Verfahren zum Steuern eines Elektroabscheiders in den Abscheidbetrieb und Steuerungsvorrichtung hierfür

Abstract

 Verfahren zum Steuern eines Ektroabscheiders in einen geregelten Abscheidbetrieb unter Verwendung eines Reglers und eines Steuerungsteils, durch Verminderung des Steuerwinkels beim Phasenanschnitt der Versorgungswechselspannung mittels eines Thyristorstellers, wobei die Verminderung des Steuerwinkels a in Richtung Vollaussteuerung, ausgehend von Betriebsspannung Null be der Inbetriebnahme des Elektroabscheiders (A) oder bei der Unterbrechung der Betriebsgleichspannung während des Abscheidbetriebs sowie auch von während des Abscheidbetriebs zum Teil abgesenkter Betriebsgleichspannung, von Halbwelle zu Halbwelle der Versorgungswechselspannung u bewirkt und jeweils bis zu einer Halbwelle aufrechterhalten wird in welcher die Dirchzündung des Thyristorstellgliedes (St) durch einen Steuerimpuls erstmals ausbleibt, sodann der verminderte Steuerwinkel auf den frühestmöglichen Zündzeitpunkt t_n des Thyristorstellers zurückgestellt wird.
Eine Steuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält einen den Stromeinsatz des Abscheiderstromes I_A bei jeder Durchsteuerung des Thyristorstellgliedes erfassenden, das Ausbleiben der Durchzündung über einen Digitalausgang an den Regler (11) signalisierenden Komparator (K), wodurch die Rückstellung des Steuerwinkels α auf den frühestmöglichen Zündzeitpunkt bewirkt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Elektroabscheiders in einen Abscheidbetrieb, bei dem der Energiefluß im Elektroabscheider unter Verwendung eines Reglers und eines Steuerungsteils mit einem gewünschten Wirkungsgrad geregelt wird, durch Verminderung des Steuerwinkels beim Phasenanschnitt der Versorgungswechselspannung mittels eines Thyristorstellgliedes, die über einen Hochspannungstransformator und einen Gleichrichter in eine Betriebsgleichspannung für den Elektroabscheider umgeformt wird.

[0002] Derartige Einrichtungen mit Hochspannungstransformator und Hochspannungsgleichrichter und mit je einem Regler und einem Steuerungsteil zum Regeln und Steuern des Energieflusses in einem Elek---troabscheider mittels eines Thyristorstellgliedes durch Phasenanschnitt der Versorgungswechselspannung der Elektroabscheideranlage sind bekannt, beispielsweise durch DE-AS 19 23 952 und DE-AS 23 17 256.

[0003] Nach Inbetriebnahme einer Elektroabscheideranlage wird die Betriebsgleichspannung des Elektroabscheiders von Null ausgehend in den Abscheidbetrieb hochgesteuert, wo dann die am Elektroabscheider bestehende Spannung (Abscheiderspannung) dem jeweiligen zeitlichen Verlauf der Durchschlaggrenze, die von der Zusammensetzung des Abgases bzw. von der Konzentration des Aerosols im Reingas abhängig ist, durch gesteuerte Abtastung der Durchschlaggrenze angepaßt wird, um die Abscheiderspannung so hoch wie möglich und somit den Abscheid- und Wirkungsgrad optimal einzustellen. Die Abtastung im Elektroabscheider in bestimmten Zeitabständen herbeigeführt werden. Bei Steuer- und Regeleinrichtungen des Standes der Technik, welcher aus den obengenannten Druckschriften hervorgeht, wird der zeitliche Verlauf der Abscheiderspannung bei der Abtastung der Durchschlagsgrenze im Abscheidbetrieb sowie auch der Verlauf der Betriebsspannung beim Hochsteuern in den Abscheidbetrieb durch eine zeitlich veränderliche Führungsspannung vorgegeben, die in einem über gesteuerte Stromkreise mit Konstantstrom auflad- bzw. entladbaren sogenannten Führungskondensator gespeichert und als Sollspannung dem Regler eingegeben wird. Im Abscheidbetrieb wird die Abscheiderspannung jedesmal, wenn beim Erreichen der Durchschlaggrenze ein überschlag im Abscheider auftritt, um einen einstellbaren Teilbetrag der Abscheiderspannung abgesenkt und anschließend mit einem einstellbaren Anstieg an die Durchschlaggrenze wieder angenähert, bis ein neuer Überschlag auftritt. Sinkt während des Abscheidbetriebs die Durchschlaggrenze steil ab, dann wird die Abscheiderspannung zweckmäßig um den vollen Betrag auf Null abgesenkt, was auch durch Sperrung des Thyristorstellgliedes bewirkt werden kann. Im Falle eines Abscheiderkurzschlusses bricht die Abscheiderspannung von selbst zusammen, wobei gleichzeitig die Abschaltung der Anlage von der Versorgungsspannung gesteuert wird. Tritt während des Abscheidbetriebs ein Stehlichtbogen im Abscheider auf, dann bricht die Abscheiderspannung auf das Niveau der Lichtbogenbrennspannung ab. Auch .dieser Spannungsabbruch geht ohne Führung vor sich, d. h. ohne die Führungsspannung durch Entladung des erwähnten Kondensators absenken zu müssen. Jedoch wird die Ansteuerung des Thyristorgliedes gesperrt und ausreichend lange unterbrochen gehalten, bis der Lichtbogen gelöscht und die Kammern des Elektroabscheiders entionisiert sind. Anschließend wird die Sperrung aufgehoben und dadurch die Betriebsgleichspannung des Elektroabscheiders erneut in den Abscheidbetrieb hochgesteuert.

