WO2006000114A1

WO2006000114A1 - Method and control unit for adjusting the operating voltage and for controlling the wear of a device for the electrostatic separation of particles in gaseous streams

Info

Publication number: WO2006000114A1
Application number: PCT/CH2005/000304
Authority: WO
Inventors: Volker Schmatloch
Original assignee: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2006-01-05
Also published as: ATE433348T1; EP1761338A1; EP1761338B1; DE502005007465D1

Abstract

The invention relates to a method based on the measurement of the alternating current component of the operating voltage of the corona electrode (4), said component being caused by the excitation of the corona electrode to produce mechanical vibrations. The amplitude and frequency of the alternating current component then give information about the amplitude of the mechanical vibration and the approach of the electrode towards the inner wall of the flue gas conduit (1). The frequency permits the determination of a possible clogging of the corona electrode or the wear of material of said electrode. The two measured variables are thus suitable for use as guide variables for the control of the filter operation and the display of the condition of the electrode. The optimal operating voltage of the corona electrode can be maintained under changing conditions in the flue gas conduit, in order to guarantee the best possible purification of the waste gas. If the corona electrode or the flue gas conduit is clogged, an automatic cleaning process can be initiated. If the electrode is worn or defective, a fault signal can be generated.

Description

       

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   Verfahren und Steuerungseinheit zur Regelung der 
Betriebsspannung und zur Verschleisskontrolle an einer 
Vorrichtung für die elektrostatische   Partikelabscheidunq    in 
Gasströmen [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Verschleisses der Sprühelektrode an einer Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen. Das Verfahren eignet sich speziell für bestimmte Ausführungen solcher Vorrichtungen zum Reinigen oder Filtern des Rauchgases von Kleinfeuerungen. Mit der Anwendung des Verfahrens wird ausserdem ermöglicht, etwaige Ablagerungen an der Sprühelektrode zu erkennen und gegebenenfalls Massnahmen zu deren Beseitigung auszulösen.

   Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren die Regelung der elektrischen Betriebsspannung der Partikelabscheidevorrichtung, wodurch eine optimale Filterwirkung erzielt werden kann. Ausserdem betrifft die Erfindung eine Steuerungseinheit zur Durchführung dieses Verfahrens. 



  [0002] Bei Kleinfeuerungen liegt die Verantwortung für die Brennstoffqualität und die Feuerungseinstellung in erster Linie beim Betreiber. Den Optimie- rungsmöglichkeiten der anlagenseitigen Feuerungstechnik sind relativ enge Gren- zen gesetzt. Deshalb entlassen diese Kleinfeuerungen gemessen am gesamten 

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 Rauchemissionsaufkommen unverhältnismässig viele Schadstoffe in die Atmosphäre. Hinzu kommt, dass diese Staubteile aus Kleinfeuerungen vor allem in städtischen Bezirken und Agglomerationen ausgestossen werden, wo derartige Kleinfeuerungen eben in grosser Anzahl vorhanden sind, das heisst, dieser grosse Anteil am Gesamtpartikelausstoss konzentriert sich auf stark besiedelte Gebiete.

   Neben dieser örtlichen Konzentration treten die Emissionen von Holzfeuerungen zudem in erster Linie im Winter auf, so dass diese Luftbelastungen sich auch noch auf einen begrenzten Zeitraum konzentrieren. 



  [0003] Lufthygienisch relevant für die Gesundheit des Menschen sind Teilchen mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als 10 m, weil diese kleinen Teilchen lungengängig sind und sich dementsprechend in der Lunge festsetzen können. Zudem können sich an diesen Partikeln aromatische Kohlenwasserstoffe anlagern, die zum Teil eine erhebliche Gesundheitsgefahr, z. B. aufgrund ihres Krebserregungspotenzials, darstellen. Weil sich anhand von Messungen gezeigt hat, dass die von Holzfeuerungen emittierten Partikel im kritischen Bereich von unter 10 pm Durchmesser liegen, ist es deshalb notwendig, auch im Bereich von einfachen Holzfeuerungsanlagen geeignete Rauchgaseinrichtungen einzubauen, um diese Kleinstpartikel zurückzuhalten. 



  [0004] In der EP 1 193 445 A2 der EMPA wird eine Vorrichtung zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen vorgestellt, die in den bestehenden Rauchgaskanal einer solchen Feuerung einbaubar ist. Entweder ist dieser Rauchgaskanal elektrisch leitfähig, indem das Ofenrohr etwa aus Stahlblech, Chromstahl oder Aluminium besteht, oder aber der Kamin ist gänzlich aus Stein und Mauerwerk oder aus Kunststoff gebaut. Im ersten Fall bildet die Vorrichtung einen Deckel, der gasdicht auf eine zugehörige Öffnung am Rauchgaskanal aufsetzbar ist. An der Innenseite dieses Deckels ist über Isolatoren eine Sprühelektrode gehalten. Weiter gehört zur Vorrichtung ein HochspannungsErzeuger zum Aufbau einer Gleichspannung zwischen dieser Sprühelektrode und der Innenwand des elektrisch leitfähigen Rauchgaskanalabschnittes.

   Im zweiten Fall wird ein Abschnitt eines elektrisch leitfähigen Rohres an den Deckel montiert, um eine Kollektorfläche zu bilden. Der typische Anschlusswert des 

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 Hochspannungs-Erzeugers liegt bei etwa 10 VA und er kann mit 220V/50Hz bzw. 



    110V/60Hz    Wechselstrom betrieben werden. Die Aufladung der Sprühelektrode kann negativ oder positiv zur Erde erfolgen. Die Abreinigung des Kollektorteils kann nach Ausbau des Elektrodendrahtes mit der Halterung problemlos von Hand erfolgen. 



