ausgebildet ist. Ein Ausgang der Absolutwertschaltung 54 ist mit einem Eingang einer Mittelwertschaltung 46 verbunden, die die Absolutspannung des Primärstromes der Wechselstromquelle in jeder Einschaltphase mittelt und dann den mittleren Strom I an- ^c on

gibt. Der mittlere Strom 1 kann auch aus dem Sekundär-

on

strom der Wechselstromquelle erhalten werden.

Die Mittelwertschaltung 56 weist z.B. einen Differenzverstärker 58 auf dessen Ausgang und Invertereingang durch eine Parallelschaltung eines Widerstandes R und eines Kondensators C miteinander verbunden sind. Die Parallelschaltung des Widerstandes R mit dem Kondensator erfolgt über einen Festkörperschalter 60, der von dem Ausschaltphasenregler 48 betätigt wird, so daß er lediglich während der Einschaltphase eingeschaltet bzw. geschlossen ist. Während der Einschaltphase wirkt daher die Schaltung 5 6 . als Mittelwertschaltung mit einer Zeitkonstante, die durch die Werte für den Kondensator C und den Widerstand R bestimmt wird. Während der Ausschaltphase andererseits behält der Kondensator C seine Spannung, da der Schalter 60. ausgeschaltet ist. Wenn danach der Schalter 60 erneut

QQ eingeschaltet wird, beginnt die Mittelwertschaltung 56 wiederum eine neue Mittelung und liefert einen neuen mittleren Strom I an einen Eingang eines Komparators 62.

Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R, und R₂ gg ist mit einem Funkendetektor 64 verbunden, dessen Ausgang auf den Eingang einer Sollwertschaltung 66 für den mittleren Strom geschaltet ist. Der Funkendetektor 64 erzeugt einen Impuls bei jedem Funken, während die Sollwertschal—

tung 66 den Sollwert für den mittleren Strom anhebt oder absenkt/ und zwar abhängig von der Anzahl der Impulse des Funkendetektors 64 pro Zeiteinheit. Die Impulszahl entspricht

daher der Anzahl von Funken, die pro Zeiteinheit erzeugt werden. Der Sollwert für den mittleren Strom wird unmittelbar vor der Erzeugung von Funken eingestellt.

Wenn z.B. die Anzahl der Funken ansteigt, wird der Sollwert für den mittleren Strom abgesenkt. Wenn im Gegensatz hierzu die Anzahl der Funken auf etwa Null abnimmt, dann wird der Sollwert angehoben.

Ein Ausgang der Sollwertschaltung 66 ist mit dem anderen Eingang des Komparators 62 verbunden, dessen Ausgang der Durchlaßwinkelsteuerung 52 verbunden ist. Wenn der tatsächliehe mittlere Strom kleiner als der von der Sollwertschaltung 6 6 abgegebene Sollwert ist, dann erzeugt die Durchlaßwinkelsteuerung 52 ein Signal zur Anhebung des Durchlaßwinkels. Wenn andererseits der tatsächliche mittlere Strom größer als der' Sollwert ist, dann erzeugt die Schaltung 52 ein Signal zur Senkung des Durchlaßwinkels.

Dementsprechend dient die in Figur 13 gezeigte Schaltung dazu, den mittleren Strom auf einen bestimmten Wert unmittelbar vor der Erzeugung von Funken einzustellen , und zwar mit Hilfe der erläuterten ersten Regelschleife, und gleichzeitig dazu, mit Hilfe der zweiten Regelschleife, die ähnlich der in Figur 5 gezeigten Schaltung ist, die Arbeitsphase auf einem größtmöglichen Wert innerhalb des Bereiches zu halten, bei dem keine Rückionisation auftritt.

Man könnte vermuten, daß die Änderung der Arbeitsphase, die durch die zweite Regelschleife verursacht wird, die Funktion der ersten Regelschleife stört. Wenn z.B. durch eine solche Störung die Funkenerzeugung erheblich geändert würde, könnte eine gute Regelung nicht mehr realisiert werden. Jedoch sind die beiden Regelschaltungen tatsächlich miteinander kompatibel, ohne daß eine gegenseitige Störung vorliegt. Wenn z.B. die Arbeitsphase bei einem konstanten mittleren Strom I abgesenkt wird, dann wird der Spitzen—

wert der Sekundärspannung V_p während der Einschaltphase manchmal gering angehoben. Der Grund hierfür kann darin liegen, daß eine höhere Spannung angelegt werden kann, da eine Rückionisation weniger häufig auftritt. Andererseits wird eine Funkenerzeugung in keiner Weise durch einen solchen Anstieg der angelegten Spannung erleichtert. Da die Arbeitsphase andererseits dadurch eingestellt wird, daß lediglich die Zeitdauer der Ausschaltphase verändert, die Einschaltphase jedoch auf einer festen Zeitdauer gehalten wird, wird auch der mittlere Strom I nicht durch eine

on

Änderung der Arbeitsphase beeinflußt es sei denn, die Arbeitsphase wird extrem und abrupt geändert.

