Generador de pulsos de energización para un electrofiltro.

Constituye una alternativa para la depuración de gases de combustión procedentes de grandes centrales térmicas de carbón mediante la generación de plasma no térmico,

permitiendo salvar la limitación del control eficaz del perfil de los pulsos, destacando fundamentalmente porque comprende una pluralidad de módulos (2) iguales, cada uno de los cuales comprende: un enlace (3) de continua que almacena energía para su transmisión en forma de pulso a un transformador (5) de salida; un interruptor (4) que controla el flujo de corriente por dicho módulo (2) para crear el pulso; y un transformador (5) de salida cuyo primario está conectado al enlace (3) de continua para transmitir el pulso, y donde los secundarios de los transformadores (5) de salida de todos los módulos (2) están conectados en serie, generándose un pulso final resultante que es la suma de los pulsos individuales de cada uno de los módulos (2).

GENERADOR DE PULSOS DE ENERGIZACIÓN PARA UN

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es un generador de pulsos adecuado para su combinación con una fuente de tensión de base continua para energizar un electrofiltro.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los electrofiltros son equipos que se utilizan para capturar agentes contaminantes presentes en una corriente gaseosa, como por ejemplo gases efluentes procedentes de grandes instalaciones de combustión de carbón para producción de energía eléctrica. La tecnología más frecuentemente utilizada en las centrales térmicas actuales está basada en la generación de descargas eléctricas de plasma no térmico en el seno del gas a tratar. Estas descargas de plasma generan, a partir de las moléculas presentes en el gas, radicales libres que se comportan como excelentes agentes oxidantes, reaccionando posteriormente con los óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno y metales libres para dar como resultado especies con un estado más oxidado y, por ello, más fáciles de capturar.

Actualmente, los métodos de producción de plasma más utilizados para el abatimiento de contaminantes atmosféricos son los métodos de descarga corona. Éstos, a su vez se pueden clasificar en función de la naturaleza de la fuente de producción de la descarga corona, siendo los más utilizados para electrofiltros aquellos que producen una alta densidad de plasma: la descarga barrera y la generación de pulsos.

Los sistemas de descarga barrera son los más utilizados tradicionalmente para la generación de plasma no térmico en aplicaciones de oxidación sobre pequeños caudales, debido a la alta concentración de plasma que generan y a que producen electrones con temperaturas moderadas. Han sido utilizados con éxito en la esterilización de aire y de productos de la industria alimentaria y en la oxidación de gases de combustión de automóviles.

Por otro lado, los sistemas de generación de pulsos, conocidos como "plasma pulsed corona power systems" (PPCP) , presentan la ventaja de que pueden ser implementados directamente sobre los electrodos de un electrofiltro convencional basado en la aplicación de una tensión continua, transformándolo en un reactor de generación de plasma y captura de contaminantes sin necesidad de instalar un equipo adicional. Estos equipos pueden tratar elevados caudales de gas, pero tienen el inconveniente de requerir un sistema de energización capaz de generar pulsos de muy alto potencial y muy corta amplitud. La idea principal consiste en superponer a una tensión de base continua proporcionada por una fuente OC una serie de pulsos de corta duración con el objeto de mejorar la eficiencia del precipitador.

La energización mediante pulsos presenta una serie de ventajas que justifican su uso en determinadas aplicaciones pese a que requiera una inversión inicial considerable. En primer lugar, es posible controlar la corriente media entregada al precipitador sin tener que modificar el valor de la tensión; sencillamente se incrementa o disminuye la frecuencia de aparición de los pulsos. Este hecho permite mantener el valor de la corriente por debajo del umbral de aparición del efecto Back Corona, sin tener que reducir la tensión aplicada. En segundo lugar, la corta duración de los pulsos permite que su valor de pico sea muy elevado sin que aparezcan arcos eléctricos. Estas dos características juegan a favor de la eficiencia del equipo cuando se trabaja con contaminantes altamente resistivos, que requieren la aplicación de un voltaje muy alto para ser ionizados. Además, a diferencia de lo que sucede en precipitadores energizados únicamente con una tensión de base continua, donde las descargas corona tienden a aparecer en puntos aislados en el electrodo de descarga, la superposición de pulsos estrechos sobre una tensión de base consigue que la tensión máxima alcanzada exceda sobradamente a la necesaria para que se produzca la descarga corona, y por lo tanto ésta aparecerá de forma mucho más uniforme en el electrodo. La corriente estará entonces mejor distribuida por todo el espacio, evitándose la formación de puntos de alta densidad de corriente que propician la aparición local del efecto Back corona.

Como se ha mencionado, la mayoría de los precipitadores actuales emplean únicamente una fuente de base de continua como sistema de energización. La Fig. 1 muestra un esquema eléctrico básico de una fuente de base de continua convencional formada por dos tiristores conectados en antiparalelo a la entrada para controlar la potencia entregada al precipitador. La corriente que dejan pasar los tiristores llega hasta un transformador elevador, donde se eleva hasta el nivel deseado. A continuación, un rectificador de diodos transforma la corriente alterna en corriente continua, que será aplicada a los electrodos del precipitador.

