DE10122230A1

DE10122230A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Flüssigkeitshaushalts einer Verdunstungsanlage

Info

Publication number: DE10122230A1
Application number: DE2001122230
Authority: DE
Inventors: Juergen Kiesling
Original assignee: Metron Rhewatec Ges fur GmbH
Current assignee: KIESSLING, JUERGEN, 53819 NEUNKIRCHEN-SEELSCHE, DE
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: DE10122230B4

Abstract

Zur Regelung des Flüssigkeitshaushalts in einer Verdunstungsanlage werden die Zulaufmengen und die Ablaufmengen eines offenen Kreislaufs gemessen. Jeweils eine bestimmte Zulaufmenge bildet einen Zulaufzyklus (ZZ) und eine bestimmte Ablaufmenge bildet einen Ablaufzyklus (AZ). In einer Zählvorrichtung (32) werden die Zulaufzyklen hochgezählt und die Ablaufzyklen heruntergezählt. Die Differenz (B) zwischen Zulaufzyklen und ABlaufzyklen kann Werte annehmen, die größer sind als 1. Ist die Differenz frößer als 0, so wird ein Ablaufventil (24) geöffnet. Ist die Differenz 0 oder kleiner, wird das Ablaufventil (24) geschlossen. Auf diese Weise können sich Ablaufzyklen und Zulaufzyklen überlappen und es können sich mehrere Zulaufzyklen akkumulieren, um anschließend durch Ablaufzyklen abgearbeitet zu werden. Die Einrichtung ermöglicht eine hohe Flexibilität und Störsicherheit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Flüssigkeitshaushalts in einer Verdunstungsanlage.

In EP 0 047 483 B1 ist ein Verfahren zur Regelung des Flüssigkeitshaushalts einer Verdunstungsanlage beschrieben. Bei der Verdunstungsanlage handelt es sich um eine Kühl- oder Verdampfungsanlage, bei der eine Flüssigkeitsmenge, z. B. Wasser in einem offenen Kreislauf zirkuliert, wobei jeweils ein Teil der Flüssigkeit einem Verdunstungskühler oder Verdampfer zugeführt wird. Die verdampfende Flüssigkeit lässt Lösungsbestandteile, wie z. B. Salze zurück, so dass sich die Konzentration der Lösungsbestandteile in der nicht verdampfenden Flüssigkeit erhöht. Die verdampfte Flüssigkeitsmenge wird durch Zufuhr von Frischflüssigkeit ausgeglichen. Um zu verhindern, dass die Konzentration der Lösungsbestandteile in der im Kreislauf befindlichen Flüssigkeit ständig ansteigt, muss dem Kreislauf eine bestimmte Menge an Flüssigkeit mit hohem Konzentrationsgehalt an Lösungsbestandteilen entzogen werden. Diesen Vorgang bezeichnet man als Abschlämmen. Bei der Konzipierung einer Verdunstungsrückkühlanlage wird eine "Eindickungszahl EZ" festgelegt. Diese Eindickungszahl gibt das Verhältnis (Salzgehalt im Kühlkreislauf) : (Salzgehalt im Frischwasser) an. Wenn die Eindickungszahl EZ = 2 ist, bedeutet dies, dass der Salzgehalt im Kühlkreislauf doppelt so groß ist, wie der Salzgehalt im Frischwasser. Um die Eindickungszahl EZ = 2 aufrecht zu erhalten, muss jeweils dann, wenn eine bestimmte Menge an Frischwasser zugeführt worden ist, die halbe Menge an Abschlämmwasser aus dem Kreislauf abgelassen werden.