[0004] Bei den Steuer- und Regeleinrichtungen des in Betracht gezogenen Standes der Technik sowie auch anderer bekannter gleichwirkender Einrichtungen für Elektroabscheider geschieht die Hochsteuerung durch Verminderung des Steuerwinkels in Richtung Vollaussteuerung beim Phasenanschnitt der Versorgungswechselspannung mittels des Thyristorstellgliedes, beginnend etwa bei Vollanschnitt. Der Steuerwinkel wird durch den Regler vermindert und kann bis zur Vollaussteuerung vermindert werden, wobei der zeitliche Mittelwert der Abscheiderspannung bis zu einem Maximum gesteuert wird, falls die Oberschlaggrenze genügend höher als die höchst erreichbare Abscheiderspannung ist. Der Abscheiderstrom setzt in einer Halbwelle der Versorgungswechselspannung jeweils dann ein, wenn diese größer als die über den Hochspannungsgleichrichter auf das Stellglied zurückwirkende Abscheiderspannung wird. Sinkt bei oder nahe der Vollaussteuerung die Durchschlaggrenze im Elektroabscheider schnell ab, dann entsteht eine Reihe oder Kette von Überschlägen, die in kurzen Zeitabständen nacheinander folgen, so daß die Verluste im Abscheider zunehmen und dadurch der Abscheid- und der Wirkungsgrad schlechter wer-. den. Die Reihe oder Kette von Überschlägen entsteht in diesem Falle dadurch, daß der Betrag der oben erwähnten Spannungsabsenkung, die durch den Regler bei jedem Überschlag bewirkt wird, zu gering ist, so daß die entsprechende Erhöhung des Steuerwinkels für eine Spannungsabsenkung von der absinkenden Durchschlagsgrenze "überholt" wird und die weitere Erhöhung des Steuerwinkels für die nächstfolgende Spannungsabsenkung aus der Richtung Vollaussteuerung in den Bereich der Durchschlaggrenze geführt wird. Infolge einer schnellen Absenkung der Durchschlaggrenze wird durch den Regler der Steuerwinkel bei jedem überschlag um einen kleinen Betrag, der zu gering ist, größer eingestellt. Die Folge hiervon ist die erwähnte Kette, eine zeitliche Anhäufung von Überschlägen, wobei die Abscheiderspannung zunächst nicht merklich verändert wird. Wird hingegen bei einem Überschlag der Steuerwinkel um den gleichen Betrag bei einem Vorsprung von mehr als 45⁰ el erhöht, dann ist die Wahrscheinlichkeit dafür, daß diese Erhöhung durch die Überschlaggrenze "überholt" wird, gering.

