SISTEMA GENERADOR DE IMPULSOS PARA PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO.

Sistema generador de impulsos para precipitador electrostático CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un sistema generador de impulsos para generar impulsos de alta tensión para activar un precipitador electrostático (ESP, del inglés ElectroStatic Precipitator), en que dicho sistema comprende una primera fuente de alimentación y una segunda fuente de alimentación, en que dicha segunda fuente de alimentación está prevista para precargar dicho precipitador electrostático a una tensión de corriente continua; un condensador de almacenamiento y una inductancia en serie; y un dispositivo interruptor acoplado en paralelo con un dispositivo rectificador antiparalelo; en que dicho sistema está previsto para ser acoplado a dicho precipitador electrostático. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los precipitadores electrostáticos pueden usarse para la recogida y consecuente retirada de partículas de un flujo de gas en procesos industriales. La densidad de partículas en el flujo de gas puede reducirse significativamente cargando las partículas mediante la generación, a través del electrodo de descarga del precipitador electrostático, de portadores de carga para que queden fijados a las partículas en el flujo de gas, y aplicando un campo de alta tensión de forma que las partículas cargadas son forzadas hacia el ánodo positivo del precipitador electrostático, retirando con ello las partículas cargadas del flujo de gas. Las partículas recogidas forman una capa de polvo en el ánodo del precipitador electrostático, la cual es retirada periódicamente por medio de dispositivos de golpeo. El rendimiento de un precipitador electrostático activado puede quedar perjudicado al tratar partículas de polvo de alta resistividad. El polvo de alta resistividad provoca un campo eléctrico elevado en la capa de polvo de las partículas recogidas en el precipitador electrostático, que a su vez puede provocar la rotura eléctrica de la capa de polvo, un fenómeno conocido como corona invertida (back-corona) o retro-ionización (back-ionization). La corona invertida significa que se generan iones positivos por la rotura de la capa de polvo, lo que neutraliza los iones negativos beneficiosos generados por los electrodos de descarga, que se usan para cargar negativamente las partículas de polvo. El resultado es una tensión reducida aplicada al precipitador electrostático y una reincorporación de las partículas de polvo de vuelta al flujo de gas debido a pequeñas erupciones en la capa de polvo. En precipitadores electrostáticos actuales que son activados por impulsos, se aplica a los precipitadores electrostáticos típicamente una tensión de corriente continua suave con impulsos de alta tensión superpuestos de corta duración. La anchura de los impulsos es típicamente del orden de o superior a 100 s, repetidos con una cierta frecuencia en el intervalo de 1 a 400 impulsos/s. La intensidad de corriente media puede ser controlada variando la frecuencia de repetición de impulsos de un dispositivo interruptor en el sistema, al tiempo que se mantiene el nivel de tensión aplicado al precipitador electrostático. De este modo es posible limitar o eliminar en gran medida la generación de una corona invertida y sus efectos negativos. Debe observarse que el condensador de almacenamiento, el dispositivo interruptor y la inductancia constituyen un circuito resonante en serie. Existen dos arquitecturas principales de sistemas de impulsos para precipitadores: una basada en la acción del interruptor a potencial bajo y otra basada en la acción del interruptor a potencial alto. El primer tipo comprende normalmente un transformador de impulsos y la acción del interruptor tiene lugar en el lado primario como se explica en los documentos US 4.052.177, US 4.600.411 y EP 0 108 963. El documento EP 1 293 253 A2 es un ejemplo del segundo tipo, en que la acción del interruptor tiene lugar a un potencial alto. El documento US 4.600.411 describe un sistema de impulsos con un transformador con un arrollamiento primario y uno secundario y un interruptor de tiristor. Una fuente de alimentación está conectada a un inductor de carga en serie con un condensador de carga y un inductor de protección frente a picos conectados al arrollamiento primario del transformador. Una red de fijación que comprende un diodo de fijación y una combinación en paralelo de un resistor y un condensador está conectada entre el empalme del inductor de protección frente a picos y el condensador de carga para limitar la