Por otro lado, el esquema básico actualmente utilizado para la energización mediante pulsos se muestra en la Fig. 2, y comprende fundamentalmente tres elementos:

una fuente de tensión OC que proporciona la tensión de base,

un circuito generador de pulsos, que puede estar implementado de

diferentes formas dependiendo de las características del pulso

deseadas, y

un módulo de control, que dependiendo de las consignas externas y

del estado de los módulos anteriores y del precipitador, ajustará tanto

el valor de la tensión base, como la amplitud y frecuencia de los

pulsos.

Sin embargo, ninguno de los generadores de pulsos existentes actualmente alcanzado el grado de madurez suficiente para adaptarse a las necesidades de la industria. Las características del pulso superpuesto a la tensión de base continua dependerán en gran medida de la tecnología empleada en el generador de pulsos. Así por ejemplo, será difícil conseguir pulsos de muy corta duración con dispositivos cuya frecuencia de operación esté limitada, al igual que será difícil conseguir valores elevados de tensión si los aislamientos de que se disponen no están convenientemente dimensionados, o valores elevados de corriente si los dispositivos existentes no están diseñados para soportar dichos valores sin fundirse.

Actualmente existen fundamentalmente dos alternativas para generar los pulsos. La primera alternativa consiste en generar los pulsos a unos valores moderados de tensión, para luego transmitirlos a los electrodos mediante un transformador de pulsos, que eleve su tensión hasta el valor deseado. El generador de pulsos con transformador permite conmutar a bajos niveles de tensión, con lo que las exigencias en dispositivos interruptores, así como en aislamientos se ven reducidas. Por el contrario, los dispositivos tendrán que soportar valores más elevados de corriente, puesto que ésta se verá reducida por la relación de transformación del transformador. Adicionalmente, esta solución es más voluminosa, y más pesada que la alternativa sin transformador, además de ser económicamente menos favorable. La Fig. 3a muestra un esquema eléctrico general de un generador de pulsos de este tipo.

La segunda alternativa consiste en generar los pulsos directamente en alta tensión, con lo que se evita la inclusión de un transformador de alta tensión. Esto implica que todos los equipos han de estar preparados para conmutar altos valores de tensión, con las exigencias de aislamiento que eso conlleva. El interruptor de alta tensión generalmente consiste en un elevado número de tiristores conectados en serie, con un diodo antiparalelo, que tendrán que ser disparados simultáneamente. La Fig. 3b muestra un esquema de generador de pulsos OC sin transformador.

La mayor parte de los generadores de pulsos actuales utilizan tiristores como dispositivos de conmutación. Debido a que los tiristores son dispositivos de conmutación relativamente lenta, los pulsos obtenidos rara vez tienen una duración inferior a 50-1 00 IJS. Además, los generadores de pulsos que actualmente se comercializan presentan características fijas en cuanto a capacidad de almacenamiento de energía, tensión de pico y corriente de pico, y por tanto son difíciles de actualizar en caso de que cambiasen las propiedades del gas a tratar en el precipitador. Adicionalmente, un generador de pulsos de uso industrial debe cumplir también requerimientos relativos al consumo de energía,...

1. Generador (1) de pulsos de energización para un electrofiltro, caracterizado porque dicho generador (1) de pulsos comprende una pluralidad de módulos (2) iguales, cada uno de los cuales comprende:

- un enlace (3) de continua que almacena energía para su transmisión en forma de pulso a un transformador (5) de salida; -un interruptor (4) que controla el flujo de corriente por dicho módulo (2) para crear el pulso; y -un transformador (5) de salida cuyo primario está conectado al enlace (3) de continua para transmitir el pulso,

y donde los secundarios de los transformadores (5) de salida de todos los módulos (2) están conectados en serie, generándose un pulso final resultante que es la suma de los pulsos individuales de cada uno de los módulos (2) .

2. Generador (1) según la reivindicación 1, donde el interruptor (4) comprende un IGBT.

3. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, donde el enlace (3) de continua comprende un condensador.

4. Generador (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que además comprende un circuito (6, 7) de protección formado por: un primer ramal (6) en paralelo al interruptor (4) , formado por un condensador en serie con una resistencia en paralelo con un diodo; y

un segundo ramal (7) en paralelo al primario del transformador (5) , formado por un diodo zener en serie con un diodo.

5. Sistema de energización para un electrofiltro que comprende el generador (1) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores conectado a una fuente (1 O) de base continua.

6. Sistema según la reivindicación 5, donde la fuente (1 O) de base continua y el generador (1) de pulsos están conectados en serie.

7. Sistema () según la reivindicación 5, donde la fuente (1 O) de base continua y el generador (1) de pulsos están conectados en paralelo.