In den Figuren 14 und 15 sind Kennlinien der sekundärseitigen Spannung zu dem sekundärseitigen Strom eines fünfstufigen elektrostatischen Filters dargestellt. In beiden Figuren 14 und 15 ist das jeweils unterste Diagramm einem ersten Staubsammelraum des elektrostatischen Filters, d.h. einer ersten Stufe zugeordnet. Das zweitunterste Diagramm ist einem zweiten Staubsammelraum, das dritte und vierte Diagramm einem dritten bzw. vierten und das oberste Diagramm einem fünften Raum zugeordnet.

Für die Diagramme in Figur 14 gilt die Arbeitsphase = 1, d.h. der Filter ist kontinuierlich eingeschaltet, für die Diagramme in Figur 15 gilt die Arbeitsphase = 0,2 mit einer Einschaltphase von einer Wechselstromperiode und einer Ausschaltphase von vier Wechselstromperioden. Die jeweilige mit. "A" bezeichnete Kurve gilt für den Fall von bei der Kohleverbrennung auftretender Asche mit hohem spezifischen Widerstand, die in den elektrostatischen Filter eingebracht wird, die mit "B" bezeichnete Kurve ist bei der Kohleverbrennung erzeugter Asche mit mittlerem spezifischen Widerstand, die mit "C" bezeichnete Kurve der bei einer Kohleverbrennung auftretenden Asche mit niedrigem spezifischen Widerstand zugeordnet. Die Punkte SP zeigen das Auftreten von Funken an. Auf den Abszissen der Figuren 14 und 15 ist jeweils der mittlere Strom über die Ein—

schalt- plus der Ausschaltphase aufgetragen. Der mittlere

Strom I während der Einschaltphase kann daher dadurch eron

halten werden, indem der Stromwert in Figur 15 mit fünf multipliziert wird. Wenn auf diese Weise aus der Figur 15 der mittlere Strom I bei Funkenerzeugung abgeleitet wird, so fällt auf, daß dieser abgeleitete mittlere Stromwert I relativ nahe dem Wert des sekundären Stromes in on

Figur 14 liegt, wenn dort Funken erzeugt werden. Die Werte des mittleren Stromes I kurz vor der Erzeugung eines Funkens sind nicht abhängig von der Arbeitsphase. Wenn die Erzeugung von Funken dadurch kontrolliert wird, daß anstelle des Stromes I der mittlere Strom über die Ein-

on

schalt- plus Ausschaltphase verändert wird, dann kann die beabsichtigte Regelung nicht ausgeführt werden, da der mittlere Strom über die gesamte Phase auch durch eine Änderung der Arbeitsphase verändert wird.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, einen oberen Grenzwert für die Zeitdauer der Abschaltphase festzusetzen, um auf diese Weise einen Mangel von elektrischen Ladungen in dem elektrostatischen Filter zu verhindern. Dieser Mangel würde über sehr lange Abschaltphasen auftreten und zu einer extremen Verringerung der Filtereffizienz führen.

Ferner ist es ebenfalls vorteilhaft, einen unteren Grenzwert für die Zeitdauer der Abschaltphase festzusetzen. Im Falle von Staubpartikeln, bei denen keine Rückionisation auftritt,

ist die maximale Filtereffizienz dann zu erreichen, wenn die Abschaltphase Null wird (siehe Figur 12). Wenn der Filter gemäß der Erfindung geregelt wird, dann wird die Abschaltphase automatisch auf den Wert Null im Falle von Staubpartikeln mit den obigen Eigenschaften eingestellt.

Solche Staubpartikel können leicht in dem elektrostatischen Filter gesammelt werden. Andererseits sollte der elektrostatische Filter so konstruiert sein, daß Staubpartikel mit einer vorbestimmten Filtereffizienz herausgefiltert werden, selbst dann, wenn diese Staubpartikel nicht so leicht auszufiltern sind. Daher ist es erlaubt, die

Filtereffizienz um ein',gewisses Ausmaß in dem Falle abzusenken, wenn Staubpartikel gesammelt werden sollen, die keine Rückionisation verursachen. Dementsprechend ist es ratsam, die Ausschaltperiode aus Gründen der Energieeinsparung selbst dann beizubehalten, wenn derartige Staubpartikel ausgefiltert werden sollen.