Bei dem Verfahren nach EP 0 047 483 B1 sind in der Zulaufleitung und der Ablaufleitung Durchflussmesser enthalten, die beim Durchfluss einer bestimmten Flüssigkeitsmenge jeweils einen elektrischen Impuls erzeugen. Die Impulse werden einem ersten Zähler für den Zulauf und einem zweiten Zähler für den Ablauf zugeführt. Beide Zähler zählen bis zu unterschiedlichen (einstellbaren) Zählerständen. Der Zufluss wird durch Konstanthalten eines Flüssigkeitsniveaus in einem Kühlwasserreservoir gesteuert. Er bildet also die Führungsgröße. Eine vorgegebene Impulszahl von Zulaufimpulsen bildet einen Zulaufzyklus und eine vorgegebene andere Anzahl von Ablaufimpulsen bildet einen Ablaufzyklus. Immer dann, wenn ein Zulaufzyklus abgeschlossen ist, wird ein Flip-Flop gesetzt, welches das Ablaufventil öffnet und damit den Ablaufzyklus einleitet. Bei Erreichen der für den Ablaufzyklus maßgeblichen Impulszahl wird das Flip-Flop rückgesetzt, so dass das Ablaufventil wieder geschlossen wird. Auf diese Weise ist jedem Zulaufzyklus ein unmittelbar nachfolgender Ablaufzyklus zugeordnet. In dem offenen Kreislauf wird die gleiche Flüssigkeitsmenge beibehalten. Jeweils dann, wenn eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge dem Kreislauf zugeführt worden ist, erfolgt ein normierter Abschlämmvorgang, bei dem dem Kreislauf eine definierte Flüssigkeitsmenge entzogen wird. Auf diese Weise wird ohne Messung des Konzentrationsgehalts der Lösungsbestandteile die vorgewählte Eindickungszahl EZ auf dem vorgesehenen Wert konstant gehalten.

Es kann vorkommen, dass der Abschlämmvorgang sehr langsam erfolgt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Ablaufleitung teilweise verstopft ist, oder wenn der Ablauf nur unter Schwerkrafteinfluss erfolgt. Dann kann der Fall eintreten, dass der nächste Zulaufzyklus unter Steuerung durch den Schwimmer in dem Kühlwasserreservoir bereits eingeleitet wird, bevor der laufende Ablaufzyklus beendet ist. In diesem Fall versagt die Regelung, weil das gewünschte Verhältnis von zulaufender Flüssigkeitsmenge zu abgeschlämmter Flüssigkeitsmenge nicht eingehalten wird. Ähnliche Schwierigkeiten treten auf, wenn das in der Ablaufleitung enthaltene Ablaufventil ein Ablaufventil ist, das zum Öffnen und Schließen jeweils eine bestimmte Zeitspanne benötigt. Wenn der Impuls zum Schließen des Ablaufventils eingetroffen ist, vergeht noch die Zeitspanne bis das Ablaufventil endgültig geschlossen hat. In dieser Zeitspanne läuft weiter Flüssigkeit ab, deren Menge sich zu derjenigen eines Zyklus addieren kann, so dass der nächstfolgende Abschlämmvorgang gewissermaßen vorweggenommen ist, aufgrund der Steuerung dann aber noch einmal durchgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, um die Regelung des Flüssigkeitshaushalts in einer Verdampfungsanlage störungsunabhängig zu machen und eine größere Flexibilität im Regelungsbereich zu ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß bei dem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bei der Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.

Erfindungsgemäß wird die Anzahl der durchgeführten Zulaufzyklen und die Anzahl der durchgeführten Ablaufzyklen jeweils gezählt und es wird von beiden die Differenz gebildet. Diese Differenz kann größer sein als 1. Das Abführen von Flüssigkeit erfolgt solange, wie die Differenz größer ist als 0. Damit ist auch eine Betriebsweise möglich, bei der nicht nach jedem Zulaufzyklus ein Ablaufzyklus erfolgt. Vielmehr können Ablaufzyklen unmittelbar in einander übergehen und es ist möglich, dass sich durch starken Zulauf ein Ablaufbedarf einstellt, der größer ist als ein Ablaufzyklus. Die gespeicherten und akkumulierten Zulaufzyklen werden in den entstehenden Arbeitspausen durch Ablaufzyklen abgearbeitet. Dadurch, dass die Differenz zwischen Zulaufzyklen und Ablaufzyklen eine Zahl, die größer ist als 1, annehmen kann, wird erreicht, dass ein größerer Pufferbereich zur Verfügung steht, und dass die Regelung nicht außer Tritt gerät, wenn der Ablauf zu langsam erfolgt, oder wenn durch langsame Schließung des Zulaufsventils noch ein Nachlaufen im Ablauf erfolgt.