tensión aplicada al inductor de protección frente a picos y al arrollamiento primario del transformador. El documento US 4.854.948 describe otro sistema de impulsos con un transformador con un arrollamiento primario y uno secundario, una fuente de alimentación conectada a un condensador de almacenamiento y un circuito de tiristor conectado al arrollamiento primario del transformador. Un diodo conectado a una conexión en paralelo de un condensador y un resistor constituye un circuito para la protección del circuito de tiristor. Una fuente de tensión suministra una tensión de base de por ejemplo 35 kV a un separador de polvo electrostático acoplado al arrollamiento secundario del transformador. Un detector está acoplado al separador de polvo para detectar variaciones rápidas de tensión que ocurrirán en caso de chispas en el separador de polvo y para permitir que el circuito de tiristor se convierta en conductor, protegiendo con ello el circuito de tiristor. Sin embargo, este detector incrementa el coste del sistema de impulsos. 2   El documento US-A-4 592 763 describe la operación de un sistema de alimentación para impulsos usado para la activación eléctrica de precipitadores electrostáticos (ESP). El sistema del documento US-A-4 592 763 contiene un tiristor usado como interruptor. Sin embargo, un tiristor por naturaleza no tiene capacidad de desconexión. El documento US-A-4 238 810 describe un circuito de control relacionado con la operación de rectificadores de alta tensión tradicionales (conjuntos T-R, de Transformador-Rectificador) usados para la activación eléctrica de precipitadores electrostáticos (ESP). Estos conjuntos T-R son conectados a la red eléctrica (50 Hz en Europa) y aplican una tensión de corriente continua no filtrada con una ondulación de 100 Hz considerable al material de carga de ESP (30). La intensidad de corriente suministrada al material de carga de EPS (30) consta de partes de semiondas sinusoidales (66, 67) con una duración menor que medio periodo de la frecuencia de línea (10 ms), determinada por el ángulo de disparo usado en la activación de los tiristores de frecuencia de línea controlados en fase (16, 17). La amplitud de estos impulsos de corriente suministrados al material de carga de ESP es típicamente de unos pocos amperios. Es deseable mejorar la eficiencia de los sistemas descritos en los documentos US 4.592.763, US 4.238.810, US 4.600.411 y US 4.854.948. Además, ni los documentos US 4.592.763, US 4.238.810, US 4.600.411 ni el US 4.854.948 tratan el problema de que el núcleo del transformador queda saturado al producirse chispas dentro del precipitador electrostático, lo que perjudica sustancialmente la operación del precipitador electrostático. Finalmente, los dispositivos interruptores en los sistemas conocidos están sujetos a tasas altas potencialmente dañinas de di/dt en el caso que aparezcan chispas en el precipitador electrostático, acortando con ello su vida útil. OBJETO Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN Constituye por lo tanto el objeto de la invención proporcionar un sistema generador de impulsos con una eficiencia mejorada. Constituye además un objeto de la invención proporcionar un sistema generador de impulsos con un transformador, en que se alivie la saturación del núcleo del transformador. Constituye además un objeto de la invención proporcionar un sistema con protección mejorada del dispositivo interruptor. Este objeto se consigue cuando el sistema generador de impulsos mencionado en el párrafo inicial está caracterizado por las propiedades de la reivindicación 1. Con ello, se hace posible aplicar impulsos con una anchura reducida al precipitador electrostático en comparación con sistemas actuales generadores de impulsos; esto proporciona una eficiencia sustancialmente mejorada del sistema, de acuerdo con experimentos realizados en precipitadores ESP piloto, debido a una mejor reducción del fenómeno de corona invertida y mayores tensiones máximas, dando lugar a que se carguen mejor las partículas. El dispositivo interruptor puede ser cualquier dispositivo interruptor apropiado capaz de ser desconectado, por ejemplo un interruptor de semiconductores tal como un IGBT (del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor, transistor bipolar de puerta aislada), IGCT (del inglés Integrated Gate-Commutated Thyristor, tiristor controlado por puerta integrada),... [Seguir leyendo]