  [0005] In einer Ausführung dieser Vorrichtung weist diese eine selbsttragende Stabelektrode in Form eines dünnen Drahtes auf. Das entscheidende Merkmal der Sprühelektrode ist das Vorhandensein möglichst kleiner Radien, bei denen hohe lokale Feldstärken auftreten. Es hat sich nun gezeigt, dass mit einem möglichst dünnen Draht, der sich mit seinem freien Ende in der Mitte längs eines Rauchgasrohres erstreckt, die besten Ergebnisse erzielt werden. Dünne rutenartige Drähte beginnen jedoch infolge elektrostatischer Wechselwirkungen zu schwingen, denn die hohe elektrische Ladung des Drahtes erzeugt an der naheliegenden Innenfläche des Abgasrohres Bildladungen von entgegengesetzter Polarität. Zum Beispiel ist die einem negativ geladenen Draht gegenüberliegende Rohrwand daher positiv geladen.

   Die freihängende Spitze des Elektrodendrahtes wird deshalb von der Rohrwand angezogen und aufgrund ihrer elastischen mechanischen Biegung schwingt sie nach Erreichen der grössten Auslenkung zurück und wird dann in die Gegenrichtung ausgelenkt und umgekehrt. Es stellt sich eine Eigenschwingung ein, deren Frequenz von der Geometrie des Drahtes abhängt und ausserdem vom Material, aus dem dieser Draht gefertigt ist. 



  [0006] Nun ist es aber so, dass die Schwingungsamplitude mit steigender elektrischer Spannung so weit zunehmen kann, dass das Drahtende die Innenwand des Rauchgaskanals berührt oder dieser so nahe kommt, dass es zu einem Funkenüberschlag kommt. In beiden Fällen fliesst ein Kurzschlussstrom, so dass es zum Zusammenbruch der Filterspannung und damit zum momentanen Verlust der Filterwirkung kommt. Zudem kann der Funkenüberschlag unerwünschte Geräuschemissionen verursachen und auch eine elektromagnetische Störquelle darstellen. Für einen optimalen und störungsfreien Filterbetrieb sollte die Häufigkeit solcher Überschläge begrenzt werden. 

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 [0007] Andererseits führt eine Betriebsspannung, die zum Zwecke der Vermeidung solcher Funkenüberschläge zu niedrig gewählt wurde, zu einer eingeschränkten Wirksamkeit der Partikelabscheidevorrichtung.

   Daher ist der optimalen Einstellung der Betriebsspannung der Sprühelektrode besonderes Augenmerk zu schenken. 



  [0008] Übliche Verfahren zum Auffinden einer möglichst hohen Filterbetriebsspannung basieren darauf, dass die Spannung stetig erhöht wird, bis ein Funkenüberschlag erfolgt, woraufhin der Sollwert der Spannung um eine bestimmte Stufe abgesenkt wird. Von diesem Wert ausgehend wird die Spannung dann wiederum stetig erhöht. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Betriebsspannung sich zu jedem Zeitpunkt sehr nahe an der Durchschlagsspannung bewegt. Allerdings ist diese Methode mit der häufigen Herbeiführung von Funkenüberschlägen und somit mit den oben erwähnten Nachteilen verbunden. Anders als in einer industriellen Umgebung sind im Wohnbereich insbesondere Geräuschbelästigungen durch diese Überschläge nicht annehmbar. 



  [0009] Eine weitere Problematik der oben erwähnten Abscheidevorrichtung für Kleinfeuerungen ergibt sich aus dem dort verwendeten Draht sehr geringen Durchmessers von weniger als 0. 3 mm. Dieser Draht kann unter den im Rauchgas von Kleinfeuerungen üblichen Bedingungen (Feuchte, Temperatur und Sauerstoffgehalt) einem gewissen Verschleiss ausgesetzt sein, sei es durch Korrosion oder andere Prozesse. Andererseits kann es aufgrund der Filterwirkung auch zu Russablagerungen an der Sprühelektrode selbst kommen, wodurch die Wirksamkeit der Abscheidevorrichtung reduziert wird. 



  [0010] Es ist daher von Interesse, den einwandfreien Zustand der Sprühelektrode überwachen zu können. Dies wurde bisher in naheliegender Weise dadurch erreicht, dass überwacht wurde, ob sich die Betriebsspannung oder der Betriebsstrom innerhalb bestimmter Bereiche bewegen. Diese Vorgehensweise ist aber recht aufwändig und liefert auch nur eingeschränkte Informationen. 

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  [0011] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einerseits ein Verfahren zur Kontrolle des Zustandes der Sprühelektrode und namentlich deren Verschleisses zu schaffen und andererseits ein Verfahren zur optimalen und automatischen Einstellung der Betriebsspannung auch bei sich verändernden Bedingungen innerhalb der Abgasstromes zu bieten. Andrerseits ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Steuerungseinheit anzugeben, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist. 



  [0012] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung der Betriebsspannung und zur Verschleisskontrolle an einer Vorrichtung für die elektrostatische Partikelabscheidung in Gasströmen mit einer im Innern des Gasstromes von Isolatoren gehaltenen Sprühelektrode und einem Hochspannungs-Erzeuger zur Erzeugung einer Gleichspannung zwischen der Sprühelektrode und der Innenwand des elektrisch leitfähigen Rauchgaskanalabschnittes, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Sprühelektrode während des Filterbetriebs in Schwingung versetzt wird, dabei der Wechselstromanteil des Betriebsstromes der Sprühelektrode erfasst wird und die Frequenz und Stärke des Wechselstromanteils zur Zustandsüberwachung der Sprühelektrode und zur Regelung des Filterbetriebs verwendet werden. 