Allerdings ist es zweckmäßig, die tolerierbare Differenz zwischen Zulaufzyklen und Ablaufzyklen zu begrenzen, da anderenfalls die Gefahr besteht, dass das Kühlwasserreservoir überläuft, beispielsweise bei Verstopfung des Ablaufs. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Notabschaltung, wenn die Differenz einen vorgegebenen Grenzwert erreicht. Dieser Grenzwert ist eine ganze Zahl, die größer ist als 1. Sie hat beispielsweise den Wert vier, so dass die Notabschaltung erfolgt, wenn sich die Differenz auf vier Zyklen kumuliert hat.

Das Abführen von Flüssigkeit wird gesperrt, wenn die Differenz gleich oder kleiner als 0 wird. Kleiner als 0 kann die Differenz dann werden, wenn ein Nachlaufen im Ablauf auftritt, beispielsweise in Folge langsamen Schließens des Ablaufventils oder im Falle einer Undichtigkeit.

Eine Notabschaltung erfolgt, wenn die Differenz negativ ist und einen vorgegebenen Grenzwert erreicht. In diesem Fall wird auf einen Fehler im Flüssigkeitssystem oder in der Regeleinrichtung geschlossen.

Die Differenz kann zweckmäßigerweise mit einer Zählvorrichtung gebildet werden, die durch die Zufluss-Impulse hochgezählt und durch die Abfluss-Impulse heruntergezählt wird. Eine solche Zählvorrichtung stellt eine Bilanziereinrichtung dar, die ein Signal über die abzuschlämmende Flüssigkeitsmenge liefert.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Wasserkreislaufs einer Verdunstungsrückkühlanlage mit Regelung der Abschlämmwassermenge und

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der Regeleinrichtung, die in dem Kreislauf nach Fig. 1 benutzt wird.

Die Darstellung in Fig. 1 entspricht dem grundsätzlichen Aufbau der Regeleinrichtung nach EP 0 047 483 B1.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Verdunstungskühler bezeichnet, bei dem es sich beispielsweise um einen Kühlturm handeln kann. Dem Verdunstungskühler 10 wird das von einem Verbraucher 11 erwärmte Wasser zugeführt. Im Verdunstungskühler 10 verdampft ein Teil des Wassers, während das übrige Wasser durch die entstehende Verdunstungskälte gekühlt wird. Das abgekühlte Wasser fällt aus einem Verdunstungskühler 10 in ein Kühlwasserreservoir 12, das unterhalb des Verdunstungskühlers angeordnet ist. Von dem Kühlwasserreservoir 12 führt über ein Pumpe 13 eine Leitung 14 zum Verbraucher 11. Auf diese Weise wird das Kühlwasser aus dem Kühlwasserreservoir 12 dem Verbraucher 11 zugeführt, wo es sich erwärmt. Anschließend erfolgt eine Abkühlung im Verdunstungskühler 10 und der Rücklauf in das Kühlwasserreservoir 12.

Da ein Teil der Kühlwassermenge im Verdunstungskühler 10 durch Verdampfung entweicht, muss dem Kühlwasserreservoir 12 Frischwasser zugeführt werden. Zu diesem Zweck ist ein durch einen Schwimmer 15 geregeltes Ventil 16 in eine Frischwasserleitung 17 eingeschaltet, die in das Kühlwasserreservoir 12 mündet. Der Schwimmer 15 bewirkt in Verbindung mit dem Ventil 16 die Einhaltung eines konstanten Wasserstandes im Kühlwasserreservoir 12.

In die Frischwasserleitung 17 ist ein Durchflussmesser 18 geschaltet, bei dem es sich z. B. um einen Kontaktwasserzähler handeln kann, der mit einem Flügelrad ausgestattet ist, das von dem die Frischwasserleitung 17 durchströmenden Wasser angetrieben wird und nach Durchfluss einer bestimmten Wassermenge jeweils einen Impuls abgibt. Diese Impulse werden der Regeleinrichtung 20 zugeführt.

Die Leitung 14 des Kreislaufs ist an eine Ablaufleitung 21 angeschlossen, die einen Durchflussmesser 22 enthält, der in gleicher Weise ausgebildet sein kann, wie der Durchflussmesser 18. Auch der Durchflussmesser 22 liefert der Durchflussmenge entsprechende Impulse an die Regeleinrichtung 20.