[0005] Durch die Erfindung wird die Entstehung einer Reihe oder Kette von Überschlägen im Falle einer schnellen Absenkung der Durchschlaggrenze weitgehend vermieden. Entsprechend dem im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Arbeitsverfahren besteht die Erfindung darin, daß beim Hochsteuern eines Elektroabscheiders in den geregelten Abscheidbetrieb die Verminderung des Steuerwinkels in .Richtung Vollaussteuerung, ausgehend von Betriebsgleichspannung Null bei der Inbetriebnahme des Elektroabscheiders oder bei einer Unterbrechung der Betriebsgleichspannung während des Abscheidbetriebs sowie auch von während des Abscheidbetriebs zum Teil abgesenkter Betriebsgleichspannung ausgehend, stufenweise von Halbwelle zu Halbwelle der Wechselspannung bewirkt wird und jeweils bis zu einer Halbwelle aufrechterhalten wird, in welcher die Durchzündung des Thyristorstellgliedes durch einen Steuerimpuls erstmals ausbleibt, und sodann der verminderte Steuerwinkel auf den frühestmöglichen Zündzeitpunkt des Thyristorstellers zurückgestellt wird.

[0006] Zur Durchführung dieses Verfahrens ist weiterhin erfindungsgemäß eine Steuerungsvorrichtung mit den im Anspruch 2 gekennzeichneten Merkmalen vorgesehen, welche einen den Stromeinsatz des Abscheiderstromes bei der Durchzündung des Thyristorstellgliedes erfassenden, das Ausbleiben der Durchzündung über einen Digitalausgang an den Energieflußßregler des Elektroabscheiders signalisierenden _Analogkomparator enthält, wodurch die Rückstellung des Steuerwinkels auf den frühestmöglichen Zündzeitpunkt des Thyristorstellgliedes bewirkt wird.

[0007] Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung muß beim Hochsteuern der Betriebsspannung in den geregelten Abscheidbetrieb lediglich der Stromeinsatz des Abscheiderstromes in jeder Halbwelle der Versorgungswechselspannung, in welcher das Thyristorstellglied mit einem Steuerimpuls angesteuert wird, überwacht werden. Sobald der Stromeinsatz in einer Halbwelle erstmals ausbleibt, wird die Verminderung des Steuerwinkels und damit ein weiteres Hochsteuern der Betriebsspannung gestoppt. Unmittelbar nach Beendigung des Hochsteuerns wird die Abscheiderspannung durch den Regler im geregelten Abscheidbetrieb gesteuert und kann so gesteuert werden, daß Überschläge mit einer vorgegebenen, konstant bleibenden Anzahl pro Zeiteinheit auftreten.

[0008] Entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird mit einer Steuerungsvorrichtung, bei der ein als Regler ausgebildeter Mikrocomputer mit einem Betriebsparameter als Analogsignale erfassenden Eingang sowie ein diesem nachgeordneter Analog-Digital-Wandler, mit dem die Betriebsparameter dual darstellbar sind, verwendet sind, der Signalzustand am Digitalausgang des Analogkomparators neben den dual dargestellten Betriebsparametern gleichzeitig miterfaßt und zusammen mit diesen in jeder Halbwelle der Wechselspannung mittels des Mikrocomputers über einen Digitaleingang seriell abgefragt.

[0009] Durch den Einsatz eines solchen Stromkomparators wird ein schneller Eingriff des Reglers in die Stellgröße in allen möglichen Steuerzuständen erreicht. Die Erfindung umfaßt schließlich auch die Verwendung von Einzelchips mit den Funktionen eines Mikrocomputers, die ausgangsseitig über einen Impulsverstärker mit dem Steuerungsteil für das Thyristorstellglied unmittelbar in Steuerverbindung stehen.

[0010] Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im ganzen zusätzlich erläutert.

[0011] Es zeigen

Figur 1 ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens gemäß der Erfindung

Figur 2 ein Blockschaltbild einer Steuer- und Regeleinrichtung für einen Elektroabscheider.