Wenn ein unterer Grenzwert für die Zeitdauer der Ausschaltperiode festgesetzt ist, braucht die Stromquelle für den elektrostatischen Filter nicht die gleiche Nennleistung wie eine für den kontinuierlichen Betrieb ausgelegte Quelle aufzuweisen. Wenn z.B. der mittlere Strom I maximal IQOO

on

mA ist, dann sollten die interne Impedanz der Stromquelle und die strombegrenzende Drossel so ausgelegt sein, daß ein Strom von 1000 mA zwar momentan an die Elektroden des elektrostatischen Filters angelegt werden kann, sie brauchen jedoch nicht so ausgelegt zu werden, daß ein derartiger Strom kontinuierlich fließen muß. Der Grund hierfür liegt darin, daß der mittlere Strom über die Einschaltphase pl^us die Ausschaltphase bei minimaler Zeitdauer kleiner als 1000 mA ist. Aus diesem Grunde ist es möglich, sowohl die Erstellungskosten als auch die Betriebskosten für den elektrostatischen Filter zu senken.

Aus der obigen Beschreibung ist offensichtlich, daß bei einer Kontrolle eines elektrostatischen Filters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren selbst Staubpartikel mit hohem spezifischen Widerstand wirkungsvoll bei einer optimalen Arbeitsphase ausgefiltert werden können. Eine Rückionisation kann zuverlässig bei allen dynamisch sich ändernden Bedingungen innerhalb des elektrostatischen Filters, insbesondere auch bei einer Änderung der Eigenschaft der auszufilternden Staubpartikel verhindert werden. Ferner kann das Verfahren gemäß der Erfindung einfach und unabhängig

gg von Erfahrungen durchgeführt werden, da zur Verhinderung der Rückionisation nur die Arbeitsphase eingestellt wird.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist lediglich ein einziger Parameter einzustellen bzw. zu setzen, nämlich

der Prozentwert (ein bis zehn Prozent), um den die Referenzspannung für den Vergleich mit dem ermittelten Tiefstwert abgesenkt wird, um entscheiden zu können, ob Rückionisation auftritt oder nicht. Wie aus den Figuren 6 bis 11 hervorgeht, wird jedoch der Tiefstwert durch die Ruckionisation merklich abgesenkt, so daß es nicht notwendig ist, diesen Prozentwert genau einzustellen. Diese Einstellung ist daher sehr einfach für die Regelung gemäß der Erfindung.
10

Claims

Haft ■ Berngruber - Czybulka i _: Patentanwälte

- 0^

11466

Sumitomo Heavy Industries, Ltd. ο r ο r r r η

2-1, 2-chome, Ohte-machi, Chiyoda-ku,

Tokyo, 100 Japan

Verfahren zum überwachen und Regeln eines elektrostatischen Filters

Patentansprüche

Verfahren zum Überwachen und Regeln eines elektrostatischen Filters, der Entlade- und Sammelelektroden aufweist und an den eine Hochspannung aus einem Hochspannungsgerät, das mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, angelegt ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Anlegen einer Spannung an den elektrostatischen Filter, wobei sich jeweils eine Einschaltphase mit fester Zeitdauer entsprechend einer oder zwei Wechselstromperioden der Wechselstromquelle und eine Ausschaltphase variabler Zeitdauer abwechseln;

Einlegen einer Zwangspause in geeigneten Zeitabschnitten, in der mindestens über zehn Wechselstromperioden der Wechselstromquelle keine Spannung an den Filter angelegt ist; .

Ermitteln des Tiefstwertes der sekundärseitigen Spannung als Referenzspannung für die Detektion einer Rückionisation in der ersten Einschaltphase direkt nach jeder Zwangspause;

Ermitteln der Spannung eines ungeradzahligen Tiefstwertes in jeder Einschaltphase nach der Zwangspause und vor der nächsten Zwangspause sowie Vergleichen der ermittelten Tiefstwerte mit der Referenzspannung;

Einstellen der Zeitdauer der jeweils nächsten Ausschaltphase auf der Basis des Vergleichsergebnisses in Zeitabschnitten, die jeweils einer Wechselstromperiode der Wechselstromquelle entsprechen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der jeweils nächsten Ausschaltphase um die Zeit entsprechend einer Wechselstromperiode der Wechselstromquelle verlängert wird, wenn die ermittelte Spannung am Tiefstwert niedriger als die Referenzspannung ist bzw. verkürzt wird, wenn die ermittelte Spannung am Tiefstwert nicht niedriger als die Referenzspannung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangspause in Zeitabständen von mindestens fünf Minuten eingelegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einschaltphase eine feste Zeitdauer entsprechend zwei Wechselstromperioden der Wechselstromquelle aufweist und daß die Referenzspannung für die Detektion der Rückionisation einen höheren Wert als der erste oder dritte Tiefstwert der Sekundärspannung während der ersten Einschaltphase unmittelbar nach jeder Zwangspause hat.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung für die Detektion der Rückionisation der dritte Tiefstwert der Sekundärspannung während der ersten Einschaltphase direkt nach jeder Zwangspause ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Rückionisation angenommen wird, wenn der ermittelte Tiefstwert unter die Referenzspannung fällt, und zwar um einen vorbestimmten Betrag zwischen eins bis zehn Prozent der Referenzspannung.