In die Ablaufleitung 21 ist ferner ein manuell bedienbares Absperrventil 23 und ein Ablaufventil 24 geschaltet. Das Ablaufventil 24 wird von der Regeleinrichtung 20 in noch zu erläutender Weise gesteuert.

Gemäß Fig. 2 werden in der Regeleinrichtung 20 die Impulse der Durchflussmesser 18 und 22 verarbeitet. Die Impulse des Durchflussmessers 18 werden in einem ersten Zähler 30 gezählt, der von einem vorgegebenen Zählerstand aus herunterzählt und einen Ausgangsimpuls liefert, wenn der Zählerstand den Wert 0 erreicht hat. Jeder Ausgangsimpuls des Zählers 30 entspricht einem Zulaufzyklus ZZ.

Der Durchflussmesser 22 liefert Impulse an einen Zähler 31, der ebenfalls von einem vorgegebenen Wert aus herunterzählt und einen Ausgangsimpuls liefert, wenn der Zählerstand den Wert 0 erreicht hat. Jeder Ausgangsimpuls des Zählers 31 entspricht einem Ablaufzyklus AZ. Das Verhältnis der voreingestellten Zahlen, von denen die Zähler 30 und 31 herunterzählen, entspricht der Eindickungszahl EZ, unter der Vorraussetzung, dass die Durchflussmesser 18 und 22 die gleiche Impulszahl pro Durchflussvolumen liefern.

Die Impulse, die jeweils einen Zulaufzyklus ZZ repräsentieren, werden dem Plus-Eingang einer Zählvorrichtung 32 zugeführt, so dass jeder Zulaufzyklus-Impuls den Zählerstand der Zählvorrichtung 32 um "1" erhöht. Die Impulse, die jeweils einen Ablaufzyklus AZ repräsentieren, werden dem Minus-Eingang der Zählvorrichtung 32 zugeführt und vermindern den Zählerstand um "1". Die Zählvorrichtung 32 führt eine Bilanzierung durch und sie liefert ein Ausgangssignal B, das den aktuellen Zählerstand der Zählvorrichtung 32 repräsentiert. Der Zählerstand B wird in einem Komparator 33 daraufhin untersucht, ob er größer ist als 0. Wenn dies der Fall ist, wird an eine Steuereinrichtung 34 für das Ablaufventil 24 ein Öffnungssignal AUF geliefert, wodurch das Ablaufventil 24 zum Abschlämmen geöffnet wird. Der Zählwert B wird einem weiteren Komparator 35 zugeführt, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Zählwert B gleich oder kleiner als 0 ist. In diesem Fall wird der Steuereinrichtung 34 der Schließbefehl ZU zugeführt, wodurch das Ablaufventil 24 in den Schließzustand gesteuert wird.

Ein weiterer Komparator 36 prüft, ob der Zählwert kleiner (negativer) ist als ein negativer Grenzwert -B_G1. Dieser Grenzwert hat beispielsweise den Wert -3. Wenn der Zählwert B kleiner ist als -3 wird ein Störalarm StI erzeugt. Dieser Fall tritt beispielsweise ein, wenn das Ventil wegen eines Defekts nicht geschlossen werden kann oder undicht ist.

Ein weiterer Komparator 37 prüft, ob der Zählwert B größer ist als ein Grenzwert B_G2, der beispielsweise den Wert 4 hat. Wenn der Zählwert B größer ist als B_G2 wird ein Störungsalarm StII erzeugt. Dieser Fall tritt ein, wenn die Ablaufleistung dauerhaft zu klein ist oder der Ablauf aufgrund einer Funktionsstörung nicht geöffnet werden kann. Wenn der Zählwert B zwischen 0 und B_G2 liegt, wird oder bleibt das Ablaufventil 24 geöffnet.

Die Regeleinrichtung 20 stellt fest, ob die Zahl der vollzogenen Ablaufzyklen der Zahl der angeforderten Ablaufzyklen (Anforderungszyklen) entspricht und sie speichert eine etwaige Differenz. Die gespeicherten Zyklen, die von dem Zählwert B repräsentiert werden, werden anschließend abgearbeitet. Übersteigt die Zahl der gespeicherten Zyklen bestimmte Grenzwerte in negativer oder positiver Richtung, wird Alarm erzeugt.