    [0013]    Die Aufgabe wird weiter gelöst von einer Steuerungseinheit zur Regelung der Betriebsspannung und zur Verschleisskontrolle an einer Vorrichtung für die elektrostatische Partikelabscheidung in Gasströmen, welche Vorrichtung, einen elektrisch leitfähigen Rauchgaskanal und eine rutenförmigen Sprühelektrode einschliesst, die mittig im Rauchgaskanal gehalten ist und sich längs desselben erstreckt, wobei sich die Steuerungseinheit dadurch auszeichnet, dass sie ein Modul zur Messung des Betriebsstromes der Sprühelektrode, dessen Wechselstromanteils und dessen Frequenz einschliesst, sowie ein Steuerlogikmodul zur Auswertung dieser Messwerte und zur Ansteuerung eines weiteres Moduls zur Erzeugung der Betriebsspannung der Sprühelektrode. 



  [0014] In der Zeichnung ist die Funktionsweise des Verfahrens illustriert und ein möglicher Aufbau der Steuereinheit zur elektrostatischen Partikelabscheidung in 

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 Gasströmen ist dargestellt. Die Arbeitsweise- und Wirkungsweise des Verfahrens wird nachfolgend beschrieben und erklärt. Ebenfalls beschrieben wird die schematisch dargestellte Steuerungseinheit für die Partikelabscheidevorrichtung. 



  Es zeigt: Figur 1 : Eine mögliche Ausführung einer Vorrichtung zur elektrostatischen 
Partikelabscheidung in Gasströmen mit Steuerungseinheit; Figur 2 : Eine schematische Darstellung der Steuerungseinheit für die 
Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung; Figur 3 : ein beispielsweises Flussdiagramm für eine mögliche Realisierung einer Softwareregelung. 



  [0015] In Figur 1 ist zunächst eine mögliche Vorrichtung zur elektrostatischen Partikelabscheidung in Gasströmen gezeigt, die sich auch zur Rauchgasreinigung an Kleinfeuerungen eignet und an welcher dieses Verfahren mit einer geeigneten Steuereinheit durchführbar ist. Sie ist für den Einbau in einem geraden Abschnitt - eines bestehenden, elektrisch leitfähigen Ofenrohrs 1 ausgelegt. Die Vorrichtung weist eine Elektrodenfassung 6 aus Metall, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl auf. 



  Die Fassung 6 kann zylindrisch oder kugelförmig gestaltet sein, mit einem Durchmesser von einigen Millimetern und mit einer zentralen Bohrung versehen, in welcher die Elektrode 4 sitzt und gehalten ist. Die Fassung 6 ist an einem Haltestab 2 befestigt, der ebenfalls vorzugsweise aus nicht rostendem Stahl gefertigt ist. Der Haltestab 2 wird durch einen Isolator 3 in das Rauchgasrohr 1 geführt. Der Isolator 3 ist vorteilhaft aus einem Kunststoff gefertigt, wofür sich 
Polyetheretherketon (PEEK) eignet, weil dieses Material eine gewisse 
Ladungswanderung zulässt, sodass sich keine Ladungsnester bilden können, sondern Ladungen kontinuierlich abfliessen. Bei geeigneter Dimensionierung könnte auch ein Porzellan- oder Keramikisolator eingesetzt werden. Der Isolator 3 ist fest mit dem Deckel 5 verbunden.

   Die Öffnung am Ofenrohr 1 ist so gross gestaltet, dass die Elektrode unter elastischer Biegung des Drahtes 4 in das 

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 Ofenrohr 1 einführbar ist, und hernach wird die Öffnung 1 mit dem Deckel 5 gasdicht verschlossen, wozu sich etwa geeignete Spannklammern, Spannhebel oder Spannschrauben anbieten. Ein Hochspannungs-Erzeuger mit Gleichrichterfunktion stellt die Betriebsspannung für die Sprühelektrode bereit. Die Hochspannung wird über ein geeignetes Kabel zum Haltestab 2, durch den Isolator 3 und schliesslich über die Fassung 6 an die Sprühelektrode 4 geführt, welche vorteilhaft aus einem Wolframdraht oder alternativ aus rostfreiem Stahl besteht. Der andere Pol des Hochspannungs-Erzeugers liegt auf Erdpotential und ist mit dem Ofenrohr 1 elektrisch leitend verbunden, welches gegenüber der Elektrode 4 als Abscheidefläche wirkt.

   Somit ist ein Elektrofilter gebildet, wobei der Draht 4 die Sprühelektrode bildet, und die Innenseite des Ofenrohrs 1 über die Länge des Elektrodendrahtes 4 hinaus die Niederschlagselektrode oder Kollektorfläche bildet, so dass also der gesamte Kamin, soweit er aus leitfähigem Material besteht, als Kollektorfläche wirken kann. 



  [0016] Anstatt die Schwingungsneigung der dünnen Sprühelektrode zu unterdrücken, benützt - das vorliegende Verfahren bewusst diese Schwingungsneigung und die Schwingungsfrequenz und -amplitude für eine aktive Überwachung des Betriebzustandes. Wegen ihrer Abhängigkeit von den Materialeigenschaften und den Abmessungen der Elektrode gibt die Schwingungsfrequenz nämlich Aufschluss über den Zustand der Elektrode. Die Schwingungsamplitude dagegen spiegelt sich in der Amplitude des Wechselstromanteils des Betriebsstromes wieder, dessen Frequenz der Schwingungsfrequenz der Elektrode entspricht. 



