[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze
eines Elektrofilters, das z.B. über ein Thyristorstellglied aus einem Wechselstromnez
gespeist ist und bei dem die Steurerspannung des Stellgliedes abhängig von Filterbetriebswerten
bis zu einer vorgegebenen Filterstromgrenze änderbar ist.
[0002] Mit diesem Oberbegriff wird auf ein Steuerverfahren Bezug genommen, wie es beispielsweise
in der Siemens-Zeitschrift 1971, S. 567-572 näher beschrieben ist.
[0003] Da die Wirksamkeit eines Elektrofilters etwa mit dem Quadrat der anliegenden Spannung
steigt, muss man bestrebt sein, die Filterspannung so hoch wie möglich einzustellen.
Die Durchbruchsfestigkeit des Gases begrenzt allerdings diese Spannung nach oben.
Da es ausser dem Durchbruch selbst kein Kriterium für die maximal mögliche Spannung
gibt, müssen in bestimmten Zeitabständen Durchbrüche herbeigefürt werden, um diese
Grenze abzutasten. Da sich die Durchbruchsgrenze sehr schnell ändern kann, muss relativ
häufig abgetasted werden.
[0004] Bei einer derartigen durchschlagabhängingen Regelung muss dafür gesorgt werden, dass
die Strombelastbarkeid der Anlage nicht überschritten wird. Bei der bekannten Anordnung
wird durch eine einstellbare Strombegrenzung bei Erreichen des eingestellten Wertes
ein weiteres Ansteigen der Steuerspannung verhindert. Steigt der Strom wegen einer
Verkleinerung des Staubwiderstandes an, dann bewirkt die Strombegrenzung ein langsames
Absenken der Steuerspannung, bis der Strom auf seinen eingestellten Wert abgesunken
ist.
[0005] Neben dieser Nennstrombegrenzung ist noch eine andere Art der Filterstrombegrenzung
von Interesse. Unter bestimmten Betriebsbedingungen des Elektrofilters, z.B. in Sinteranlagen
oder im Bypassbetrieb im Zementwerk kann entweder ein Filterspannungsmaximum oder
auch eine Filterspannungssättigung eintreten. Hier ist das Ziel der Funktion «Strombegrenzung»
das Maximum bzw. die Sättigung festzustellen, um unnötig hohe Filterströme zu verhindern.
[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vom Betriebszustand des
Filters abhängige Fil terstromgrenze so zu bestimmen, dass sich ein optimales Verhältnis
von Abscheiderleistung zum Energieaufwand ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass während des Filterbetriebes
in vorgegebenen Zeitabständen die Steuerspannung selbsttätig in vorgegebenen Schritten
bis zu einem Minimalwert und von hier aus wieder bis zum ursprünglichen Wert geändert
wird, dass dabei fortlaufend die Verhältnisse von Anderung der Steuerspannung und
Anderung der Filterspannung zur Änderung des Filterstromes berechnet werden und dass
beim Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte dieser Verhältnisse oder bei einer Vorzeichenänderung
zweier aufeinanderfolgender Verhältniswerte der jeweils zugehörige Filterstrom die
Filterstromgrenze bestimmt.
[0007] Auf diese Weise lassen sich Sättigungserscheinungen bzw. Maximalwerte der Filterspannung
erkennen, ab denen eine weitere Steigerung der Energiezufuhr zum Filter, d.h. Stromerhöhung,
keine wesentliche Erhöhung der Abscheiderleistung mehr ergibt.
[0008] Das Erkennen derartiger Grenzwerte ist im Hinblick auf einen wirtschlaftlichen Betrieb
des Elektrofilters von grossen Interesse.
[0009] Vorteilhafterweise wird die Filterstromgrenze, ab der eine weitere Streigerung der
Filterleistung verhindert wird, etwa so gewählt, dass sie 3 bis 15% über dem Filterstrom
liegt, an dem die vorstehend erwähnten Kriterien vorliegen.
[0010] Vorteilhafterweise werden ferner die zu jedem Schritt gehörigen Werte von Filterstrom
und Filterspannung gespeichert und die daraus bestimmbare Filtercharakteristik angezeigt.
Dies gibt zum einen dem Bedienungspersonal einen Aufschluss über das Betriebsverhalten
des Filters und kann andererseits von Interesse für übergeordnete Optimierungsstrategien
mehrerer Filter sein. Bei der Aufnahme der Filtercharakteristik wird ferner vorteilhafterweise
das Verhältnis von Anderung der Filterspannung und Anderung der Steuerspannung berechnet.