Wenn der Zählwert B positive Werte annimmt, die größer sind als 1 bedeutet dies, dass das Abschlämmen nicht nachkommt. Dies wird bis zu einem bestimmten Grenzwert (in diesem Fall B_G2 "vier") toleriert. Bei diesem Grenzwert müssten vier Abschlämmzyklen nachgearbeitet werden.

Wird andererseits zu viel Flüssigkeit durch das Ablaufventil 24 abgeschlämmt, wird der Zählwert B negativ. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Ablaufventil 24 undicht wird. Auch ein solches übermäßiges Abschlämmen wird bis zu einem gewissen Grenzwert (B_G1) toleriert. Wird trotz des Sperrens des Ablaufventils 24 der Grenzwert -BG1 unterschritten, dann erfolgt eine Störmeldung.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Zulaufzyklen und die Ablaufzyklen unabhängig von einander ablaufen und gezählt werden. Sie können einander zeitlich überlappen. Der nächste Zulaufzyklus kann bereits beginnen, während der vorige Ablaufzyklus noch läuft. Die Regelvorrichtung ist daher flexibel und wenig störanfällig.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Flüssigkeitshaushalts in einer Verdunstungsanlage, die eine Zulaufleitung (17) für den Zufluss und eine Ablaufleitung (14) für das Abschlämmen aufweist, mit den Schritten

- Steuern des Zuflusses durch Konstanthalten eines Flüssigkeitsniveaus in einem Kühlwasserreservoir (12),

- Messen der zufließenden Flüssigkeitsmenge durch Erzeugung und Zählung von Impulsen, wobei eine vorbestimmte erste Impulszahl einen Zulaufzyklus ZZ bildet,

- Abführen von Flüssigkeit aus dem Kühlwasserreservoir (12) und Messen der abgeführten Flüssigkeitsmenge durch Erzeugung und Zählung von Impulsen, wobei eine vorbestimmte zweite Impulszahl einen Ablaufzyklus (AZ) bildet,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die Differenz der Anzahl der durchgeführten Zulaufzyklen (ZZ) minus der Anzahl der durchgeführten Ablaufzyklen (AZ) ermittelt wird,

- und dass, solange die Differenz größer ist als 0 das Abführen der Flüssigkeit erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störmeldung (StII) erfolgt, wenn die Differenz einen vorgegebenen Grenzwert (B_G2) erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abführen von Flüssigkeit gesperrt wird, wenn die Differenz gleich oder kleiner als 0 wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störmeldung (StII) erfolgt, wenn die Differenz negativ ist und einen vorgegebenen Grenzwert (-BG1) erreicht.

5. Vorrichtung zur Regelung des Flüssigkeitshaushalts in einer Verdunstungsanlage, die eine Zulaufleitung (17) für den Zufluss und eine Ablaufleitung (21) für das Abschlämmen aufweist, mit in der Zulaufleitung und der Ablaufleitung (21) enthaltenen Durchflussmessern (18, 22) und Zählvorrichtungen (30, 31) zum Zählen der von den Durchflussmessern erzeugten Impulse, wobei eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen des Durchflussmessers (18) der Zulaufleitung (17) einen Zulaufzyklus (ZZ) bildet und eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen des Durchflussmessers (22) der Ablaufleitung (21) einen Ablaufzyklus (AZ) bildet, gekennzeichnet durch eine Zählvorrichtung (32) zur Bildung der Differenz (B) zwischen den durchgeführten Zulaufzyklen und den durchgeführten Ablaufzyklen, wobei ein in der Ablaufleitung (21) enthaltenes Ablaufventil (24) im Öffnungszustand gehalten wird, solange die Differenz größer ist als 0.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablaufventil ein Motorventil ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählvorrichtung (32) von Impulsen, die jeweils einen Zulaufzyklus (ZZ) repräsentieren aufwärts gezählt wird und von Impulsen, die jeweils einen Ablaufzyklus (AZ) repräsentieren abwärts gezählt wird.