  [0017] Es ist so, dass insbesondere eine Verkürzung der Elektrodenlänge aufgrund von Materialabnutzung zu einer Beeinträchtigung der Filterwirkung führt. 



  Eine Verkürzung der Elektrode bewirkt aber auch eine deutliche Erhöhung der Schwingungsfrequenz. Somit kann die Überwachung dieser Frequenz genutzt werden, um ein Warnsignal zu erzeugen, welches auf eine fällige Erneuerung der Elektrode hinweist. 

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 [0018] Die Amplitude des durch die Elektrodenschwingung bedingten Wechselstromanteils wird durch die Abhängigkeit des Emissionsstromes von der Entfernung d des Elektrodenendes zur Innenwand des Rauchrohrkanals erklärt. Mit zunehmender Annäherung der Elektrode steigt dieser Strom (etwa -1/d) deutlich an, um beim Zurückschwingen durch die Mittellage ein Minimum anzunehmen.

   Für eine vorgegebene Konstruktion der Partikelabscheidevorrichtung gibt es einen maximalen Wert für die Schwingungsamplitude und somit auch einen maximalen Wert für den Wechselstromanteil, unterhalb dessen Funkenüberschläge zuverlässig ausgeschlossen werden können. 



  [0019] Zur regelmässigen Reinigung der Niederschlagselektrode, das heisst der Innenwand des Ofenrohrs 1, wird zunächst die Hochspannung ausgeschaltet. Dann wird der Deckel 5 mitsamt Elektrode 4 vom Ofenrohr 1 entfernt. Hernach kann die Innenseite des Ofenrohrs 1 mit einem Lappen abgerieben werden, wodurch die elektrisch zurückgehaltenen Teilchen weggewischt werden und am Lappen hängenbleiben. Als Alternative können die eingesammelten Partikel auch mit der Staubsaugerbürste weggewischt und abgesaugt werden. Die Elektrode 4 wird dann wieder ins Ofenrohr 1 eingeführt und der Deckel 5 gasdicht auf die Öffnung aufgesetzt und verspannt. Die gereinigten Kollektorflächen sind nun wieder frei, um mit neuen Partikeln beschlagen zu werden, weil jetzt auch die elektrische Anziehungskraft wieder voll wirksam ist.

   Mit einer solchen Vorrichtung, gelingt es, über 80% der Partikel im Rauchgas abzuscheiden. 



  [0020] Alternativ oder ergänzend zur manuellen Reinigung kann der Vorgang zur Reinigung der Innenwand des Rauchgasrohres unter Ausnutzung der Schwingungsneigung der Sprühelektrode realisiert werden. Dazu wird die Schwingungsamplitude gezielt so weit erhöht, dass es zu Funkenüberschlägen kommt. Durch diese elektrischen Funken wird erreicht, dass die Ablagerungen an der Innenwand des Rohres, die vor allem bei kleinen handbeschickten Holzfeuerungen zum überwiegenden Teil aus Kohlenstoff bestehen, zu glimmen beginnen und abbrennen. Zwar werden bei diesem Verfahren die geschilderten Nachteile von Funkenüberschlägen in Kauf genommen. Reinigungsbedarf entsteht aber erfahrungsgemäss nur in grösseren zeitlichen Intervallen, so dass 

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 bei gezieltem Einsatz dieser Methode nur geringfügige Beeinträchtigungen zu erwarten sind. 



  [0021] Um eine solche oder ähnliche Vorrichtung zu überwachen und ihren Betrieb zu regeln, ist es vorteilhaft, dass die Sprühelektrode 2 durch die Betriebsspannung zu Schwingungen angeregt werden kann. Bei einer Elektrode, die aus einem mittig gehaltenen dünnen Draht besteht, kann diese Anregung durch elektrostatische Kräfte erfolgen, wie bereits oben beschrieben wurde. 



  [0022] Die Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung die verschiedenen Komponenten einer entsprechenden Steuerungseinheit für die Vorrichtung-zur elektrostatischen Partikelabscheidung. Zur Überwachung des Zustandes der Sprühelektrode wird die Frequenz des Wechselstromanteils mit einem FrequenzSpannungswandler erfasst. Sodann kann mit Hilfe von Komparatoren festgestellt werden, ob sich die Schwingungsfrequenz im eingestellten Sollbereich befindet. 



  Bei zu niedriger Frequenz wird eine Erhöhung der Betriebspannung der Sprühelektrode ausgelöst, um Ablagerungen von der Elektrode zu lösen. Bei zu hoher Frequenz wird ein Warnsignal   z.B. in    Form einer Kontrollleuchte aktiviert, um auf Verschleiss oder Bruch der Elektrode hinzuweisen. 



  [0023] Zur Regelung des Filterbetriebs wird die Amplitude des Wechselstromanteils gemessen, die ein Mass für die maximale Auslenkung der schwingenden Sprühelektrode ist. Über einen Regler wird die Betriebsspannung so geregelt, dass im Normalbetrieb einerseits eine hohe Filterwirkung und andererseits ein störungsfreier Betrieb ohne Funkenüberschläge sichergestellt ist. 



  Spezielle Betriebsphasen wie etwa die Abreinigung der Elektrode können durch eine geänderte Sollwertvorgabe eingestellt werden. 