Ergibt sich, dass die relative Anderung der Filterspannung bei einer Änderung der
Steuerspannung grösser ist als die Anderung des Filterstromes, so wird bei Durchschlägen
des Filters eine definierte Spannungsabsenkung vorgenommen. Ergibt sich der umgekehrte
Fall, so wird bei Durchschlägen eine definierte Stromabsenkung vorgenommen. Auf diese
Weise kann entschieden werden, ob als Reaktion auf einen Durchbruch zweckmässigerweise
der Strom oder die Spannung um einen vorgegebenen Betrag abzusenken ist, damit man
z.B. im Rahmen der vorgegebenen Durchschlagshäufigkeit bleibt.
[0011] Vorteilhafterweise werden ferner bei Vorhandensein mehrerer hintereinander oder parallelgeschalteter
Filter die Zeitpunkte für die Aufnahme der Filtercharakteristik so gewählt, dass jeweils
nur bei einem Filter die Steuerspannung variiert wird. Sei z.B. angenommen, dass die
Filtercharakteristik alle 15 minuten aufgenommen wird und die Aufnahme jeweils eine
Sekunde dauert, ist einzusehen, dass hierdurch der Abscheidebetrieb praktisch nicht
berührt wird.
[0012] Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiels sei die Erfindung
näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 das elektrische Schaltungsschema einer Filteranlage mit Steuerung,
Figur 2 zwei Filtercharakteristiken, d.h. Abhängigkeit von Filterspannung und Filterstrom
und
Figur 3 den Verlauf der Filterspannung in Abhängigkeit von der Steuerspannung am Stellglied.
[0013] Bei der in Figur 1 gezeigten Anordnung wird das Elektrofilter 1 über Hochspannungsgleichrichter
2, Hochspannungstransformator 3 und ein aus antiparallelgeschlalteten Thyristoren
bestehendes Thyristorstellglied 4 aus einem Wechselspannungsnetz 6 gespeist. In Abhängigkeit
von Filterbetriebswerten, wie z.B. Primärstrom und Primärspannung, Sekundärspannung,
Sekundärstrom und Zahl der Durchschläge im Filter, wird durch einen Regler 5 die Steuerspannung
U
st für das Thyristorstellglied 4 so bestimmt, dass sich optimale Filterbetriebswerte
ergeben. Eine Steuerung dieser Art ist beispielsweise in dem eingangs genannten Aufsatz
beschrieben. Im Zuge der heutigen Digitalisierung der Technik ist es von Vorteil,
wenn dieser Regler 5 heute als digitaler Regler ausgebildet wird, d.h. im wesentlichen
aus einem Mikrocomputersystem besteht.
[0014] Zusätzlich zu dem gerade beschriebenen Filter sind noch weitere Filter 7 und 8 angedeutet.
Die Digitalregler 5 der einzelnen Filter verkehren über einen Datenbus 92 mit einem
übergeordneten Leitrechner 9, dem eine Anzeige 91 zugeordnet ist. Vom Leitrechner
9 her können die einzelnen Betriebsparameter und Einstellwerte vorgegeben werden und
gegebenenfalls Optimierungsstrategien für die Filter berechnet werden.
[0015] Die Funktion Filterstrom als Funktion der Scheitelspannung bzw. des arithmetischen
Mittelwertes oder des Effektivwertes der Filterspannung sei nachfolgend als Filtercharakteristik
bezeichnet. Sie ist u.a. von den momentanen Betriebsverhältnissen des Elektrofilters
abhängig und muss daherzyklisch, z.B. im Abstand von 15 Minuten ermittelt werden,
und zwar zu einemZeitpunkt, an dem nicht gerade die Durchschlagsgrenze abgetasted
wird.
[0016] Bei der Aufnahme der Filtercharakteristik wird zunächst die aktuelle Steuerspannung
U
st gespeichert und dieser Wert nach Abschluss der Filtercharakteristikaufnahme erneut
an den Thyristorsteller 4 ausgegeben. Gleichzeitig werden die zugeordneten Werte von
Filterspannung und Filterstrom gespeichert. Anschliessend wird zu Beginn jeder Halbwelle
der Primärspannung die Steuerspannung um ein konstantes Inkrement AU
st vermindert bis zum Erreichen eines Minimalwertes von z.B. 1 Volt, der durch die untere
mögliche Steuerspannung gegeben ist. Anschliessend wird die Steuerspannung U
st von diesem Minimalwert mit dem gleichen Inkrement wieder bis zum aktuellen Wert am
Beginn der Aufnahme hochgefahren. Sei z.B. angenommen, dass die gesamte Filtercharakteristik
in 32 Stützpunkte unterteilt sei, was für die normalen Betriebverhältnisse völlig
ausreicht, so ist dabei mit einer Maximaldauer von etwa 0,5 bis 1 Sekunde für die
Aufnahme der Filtercharakteristik zu rechnen.