1. Un sistema generador de impulsos para generar impulsos de alta tensión para activar un precipitador electrostático (10), en que dicho sistema comprende: Una primera fuente de alimentación (1) y una segunda fuente de alimentación (2), en que dicha segunda fuente de alimentación (2) está prevista para precargar dicho precipitador electrostático (10) a una tensión de corriente continua; Un condensador de almacenamiento (7) y una inductancia en serie; Un dispositivo interruptor (5) acoplado en paralelo con un dispositivo rectificador antiparalelo (6); y en que dicho sistema está previsto para ser acoplado a dicho precipitador electrostático (10); caracterizado porque dicho dispositivo interruptor (5) tiene un electrodo de puerta y porque dicho dispositivo interruptor (5) tiene capacidad de desconexión controlable, siendo controlable por una señal de puerta suministrada a dicho electrodo de puerta. 2. Un sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un transformador (9) con un arrollamiento primario y uno secundario, y porque dicha primera fuente de alimentación (1), dicho condensador de almacenamiento (7), dicho dispositivo interruptor (5) y dicho dispositivo rectificador antiparalelo (6) acoplado en paralelo están acoplados a dicho arrollamiento primario de dicho transformador; dicha segunda fuente de alimentación (2) y un condensador de acoplamiento (8) están acoplados a dicho arrollamiento secundario de dicho transformador (9); y dicho sistema está previsto para ser acoplado a dicho precipitador electrostático (10) a través de dicho condensador de acoplamiento (8). 3. Un sistema generador de impulsos según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha primera fuente de alimentación (1) está conectada a un terminal de un condensador de almacenamiento (7), en que el otro terminal de dicho condensador de almacenamiento (7) está conectado a un terminal de un arrollamiento primario de un transformador (9), y en que el otro terminal de dicho arrollamiento primario de dicho transformador (9) está conectado a un terminal común, dicho dispositivo interruptor (5) y dicho dispositivo rectificador antiparalelo (6) están conectados en paralelo, de los que un terminal de dicho dispositivo interruptor (5) está conectado entre dicha primera fuente de alimentación (1) y dicho condensador de almacenamiento (7) y el otro terminal de dicho dispositivo interruptor (5) está conectado a dicho terminal común, un terminal de dicho arrollamiento secundario de dicho transformador (9) está conectado al terminal común y el otro terminal del arrollamiento secundario de dicho transformador (9) está conectado a dicho precipitador electrostático (10) a través de dicho condensador de acoplamiento (8), y dicha segunda fuente de alimentación (2) está conectada al empalme entre dicho condensador de acoplamiento (8) y dicho precipitador electrostático (10). 4. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho dispositivo interruptor (5) está previsto para ser desconectado antes del instante de tiempo del cruce por cero natural de la intensidad de corriente de impulso (ipulse) aplicada al precipitador electrostático. 5. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende además un circuito de fijación (11, 12, 13) conectado al empalme entre el condensador de almacenamiento y la primera fuente de alimentación (1). 6. Un sistema según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho circuito de fijación comprende un diodo (11) en serie con un condensador (12) y un resistor (13) en paralelo con el diodo (11). 7. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende además un circuito de fijación (60, 61, 62) conectado al empalme entre el condensador de almacenamiento (7) y dicho arrollamiento primario de dicho transformador (9), en que dicho circuito de fijación comprende una conexión en serie de un resistor de amortiguación (60), un diodo de fijación (61) y un banco de condensadores (62).   8. Un sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho circuito de fijación comprende además una fuente de alimentación de corriente continua (63), un resistor de carga (64), un transistor (66), un resistor de descarga (65) y un diodo de referencia (67). 9. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque un circuito supresor (14) está conectado en paralelo a dicho dispositivo interruptor (5) y dicho dispositivo rectificador antiparalelo (6). 10. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende además una red de polarización conectada a dicho arrollamiento primario de dicho transformador (9), en que dicha red de polarización comprende una fuente de tensión (15), un resistor de limitación (16) y una bobina de choque de polarización (17). 11   Figura 1 Figura 2 12   Figura 3 13   Figura 4 Figura 5 14   Figura 6 Figura 7