  [0024] Besonders vorteilhaft kann die Steuerungseinheit mit Hilfe einer Mikroprozessorsteuerung realisiert werden. Frequenz und Amplitude des Wechselstromanteils werden vom Prozessor erfasst und von einer Software verarbeitet, deren Parameter an die Feuerungsanlage angepasst werden können. Als Beispiel ist in Figur 3 ein Flussdiagramm für eine mögliche Realisierung einer solchen 

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 Softwareregelung dargestellt. Zunächst wird überprüft, ob die gemessene Schwingungsfrequenz innerhalb eines voreingestellten Sollbereichs liegt. Bei zu hoher Frequenz kann von einer Beschädigung der Elektrode ausgegangen werden, was mit einem Signal angezeigt werden kann. Zu niedrige Schwingungsfrequenz wird durch Ablagerungen an der Elektrode verursacht. Im einfachsten Fall könnte mit einem weiteren Signal ein Wartungsbedarf angezeigt werden.

   Es kann aber auch ein Reinigungsvorgang ausgelöst werden, indem die Elektrode verstärkt zum Schwingen gebracht wird, wodurch Ablagerungen abgeschüttelt werden können oder sogar gezielte Funkenüberschläge ausgelöst werden können, die zur Folge haben, dass die kohlenstoffhaltigen Ablagerungen abbrennen. Im Normalfall befindet sich die Schwingungsfrequenz im Sollbereich und es wird anschliessend an die Frequenzkontrolle die Amplitude des Wechselstromanteils und somit die Auslenkung Ax der Sprühelektrode überprüft. 



  Bei Bedarf wird die Betriebsspannung der Elektrode angepasst.