[0017] Die jeder Steuerspannung Us
t zugeordneten Werte der Filterspannung U
Fi, U
Fi
+1 usw. und des Filterstromes I
F werden während der Absenkphase gespeichert und mit den entsprechenden Werten der
Hochlaufphase arithmetisch gemittelt. Die hieraus berechnete Charakteristik kann dann
in der Anzeige 91 angezeigt werden.
[0018] Nach Erreichen des Anfangswertes der Steuerspannung wird geprüft, ob die Filterstrombegrenzung
verändert werden muss und der aktuelle Umschaltpunkt zwischen Strom- und Spannungsabsenkung
bei Durchschlägen berechnet. In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, dass beim Auftreten
eines Durchschlages während der Aufnahme der Filtercharakteristik die normale Spannungs-
bzw. Stromabsenkungsroutine eingreift und die Aufnahme der Charakteristik abgebrochen
wird, da während des eigentlichen Durchschlages keine brauchbaren Verhältniswerte
berechenbar sind.
[0019] In Figur 2 sind zwei Filtercharakteristiken, d.h. Filterstrom I
F in Abhängigkeit von der Filterspannung U
F aufgetragen, und zwar zeigt die Kurve a eine Filtercharakteristik mit einem Spannungsmaximum
und die Kurve b eine Filtercharakteristik mit Sättigungserscheinungen. Eine Filterspannungssättigung
liegt vor, wenn,
wobei ΔU
Fi, ΔI
Fi und ΔU
sti normierte Inkremente von Filterspannung, Filterstrom und Steuerspannung im Messpunkt
i sind, mit Δ≤ i ≤ 32 Als Schwellwert sei z.B. E =0,005 vereinbart. Wird also während
der Aufnahme der Filtercharakteristik dieser Wert 8 unterschritten, so wird in diesem
Fall der maximale Filtergrenzstrom auf den Wert I
Fmax=X . I'
F begrenzt, wobei I'
F derjenige Wert ist, an dem das betreffende Kriterium festgestellt wurde und x zwischen
103% und 115% gewählt ist. Ein Filterspannungsmaximum liegt vor, wenn das Vorzeichen
eines Filterspannungsinkrementes ungleich dem Vorzeichen des nächsten Filterspannungsinkrementes
bei veränderter Steuerspannung ist (vgl. Kurve a), d.h. also Vorzeichen
wobei mit i die Abtastpunkte der Filtercharakteristik bezeichnet sind. Auch in diesem
Fall wird der maximale Filterstrom auf den Wert begrenzt: I
Fmax= X . I'
F
[0020] Der maximale Filterstrom sowie die ihm zugeordneten Werte der Filter-und der Steuerspannung
werden gespeichert. Sie begrenzen z.B. den Stellbereich einer Rauchgasdichteregelung
oder das Abstaten der Durchschlagsgrenze.
[0021] Zusätzlich kann noch aus der Aufnahme der Filtercharakteristik der Umschaltpunkt
festgelegt werden, d.h. der Punkt, ab dem bei einem Durchschlag vorteilhafterweise
eine definierte Spannungs- oder Stromabsenkung vorgenommen werden soll. Der als Kriterium
für diese Wahl angenommene Umschaltpunkt wird dadurch ermittelt, dass das Verhältnis
von Änderung der Filterspannung zur Änderung der Steuerspannung und das Verhältnis
von Änderung des Filterstromes zur Änderung der Steuerspannung berechnet wird und
dass diese beiden Verhältniswerte miteinander verglichen werden. Ergibt sich eine
relativ grössere Reaktion des Filterstromes als der Filterspannung bei Änderung der
Steuerspannung, so wird bei Durchschlägen mit definierter Stromabsenkung gearbeitet,
da dies dann verfahrenstechnisch günstiger ist. Das Umgekehrte gilt, falls die relative
Spannungsänderung höher als die relative Stromänderung bei Änderung der Steuerspannung
ist.
1. Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze eines Elektrofilters (1), das über
ein Stellglied (4) aus einem Wechselstromnetz (6) gespeist ist und bei dem die Steuerspannung
(Ust) des Stellgliedes abhängig von Filterbetriebswerten bis zu einer vorgegebenen Filterstromgrenze
(lFmax) änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass während des Filterbetriebes in vorgegebenen
Zeitabständen die Steuerspannung (Ust) in vorgegebenen Schritten (AUst) bis zu einem Minimalwert und von hier aus wieder bis zum ursprünglichen Wert geändert
wird, dass dabei fortlaufend die Verhältnisse von Änderung der Filterspannung (UF) zur Änderung der Steuerspannung und Änderung des Filterstromes (lF) berechnet werden und dass bei Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte ( ) dieser
Verhältnisse oder bei einer Vorzeichenänderung zweier aufeinanderfolgender Verhältniswerte
der jeweils zugehörige Filterstrom (I'F) die Filterstromgrenze (lFmax) bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstromgrenze (lFmax) zu etwa 3 bis 15% über demjenigen Filterstrom (l'F) liegt, bei dem eines der Kriterien erfüllt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu jedem Schritt gehörigen
Werte von Filterstrom (lF) und Filterspannung (UF) gespeichert werden und die resultierende Filtercharakteristik angezeigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein mehrerer
hintereinander oder parallelgeschalteter Filter (1, 7, 8) die Zeitpunkte für die Aunahme
der Filtercharakteristik so gewählt sind, dass jeweils nur bei einem Filter die Steuerspannung
(Ust) variiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Änderung
der Filterspannung (UF) und Änderung des Filterstromes (lF) zur Änderung der Steuerspannung (Ust) berechnet wird und durch den jeweils grösseren
relativen Wert festgelegt ist, ob als Reaktion auf die Durchschläge des Filters eine
definierte Spannungs- oder Stromänderung durchgeführt wird.
1. A method of determining the filter current limit of an electrical filter (1) fed
via a correcting element (4) from an alternating current network (6) wherein the control
voltage (Ust) of the correcting element is variable up to a pre-determined filter current limit
(IFmax) in dependence upon filter operation values, characterised in that during the filter
operation the control voltage (Ust) is altered in predetermined time intervals by predetermined steps (ΔUSt) to a minimal value and back to the original value, the ratios of the change of the
filter voltage (UF) to the change of the control voltage and of the change of the filter voltage to
the change of the filter current (IF) continuously calculated, and that on undershooting
predetermined limit values (E) of these ratios or on a change of sign in two consecutive
ratio values of the respectively assigned filter current (I'F) the filter current limit (IFmax) is determined.
2. A method as claimed in Claim 1, characterised in that the filter current limit
(lFmax) lies approximately 3 to 15% above that filter current (lFmax) wherein one of the criteria is fulfilled.
3. A method as claimed in Claim 1, characterised in that the values of filter current
(IF) and filter voltage (UF) assigned to each step are stored and the resulting filter characteristic is indicated.
4. A method as claimed in Claim 1, characterised in that where a plurality of filters
(1, 7, 8) are connected consecutively or in parallel, the times for recording the
filter characteristic are so selected that the control voltage (Ust) is varied in only one filter in each case.
5. A method as claimed in Claim 1, characterised in that the ratio of the change of
the filter voltage (UF) and the change of the filter current (IF) to the change of the control voltage (Ust) are calculated and it is determined from the respectively higher relative value
whether a defined voltage or current change is passed as a reaction due to the cut-offs
of the filter.
1. Procédé pour déterminer la limite du courant d'un filtre d'un électrofiltre (1)
qui est alimenté, par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage (4), à partir d'un
réseau de courant alternatif (6), et dans lequel la tension de commande (Ust) du dispositif de réglage peut être modifiée en fonction des valeurs de fonctionnement
du filtre jusqu'à une limite prédéterminée du courant du filtre (IFmax), caractérisé par le fait que pendant le fonctionnement du filtre, et à des intervalles
de temps prédéterminés, la tension de commande (Ust) est modifiée par paliers déterminés (ΔUSt)jusqu'à une valeur minimum et à partir de là jusqu'à la valeur initiale, que, ce
faisant, on calcule de façon continue les rapports entre la modification de la tension
du filtre (UF) et la modification de la tension de commande entre la modification de la tension
de filtre et la modification du courant du filtre (IF), et que dans le cas de dépassements de valeurs limites prédéterminées (E) de ces
rapports ou dans le cas d'un changement de signe de deux valeurs successives des rapports,
le courant de filtre associé (I'F) détermine la limite du courant de filtre (lFmax).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la limite du courant
des filtres (lFmax) est située à peu près à 3 à 15 % au-dessus du courant de filtre (l'F) pour lequel est satisfait l'un des critères.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les valeurs de courant
de filtre (IF) et de la tension de filtre (UF) associées à chaque palier, sont mémorisées et que la caractéristique résultant du
filtre est affichée.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le cas de la présence
de plusieurs filtres successifs ou montés en parallèle (1, 7, 8) les instants pour
la prise en charge de la caractéristique du filtre sont choisis de telle manière que
la tension de courant (Ust) n'est modifiée que pour un filtre.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rapport entre
la modification de la tension de filtre (UF) et la modification de courant du filtre (IF) et la modification de la tension de commande (Ust) est calculé et est déterminé par la valeur relative respective la plus grande, comme
si on réalisait une réaction sur les décharges du filtre d'une modification détérminée
de la tension ou du courant.