[0012] Zunächst wird zwecks Erläuterung des zum Steuern eines Elektroabscheiders in den geregelten Abscheidbetrieb anzuwendenden Verfahrens an einem Beispiel auf die Figur 1 Bezug genommen. Der Elektroabscheider werde in Betrieb genommen und von Betriebsspannung Null ausgehend hochgesteuert. Hierbei kann, sofern das kapazitive Speicherverhalten des Abscheiders, das sich im Abscheidbetrieb verändern kann, und damit die Phasenlage des natürlichen Zündzeitpunktes des Thyristorstellers innerhalb der Halbwellen der Versorgungswechselspannung ungefährt bekannt sind, der Steuerwinkel, unter welchem die Halbwellen durch das Thyristorstellglied zündende Steuerimpulse angeschnitten werden, von vornherein annähernd auf den dem natürlichen Zündzeitpunkt entsprechenden Wert α_n eingestellt werden. Bei Einstellung auf C_n stellt sich der in Figur 1 dargestellte zeitliche Verlauf der am Elektroabscheider anliegenden pulsierenden Gleichspannung U_A ein. In der Figur 1 ist U

der zeitliche Verlauf der durch das Übersetzungsverhältnis des Hochspannungstransformators herabgesetzten Abscheidergleichspannung U_A. Der Steuerwihkel kann einem sich verändernden natürlichen Zündzeitpunkt nachgeführt werden. Während der Hochsteuerung wird das Thyristorstelltglied in jeder Halbwelle gezündet, und es fließt ein impulsförmiger Abscheidstrom I_AD der jeweils in den Zeitpunkten t' aufhört, wo die wechselspannung u kleiner wird als die Abscheiderspannung U'_A. Die Zündung erfolgt jeweils unmittelbar durch einen Steuerimpuls so lange, als der Wert α des Steuerwinkels größer als oder mindestens gleich ist dem fiktiven Wert α_n. Falls die Durchschlaggrenze rasch absinkt, ist das Auftreten einer Überschlagkette wenig wahrscheinlich.

[0013] Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ermöglicht die Hochsteuerung des Abscheiders durch Verminderung des Steuerwinkels α auf den Hert α_n, ohne diesen Wert auch nur annähernd zu kennen, wie oben vorausgesetzt. Das Ausbleiben eines durch einen Steuerimpuls unmittelbar einsetzenden Abscheiderstromimpulses wird als Kriterium dafür genommen, daß bei der Verminderung des Steuerwinkels der Wert α_n unterschritten ist. Beim Ausbleiben eines Abscheiderimpulses wird die Hochsteuerung beendet. Durch den Regler wird daraufhin α in der oder den folgenden Halbwelle(n) schrittweise zurückgestellt, d. h. erhöht, bis ein Abscheiderstromimpuls erstmals wieder auftritt. Hier beginnt der normale geregelte Abscheidbetrieb mit Regelung der Spannung oder des Energieflusses im Elektroabscheider.

[0014] Die Anwendung des Verfahrens ermöglicht mithin die Feststellung und Messung des Steuerwinkelwertes α_n und damit der Phasenlage des natürlichen Zündzeitpunktes sowie mittelbar auch des kapazitiven Speicherverhaltens eines Elektroabscheiders. Das kann bei hinreichend herabgesetzter Wechselspannung u ausgeführt werden, um vor Störungen durch Überschläge oder Lichtbögen infolge einer momentan niedrig liegenden Durchschlagsgrenze sicher zu sein.

[0015] Zur Durchführung des Verfahrens genügt eine Steuervorrichtung nach Figur 2, welche Bestandteil einer für eine Elektroabscheideranlage mit Thyristorstellglied St, mit Hochspannungstransformator Tr und mit Gleichrichter G vorgesehenen Steuer- und Reglereinrichtung 1 sein kann. Im wesentlichen enthält sie einen Analogkomparator K, mit dem der Einsatz des Abscheiderstromes 1_A bei jeder Durchzündung des Thyristorstellgliedes erfaßt wird, jeweils durch Angriff eines Spannungssignales von einem Stromshunt Sh, der im Stromkreis des Abscheiders A liegt. Mittels des Komparators werden nur die Spannungssignale, die eine in K integrierte Signalschwelle überschreiten und die Durchzündung des Thyristorstellgliedes anzeigen, erfaßt. Dadurch wird das Ausbleiben solcher Signale überwacht. Speziell wird das Ausbleiben über einen Digitalausgang des Komparators an die Reglereinrichtung signalisiert.