  <Desc/Clms Page number 1> Method and control unit for regulating the operating voltage and for checking wear in a device for electrostatic particle separation in gas streams . The method is particularly suitable for certain designs of such devices for cleaning or filtering the flue gas from small furnaces. The use of the method also makes it possible to detect any deposits on the discharge electrode and, if necessary, to initiate measures to remove them. In addition, the method enables the electrical operating voltage of the particle separation device to be regulated, as a result of which an optimal filter effect can be achieved. The invention also relates to a control unit for carrying out this method. In the case of small furnaces, the responsibility for the fuel quality and the firing setting lies primarily with the operator. There are relatively narrow limits to the optimization possibilities of the plant-side combustion technology. This is why these small furnaces release a disproportionate amount of pollutants into the atmosphere compared to the total <Desc/Clms Page number 2> smoke emissions. In addition, these dust particles are mainly emitted from small furnaces in urban areas and agglomerations, where there are large numbers of such small furnaces, which means that this large proportion of the total particle emissions is concentrated in heavily populated areas. In addition to this local concentration, the emissions from wood furnaces also occur primarily in winter, so that this air pollution is also concentrated over a limited period of time. [0003] Particles with an aerodynamic diameter of less than 10 m are relevant to human health in terms of air hygiene, because these small particles can enter the lungs and accordingly can become lodged in the lungs. In addition, aromatic hydrocarbons can accumulate on these particles, some of which pose a significant health risk, e.g. B. due to their carcinogenic potential. Because measurements have shown that the particles emitted by wood furnaces are in the critical range of less than 10 pm in diameter, it is therefore necessary to install suitable flue gas devices even in the area of simple wood furnaces in order to retain these very small particles. [0004] EP 1 193 445 A2 from EMPA presents a device for cleaning flue gas in small furnaces, which can be installed in the existing flue gas duct of such a furnace. Either this flue gas duct is electrically conductive, in that the stove pipe is made of sheet steel, chrome steel or aluminum, or the chimney is built entirely of stone and masonry or of plastic. In the first case, the device forms a cover that can be placed in a gas-tight manner on an associated opening on the flue gas duct. A spray electrode is held on the inside of this cover by insulators. The device also includes a high-voltage generator for building up a DC voltage between this discharge electrode and the inner wall of the electrically conductive flue gas duct section. In the second case, a section of electrically conductive tubing is attached to the lid to form a collector surface. The typical connection value of the <Desc/Clms Page number 3> high-voltage generator is around 10 VA and it can be operated with 220V/50Hz or 110V/60Hz alternating current. The discharge electrode can be charged negatively or positively to earth. The collector part can easily be cleaned by hand after removing the electrode wire with the holder. In one embodiment of this device, it has a self-supporting rod electrode in the form of a thin wire. The decisive feature of the discharge electrode is the presence of the smallest possible radii at which high local field strengths occur. It has now been shown that the best results are achieved with the thinnest possible wire, which extends with its free end in the middle along a flue gas pipe. However, thin rod-like wires begin to vibrate as a result of electrostatic interactions because the high electrical charge on the wire creates image charges of opposite polarity on the nearby inner surface of the exhaust pipe. For example, the tube wall opposite a negatively charged wire is therefore positively charged. The free-hanging tip of the electrode wire is therefore attracted by the tube wall and, due to its elastic mechanical bending, swings back after reaching the greatest deflection and is then deflected in the opposite direction and vice versa. A natural vibration occurs, the frequency of which depends on the geometry of the wire and also on the material from which this wire is made. But now it is the case that the vibration amplitude can increase with increasing electrical voltage so far that the end of the wire touches the inner wall of the flue gas duct or this comes so close that a spark flashover occurs. In both cases, a short-circuit current flows, causing the filter voltage to collapse and the filter effect to be momentarily lost. In addition, the spark flashover can cause unwanted noise emissions and also represent a source of electromagnetic interference. For optimal and trouble-free filter operation, the frequency of such flashovers should be limited. <Desc/Clms Page number 4> [0007] On the other hand, an operating voltage that was selected too low for the purpose of avoiding such arcing leads to a restricted effectiveness of the particle separation device. Therefore, the optimal setting of the operating voltage of the discharge electrode should be given special attention. Conventional methods for finding the highest possible filter operating voltage are based on the fact that the voltage is steadily increased until a sparkover occurs, whereupon the desired value of the voltage is lowered by a certain level. Starting from this value, the voltage is then steadily increased again. In this way it can be achieved that the operating voltage is very close to the breakdown voltage at all times. However, this method is associated with the frequent occurrence of arcing and thus with the disadvantages mentioned above. In contrast to an industrial environment, noise pollution caused by these flashovers is particularly unacceptable in residential areas. A further problem with the above-mentioned separating device for small furnaces results from the wire used there, which has a very small diameter of less than 0.3 mm. Under the usual conditions (humidity, temperature and oxygen content) in the flue gas of small furnaces, this wire can be exposed to a certain amount of wear, be it due to corrosion or other processes. On the other hand, due to the filter effect, soot deposits can also occur on the spray electrode itself, which reduces the effectiveness of the separating device. It is therefore of interest to be able to monitor the proper condition of the discharge electrode. This has hitherto been achieved in an obvious way by monitoring whether the operating voltage or the operating current are within certain ranges. However, this procedure is quite time-consuming and only provides limited information. The object of the present invention is therefore to create a method for checking the condition of the discharge electrode and specifically its wear on the one hand and a method for optimally and automatically adjusting the operating voltage even when the voltage changes To provide conditions within the exhaust stream. On the other hand, it is an object of the invention to specify a control unit that is suitable for carrying out this method. This object is achieved by a method for regulating the operating voltage and for monitoring wear on a device for electrostatic particle separation in gas streams with a spray electrode held by insulators inside the gas stream and a high-voltage generator for generating a DC voltage between the spray electrode and the Inner wall of the electrically conductive flue gas duct section, which is characterized by the fact that the spray electrode is made to vibrate during filter operation, the AC component of the operating current of the spray electrode is recorded and the frequency and strength of the AC component are used to monitor the condition of the spray electrode and to control the filter operation. The object is further achieved by a control unit for regulating the operating voltage and for monitoring wear on a device for electrostatic particle separation in gas flows, which device includes an electrically conductive flue gas duct and a rod-shaped discharge electrode which is held centrally in the flue gas duct and extends lengthwise of the same, the control unit being characterized in that it includes a module for measuring the operating current of the spray electrode, its alternating current component and its frequency, as well as a control logic module for evaluating these measured values and for controlling a further module for generating the operating voltage of the spray electrode. [0014] The drawing illustrates how the method works and a possible design of the control unit for electrostatic particle separation in gas streams is shown. The mode of operation and operation of the method is described and explained below. Also described is the schematically illustrated control unit for the particle separation device. It shows: FIG. 1: A possible embodiment of a device for electrostatic particle separation in gas streams with a control unit; FIG. 2: A schematic representation of the control unit for the device for electrostatic particle separation; FIG. 3: an exemplary flowchart for a possible realization of a software control. In Figure 1, a possible device for electrostatic particle separation in gas streams is shown, which is also suitable for flue gas cleaning in small furnaces and on which this method can be carried out with a suitable control unit. It is designed for installation in a straight section - of an existing, electrically conductive furnace pipe 1. The device has an electrode holder 6 made of metal, preferably stainless steel. The mount 6 can be cylindrical or spherical in shape, with a diameter of a few millimeters and provided with a central bore in which the electrode 4 sits and is held. The socket 6 is attached to a support rod 2, which is also preferably made of stainless steel. The support rod 2 is guided into the flue gas pipe 1 through an insulator 3 . The insulator 3 is advantageously made of a plastic, for which polyetheretherketone (PEEK) is suitable, because this material allows a certain amount of charge migration, so that no charge clusters can form, but instead charges flow off continuously. With suitable dimensioning, a porcelain or ceramic insulator could also be used. The insulator 3 is firmly connected to the cover 5 . The opening on the furnace tube 1 is designed so large that the electrode can be inserted into the furnace tube 1 with the wire 4 being elastically bent offer suitable clamping clamps, clamping levers or clamping screws. A high-voltage generator with a rectifier function provides the operating voltage for the discharge electrode. The high voltage is conducted via a suitable cable to the holding rod 2, through the insulator 3 and finally via the socket 6 to the discharge electrode 4, which advantageously consists of a tungsten wire or alternatively of stainless steel. The other pole of the high-voltage generator is at ground potential and is electrically conductively connected to the furnace tube 1, which acts as a separation surface in relation to the electrode 4. An electrostatic precipitator is thus formed, with the wire 4 forming the discharge electrode, and the inside of the furnace pipe 1 forming the collecting electrode or collector surface beyond the length of the electrode wire 4, so that the entire chimney, insofar as it is made of conductive material, acts as a collector surface can. Instead of suppressing the tendency of the thin discharge electrode to oscillate, the present method deliberately uses this tendency to oscillate and the oscillation frequency and amplitude for active monitoring of the operating state. Because of its dependence on the material properties and the dimensions of the electrode, the vibration frequency provides information about the condition of the electrode. The oscillation amplitude, on the other hand, is reflected in the amplitude of the alternating current component of the operating current, the frequency of which corresponds to the oscillation frequency of the electrode. It is the case that, in particular, a shortening of the electrode length due to material wear leads to an impairment of the filter effect. However, shortening the electrode also causes a significant increase in the vibration frequency. This means that monitoring this frequency can be used to generate a warning signal that indicates that the electrode needs to be replaced. The amplitude of the alternating current component caused by the electrode oscillation is explained by the dependence of the emission current on the distance d of the electrode end from the inner wall of the smoke tube channel. As the electrode gets closer, this current (about -1/d) increases significantly, only to reach a minimum when swinging back through the middle position. For a given design of the particle separation device, there is a maximum value for the oscillation amplitude and thus also a maximum value for the alternating current component, below which spark flashovers can be reliably ruled out. For regular cleaning of the collecting electrode, ie the inner wall of the furnace tube 1, the high voltage is first switched off. Then the cover 5 together with the electrode 4 is removed from the furnace tube 1. Thereafter, the inside of the furnace tube 1 can be rubbed with a rag, whereby the electrically retained particles are wiped away and stick to the rag. As an alternative, the collected particles can also be wiped away with the vacuum cleaner brush and sucked off. The electrode 4 is then reinserted into the furnace tube 1 and the cover 5 is placed on the opening in a gas-tight manner and clamped. The cleaned collector surfaces are now free again to be coated with new particles because the electrical attraction is now fully effective again. With such a device, it is possible to separate over 80% of the particles in the flue gas. As an alternative or in addition to manual cleaning, the process for cleaning the inner wall of the flue gas pipe can be implemented using the tendency of the discharge electrode to oscillate. To do this, the vibration amplitude is purposefully increased to such an extent that flashovers occur. These electrical sparks ensure that the deposits on the inner wall of the tube, which consist mainly of carbon, especially in small hand-loaded wood burners, begin to glow and burn off. With this method, the described disadvantages of arcing are admittedly accepted. However, experience has shown that the need for cleaning arises only at longer time intervals, so that only minor impairments are to be expected if this method is used in a targeted manner. In order to monitor such or a similar device and to regulate its operation, it is advantageous that the spray electrode 2 can be excited by the operating voltage to oscillate. In the case of an electrode consisting of a thin wire held in the middle, this excitation can take place through electrostatic forces, as already described above. FIG. 2 shows a schematic representation of the various components of a corresponding control unit for the device for electrostatic particle separation. To monitor the condition of the discharge electrode, the frequency of the alternating current component is recorded using a frequency-to-voltage converter. It can then be determined with the aid of comparators whether the oscillation frequency is in the set target range. If the frequency is too low, an increase in the operating voltage of the discharge electrode is triggered in order to loosen deposits from the electrode. If the frequency is too high, a warning signal, e.g. in the form of an indicator light, is activated to indicate wear or breakage of the electrode. To regulate the filter operation, the amplitude of the alternating current component is measured, which is a measure of the maximum deflection of the oscillating discharge electrode. The operating voltage is regulated via a regulator in such a way that in normal operation, on the one hand, a high filter effect and, on the other hand, trouble-free operation without arcing is ensured. Special operating phases such as cleaning the electrode can be set by changing the setpoint. The control unit can be implemented particularly advantageously with the aid of a microprocessor control. Frequency and amplitude of the AC component are recorded by the processor and processed by software whose parameters can be adapted to the furnace. A flow chart for a possible realization of such a <Desc/Clms Page number 10> software regulation is shown in FIG. 3 as an example. First, it is checked whether the measured vibration frequency is within a preset target range. If the frequency is too high, damage to the electrode can be assumed, which can be indicated by a signal. Vibration frequency that is too low is caused by deposits on the electrode. In the simplest case, a maintenance requirement could be indicated with an additional signal. However, a cleaning process can also be triggered by the electrode being made to oscillate more, as a result of which deposits can be shaken off or even targeted spark flashovers can be triggered, which result in the carbonaceous deposits burning off. Normally, the oscillation frequency is in the target range and after the frequency check, the amplitude of the alternating current component and thus the deflection Ax of the discharge electrode is checked. If necessary, the operating voltage of the electrode is adjusted.

Claims

Claims 1. Method for controlling the operating voltage and for monitoring wear on a device for electrostatic particle separation in Gas flows with one held inside the gas flow by isolators Discharge electrode and a high-voltage generator to generate a DC voltage between the spray electrode and the inner wall of the electrically conductive flue gas duct section, characterized in that the spray electrode is made to oscillate during filter operation, the alternating current component of the operating current of the spray electrode being recorded and the frequency and strength of the alternating current component to Condition monitoring of the discharge electrode and for controlling the Filter operation are used.

2. Procedure for regulating the operating voltage and for checking wear on a device for electrostatic particle separation in Gas streams according to claim 1, characterized in that the Discharge electrode during filter operation using the high-voltage Generator is made to oscillate by electrostatic excitation.

3. Procedure for regulating the operating voltage and for checking wear on a device for electrostatic particle separation in Gas flows according to claim 1, characterized in that the frequency of the AC component with preset system-specific Threshold values is compared, and the extent of the deviation is detected and displayed as an indicator of wear or contamination.

4. Procedure for regulating the operating voltage and for checking wear on a device for electrostatic particle separation in Gas flows according to claim 1, .characterized in that the amplitude <Desc/Clms Page number 12> of the AC component with preset system-specific Thresholds is compared to the operating voltage of the Optimally adjust the discharge electrode for all operating states of the furnace.

5. Procedure for regulating the operating voltage and for checking wear on a device for electrostatic particle separation in Gas streams according to any one of the preceding claims, characterized in that for the purpose of removing deposits Vibration of the discharge electrode is automatically increased by increasing the operating voltage when a predetermined level of contamination is reached.

6. Procedure for regulating the operating voltage and for checking wear on a device for electrostatic particle separation in Gas streams according to any one of the preceding claims, characterized in that for the purpose of removing deposits on the Inner wall of the flue gas duct the vibration amplitude of Discharge electrode is enlarged in such a way that the deposits through arcing is removed.