[0016] Nach Figur 2 enthält die Reglereinrichtung 11 einen als Energieflußregler ausgebildeten Mikrocomputer MK und einen Betriebsparameter als Analogsignale aufnehmenden Erfassungsteil 12 mit einem Analog-Digital-Wandler A/_D , mit dem die Betriebsparameter dual darstellbar sind. Der Analogkomparator K ist im Erfassungsteil enthalten, und die Signale des Komparatorausganges werden neben den dual dargestellten Betriebsparametern miterfaßt. Zusammen mit diesen werden die Signale in jeder Halbwelle der Wechselspannung u über einen Eingang des Mikrocomputers seriell abgefragt. Wird am Eingang während des Hochsteuerns der Betriebsgleichspannung das Ausbleiben des Abscheiderstromeinsatzes signalisiert, dann wird durch den Regler eine weitere Verminderung des Steuerwinkels verhindert und der Steuerwinkel α auf den natürlichen Zündzeitpunkt t_n des Stellgliedes zurückgestellt, so daß in der nächstfolgenden Halbwelle der geregelte Abscheidbetrieb beginnt.

[0017] Die Steuerung des aus diesen Vorgängen bestehenden Verfahrensablaufs bildet einen Teil des Gesamtprogramms für Steuern, Regeln, überwachen usw. aller zwischen der Inbetriebnahme und der Abschaltung eines Elektroabscheiders vorkommenden Vorgänge. Der Programmteil für die Hochsteuerung der Betriebsgleichspannung einschließlich der Hardware für die zugeordnete Steuervorrichtung mit dem Komparator läßt sich vorteilhaft mit einem Einzelchip realisieren. Entsprechend lassen sich Programmteile für die übrige Steuer- und Reglereinrichtung eines Elektroabscheiders mit Einzelchips realisieren, die dann anstelle eines Mikrocomputers zu verwenden sind. Diesen kann ein gemeinsamer Ausgang zugeordnet werden, an welchem sie über einem Impulsverstärker 13 mit dem Steuerungsteil für das Thyristorstellglied St in direkter Steuerverbindung stehen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Steuern eines Elektroabscheiders in einen durch Regelung des Energieflusses im Elektroabscheider mit einem gewünschten Wirkungsgrad geregelten Abscheidbetrieb unter Verwendung eines Reglers und eines Steuerungsteils durch Verminderung des Steuerwinkels beim Phasenanschnitt der Versorgungswechselspannung mittels eines Thyristorstellgliedes, die über einen Hochspannungstransformator und einen Gleichrichter in Betriebsgleichspannung für den Elektroabscheider umgeformt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verminderung des Steuerwinkels in Richtung Vollaussteuerung,ausgehend von Betriebsgleichspannung Null bei der Inbetriebnahme des Elektroabscheiders oder bei Unterbrechung der Betriebsgleichspannung während des Abscheidbetriebs sowie auch von während des Abscheidbetriebs zum Teil abgesenkter Betriebsgleichspannung ausgehend,stufenweise von Halbwelle zu Halbwelle der Wechselspannung bewirkt und jeweils bis zu einer Halbwelle aufrechterhalten wird, in welcher die Durchzündung des Thyristorstellglieds durch einen Steuerimpuls erstmals ausbleibt und sodann der verminderte Steuerwinkel auf den frühestmöglichen Zündzeitpunkt des Thyristorstellers zurückgestellt wird.

2. Steuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen den Stromeinsatz des Abscheiderstromes bei der Durchzündung des Thyristorstellgliedes erfassenden, das Ausbleiben der Durchzündung über einen Digitalausgang an den Energieflußregler des Elektroabscheiders signalisierenden Analogkomparator enthält, wodurch die Zurückstellung des Steuerwinkels auf den frühestmöglichen Zündzeitpunkt des Thyristorstellgliedes bewirkt wird.

3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2 unter Verwendung eines als Energieflußregler ausgebildeten Mikrocomputers mit einem Betriebsparameter als Analogsignale erfassenden Eingang sowie eines diesem nachgeordneten AD-Wandlers, mit welchem die Betriebsparameter dual darstellbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalzustand am Digitalausgang des Analogkomparators neben den dual dargestellten Betriebsparametern gleichzeitig miterfaßt wird und zusammen mit diesen in jeder Halbwelle der Wechselspannung mittels des Mikrocomputers über einen Digitaleingang seriell abgefragt wird.

4. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Energieflußregler ausgebildete Einzelchips mit den Funktionen eines Mikrocomputers verwendet sind, die ausgangsseitig über einen Impulsverstärker mit dem Steuerungsteil für das Thyristorstellglied in direkter Steuerverbindung stehen.

Zeichnung