7. Control unit for regulating the operating voltage and for Wear control on a device for electrostatic Particle separation in gas streams, which device includes an electrically conductive flue gas duct and a rod-shaped spray electrode which is held centrally in the flue gas duct and extends along the same, characterized in that it comprises a module for Measurement of the operating current of the discharge electrode, whose AC component and its frequency includes, as well as a Control logic module for evaluating these measured values and for controlling another module for generating the operating voltage of the discharge electrode. <Desc/Clms Page number 13>

AMENDED CLAIMS [received by the International Bureau on 03 October 2005 (03/10/05) ; original claims 1-7 replaced by amended claims 1-6 (2 pages)] + EXPLANATION 1. Method for regulating the operating voltage and for wear control on a device for the electrostatic separation of particles with an aerodynamic diameter of less than 10 mim flue gas from Small wood furnaces, with a discharge electrode held by insulators inside the gas flow and a high-voltage generator for generating a DC voltage between the discharge electrode and the inner wall of the electrically conductive flue gas duct section, characterized in that the discharge electrode is activated during filter operation by means of the high voltage - generator is actively set in motion by electrostatic excitation,

the alternating current component of the operating current of the spray electrode is recorded and the frequency and strength of the alternating current component Monitoring the condition of the discharge electrode and controlling the operation of the filter.

2. Procedure for regulating the operating voltage and for checking wear on a device for the electrostatic separation of particles with an aerodynamic diameter of less than 10 m in the flue gas of Small wood furnaces according to claim 1, characterized in that the Frequency of the AC component with preset system-specific Threshold values is compared, and the extent of the deviation is detected and displayed as an indicator of wear or contamination.

3. Procedure for regulating the operating voltage and for checking wear on a device for the electrostatic separation of particles with an aerodynamic diameter of less than 10 m in the flue gas of Small wood furnaces according to claim 1, characterized in that the Amplitude of the AC component with preset system-specific <Desc/Clms Page number 14> Threshold values is compared in order to optimally set the operating voltage of the spray electrode in all operating states of the furnace.

4. Procedure for regulating the operating voltage and for checking wear on a device for the electrostatic separation of particles with an aerodynamic diameter of less than 10 m in the flue gas of Small wood furnaces according to one of the preceding claims, characterized in that for the purpose of removing deposits Vibration of the discharge electrode is automatically amplified by increasing the operating voltage when a predetermined level of contamination is reached.

5. Procedure for regulating the operating voltage and for checking wear on a device for the electrostatic separation of particles with an aerodynamic diameter of less than 10 m in the flue gas of Small wood furnaces according to one of the preceding claims, characterized in that for the purpose of removing deposits on the inner wall of the flue gas duct, the oscillation amplitude of the spray electrode is increased in such a way that the deposits are removed by arcing.

6. Control unit for regulating the operating voltage and for Wear control on a device for the electrostatic separation of particles with an aerodynamic diameter of less than 10pm in the flue gas of small wood furnaces, which device includes an electrically conductive flue gas duct and a rod-shaped discharge electrode which is held centrally in the flue gas duct and extends along the same, characterized in that it includes a module for measuring the Operating current of the discharge electrode, including its AC component and frequency, and a control logic module for evaluating this Measured values and to control another module to generate the Operating voltage of the discharge electrode. <Desc/Clms Page number 15>

Statement under Article 19 PCT US-A-4 746 331 discloses a detection method for use on an electrostatic filter. Back-corona is the term used to describe the gaseous breakdown that occurs in the accumulated layer of particles as a result of the high electric fields generated in this layer as a result of the high electrical resistance when charges are passed through it. In order to detect such back-corona, the minimum secondary voltage is monitored, i.e. the minimum emitter voltage. Re-corona is detected when the minimum secondary voltage falls or remains constant with an increase in charge, or when the minimum secondary voltage falls with constant charge.

The monitoring is carried out with a microcomputer which is supplied with a signal for the emitter voltage, for the emitter current, for the maximum and minimum emitter voltage and for the maximum emitter current. From this, the microcomputer generates a signal that allows the degree of charging to be varied. It is therefore a question of optimizing the operation of such an electrostatic filter for the separation of so-called Queensland coal fly ash in coal combustion plants. These are decidedly large incinerators.

In the case of the present invention, on the other hand, the aim was to create a method for monitoring the condition of the discharge electrode of a separating device and in particular the wear and tear of this discharge electrode, on the one hand, and a method for optimal and automatic adjustment of the operating voltage even with changing conditions within the exhaust gas flow of To offer small wood furnaces and to specify a control unit for this.

The fact is that there have been small wood furnaces for centuries, but never before has a compact, controlled particle separation been implemented in this way, although the particle emissions have always polluted the air. Only the latest investigations showed that the flue gas from such small wood furnaces is particularly heavily contaminated with harmful small particles of less than <Desc/Clms Page number 16> 10 m diameter is loaded and therefore a separation of the same is required. Particles with an aerodynamic diameter of less than 10 m are relevant to human health in terms of air hygiene, because these small particles can enter the lungs and can therefore accumulate. In addition, aromatic hydrocarbons can accumulate on these particles, some of which pose a significant health risk, e.g.

B. due to their carcinogenic potential. No existing technical solution could be used to create an efficient separation and its automatic and safe monitoring. Small wood furnaces are hardly monitored and only very sporadically put into operation. As a result of these operating-specific boundary conditions, a separating device with a spray electrode must also monitor the condition of the spray electrode and specifically its wear. Otherwise it can happen that the separation no longer works unnoticed and the entire electrostatic filter is installed in vain and this may not be noticed for years.