DE102016013992A1

DE102016013992A1 - Abschhlämmbehälter mit füllstandabhängig gesteuertem zu- und ablauf

Info

Publication number: DE102016013992A1
Application number: DE102016013992.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Freudenberg; Matthias Lutze
Original assignee: JUMAG DAMPFERZEUGER GmbH
Current assignee: JUMAG DAMPFERZEUGER GmbH
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2016-11-23
Publication date: 2018-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abschlämmbehälter (1), in dem das Wasser, insbesondere Abschlämmwasser oder Erstkondensat aus einem Dampferzeuger, abhängig vom Füllstand (13) gesteuert zu- und abfließen lässt. Das Abschlämmbehälter (1) ist dabei mit Füllstandsensoren (3 und 4), einem Temperaturaufnehmer (5) und gesteuerten Ablauf- (6) und Zulaufventilen (9 und 10) ausgestattet.Dabei wird das gesteuerte Ablaufventil (6) nur geöffnet, wenn ein gewünschter Füllstand (13) überschritten wird. Wenn bei Überschreitung des gewünschten Füllstands (13) die Ablauftemperatur über der gewünschten Ablauftemperatur liegt, wird vor dem Öffnen des gesteuerten Ablaufventils (6) noch kaltes Frischwasser zur Kühlung zugeführt. Die Freigabe für ein Abschlämmen wird nur erteilt, wenn ein bestimmter Füllstand (13) nicht überschritten ist und das gesteuerte Ablaufventil (6) geschlossen ist. Die Freigabe kann durch ein Weiterleiten eines Signals an die Steuerung des Dampferzeugers (15) erfolgen und / oder durch ein Betätigen eines gesteuerten Zulaufventils (9) am Zulauf (8).Der Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass die Ablaufleitung vor Dampf geschützt wird, wenig Kühlwasser verwendet werden muss und ein Abschlämmen in ein volles Abschlämmbehälter verhindert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abschlämmbehälter, der Wasser, insbesondere Abschlämmwasser oder Erstkondensat aus einem Dampferzeuger, füllstandabhängig gesteuert zu- und abfließen lässt.
Für die Erzeugung von Dampf, wie er beispielsweise in der chemischen Industrie, in Bäckereien, in der Holz- und Spanplattenindustrie sowie auch in der Kunststofftechnik etc. eingesetzt wird, werden bekanntermaßen Dampferzeuger eingesetzt. Den Dampferzeugern, wird dabei zumeist vorgewärmtes Speisewasser über einen Speisewasservorratsbehälter aus dem öffentlichen Wasserleitungsnetz zugeführt, das über eine Pumpe mit Druck in den Kessel des Dampferzeugers eingebracht wird, der von einem Brenner, beispielsweise einem Gasbrenner, erhitzt wird, um das Wasser in Dampf umzuwandeln, welcher dann für den jeweiligen Gebrauchszweck aus dem Kessel entnommen wird.
Hierbei ergibt sich das allgemein bekannte Problem, dass das in den Dampferzeugern befindliche Wasser regelmäßig ausgetauscht werden muss, da über das zugeführte Frischwasser eine gewisse Menge an Salzen in den Kessel gelangt, die beim Verdampfen des Wassers im Kesselwasser zurückbleiben und sich demgemäß in diesem konzentrieren. Dieses nachfolgend auch als Abschlämmwasser bezeichnete Wasser muss regelmäßig im Gesamten oder auch nur teilweise aus dem Kessel abgeführt werden, um eine frühzeitige Korrosion der Kesselwände und der übrigen Einrichtungen des Dampferzeugers zu verhindern.
Weiterhin wird bei den bekannten Dampferzeugern der erzeugte Wasserdampf vor seiner Zufuhr zu dem gewünschten Verbraucher üblicherweise einem Dampftrockner zugeleitet, der dazu dient, das beim Verdampfungsprozess aus dem Kessel mitgerissene, als Erstkondensat bezeichnete Wasser aus dem Heißdampf zu entfernen.
Um das salzhaltige Abschlämmwasser sowie das ebenfalls salzhaltige Erstkondensat, die sich beide zunächst unter Druck befinden und nachfolgend der Einfachheit halber als heißes Wasser bezeichnet werden, aus dem Dampferzeuger abzuleiten, müssen diese zum einen von dem hohen Druck innerhalb des Dampferzeugers entspannt und zum anderen abgekühlt werden, da oft die Abwassernetze nur auf eine bestimmte Maximaltemperatur ausgelegt sind. Auch ist meist nur das drucklose Abführen von Wasser in das öffentliche Abwassernetz zugelassen, wobei die hierfür zugelassenen Temperaturen oft unter 50°C liegen.
Zum Entspannen und Kühlen des unter Druck stehenden heißen Wassers wird das Wasser bekanntermaßen einem Abschlämmbehälter zugeführt, in dem es beispielsweise mit einer kälteren Wasservorlage vermischt und dadurch entspannt und abgekühlt wird, oder aufgrund einer entsprechend groß dimensionierten Entlüftungsleitung entspannt wird. Um zulässige Ablauftemperaturen zu erhalten wird das Wasser oft anschließend im Abschlämmbehälter oder im Ablauf mit kaltem Wasser vermischt. Auch wird das Wasser teilweise mittels Wärmetauscher gekühlt und die Wärmeenergie zur Vorwärmung von Frischwasser genutzt.
Der Ablauf aus dem Behälter erfolgt üblicherweise über einen Überlauf.
Weiterhin ist aus der Patentschrift DE 39 20 559 A1 ein Dampferzeuger mit einem Abschlämmbehälter bekannt, in dem eine Kaltwasservorlage enthalten ist, in die hinein das aus dem Kessel entnommene heiße Wasser entspannt wird, wobei der Wasserspiegel im Abschlämmbehälter durch das eintretende Heißwasser/Dampfgemisch ansteigt und das Wasser beim Übersteigen eines bestimmten Füllstanden im Abschlämmbehälter in einen Auffangbehälter oder in das Abwassernetz abgeführt wird.
Weiterhin ist aus der Patentschrift DE 10 2009 011 953 B4 ein Abschlämmbehälter bekannt, das den Wasserfüllstand abhängig von der Temperatur im Abschlämmbehälter reguliert und somit vermeidet, dass zu heißes Wasser abgeführt wird.
Bei den zuvor beschriebenen Abschlämmvorrichtungen besteht das Problem, dass heißer Dampf über den Überlauf in die Ablaufleitungen gelangen kann. Dadurch können die Abwasserleitungen beschädigt werden oder bei einer vorhandenen Kühlung würde viel Kühlwasser verbraucht werden.
Selbst wenn ein Wassersackrohr im Überlauf verwendet wird, kann es beim Abschlämmen zu leicht erhöhtem Druck im Behälter kommen und dieser Wassersack freigedrückt werden.
Weiterhin besteht das Problem, dass die Zufuhr von Kühlwasser meist nicht genau auf die gewünschte Ablauftemperatur eingestellt werden kann und damit die Ablauftemperatur zum Teil deutlich von der gewünschten Ablauftemperatur abweicht. Dadurch entstehen ein teilweise hoher Kühlwasserverbrauch oder zu hohe Ablauftemperaturen.
Weiterhin besteht das Problem, dass ein Abschlämmen in ein noch mit Wasser gefülltes Abschlämmbehälter zu einem Bersten des Abschlämmbehälters mit hohem Schadenspotential führen kann. Die Ursache für einen vollen Abschlämmbehälter kann z.B. ein verstopfter Ablauf sein oder ein kurz hintereinander durchgeführtes Abschlämmen mehrerer Dampferzeuger.
Demgemäß hat die vorliegende Erfindung folgende Aufgaben:

- die Überlaufleitung, die auch die einzige Ablaufleitung sein kann, vor Dampfaustritt zu schützen.
- nur so viel Kühlwasser zuzuführen, dass sich die gewünschte Ablauftemperatur einstellt.
- das Abschlämmen in volle Abschlämmbehälter auszuschließen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Abschlämmbehälter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung 1 anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben:

Wie in 1 gezeigt, besteht die Erfindung aus einem Abschlämmbehälter (1) mit mindestens einer Entlüftungsleitung, (2) die möglichst am höchsten Punkt des Abschlämmbehälters (1) angebracht ist und mindestens einem Zulauf (8) von Abschlämmwasser oder Erstkondensat, die unterhalb oder oberhalb des Füllstandes (13) einer möglichen Wasservorlage (12) eingeführt werden.

Weiterhin sind an dem Abschlämmbehälter (1) ein oberer Füllstandsensor (3) und ein unterer Füllstandsensor (4) angebracht, wobei auch Varianten mit nur einem Füllstandsensor oder einer kontinuierlichen Füllstandmessung möglich sind. Am Ablauf (7) ist ein gesteuertes Ablaufventil (6) angebracht und möglichst in dessen Nähe ein Temperaturfühler (5). Im unteren Bereich des Abschlämmbehälters (1) ist weiterhin ein Frischwasserzulauf (11) angebracht, an den wiederum ein gesteuertes Ventil (10) angebracht ist.
Der Zulauf (8) von Abschlämmwasser ist mit einem gesteuerten Ventil (9) versehen.
Die Füllstandsensoren (3 und4), der Temperaturaufnehmer (5) und die gesteuerten Ventile (6, 9 und 10) sind mit einer Steuerung (14) verbunden, die wiederum mit den Steuerungen (15) anderer Geräte insbesondere der Steuerung des Dampferzeugers verbunden ist.
Anstelle einer Steuerung (14) können die oben aufgeführten Sensoren und Ventile auch über eine elektrische Schaltung miteinander verbunden sein.
Die Funktionsweise des Abschlämmbehälters (1) ist wie folgt: Das gesteuerte Ablaufventil (6) ist normalerweise geschlossen wenn der obere Füllstandsensor (3) kein Wasser detektiert. Wenn der obere Füllstandsensor (3) Wasser detektiert, wird das Ablaufventil (6) geöffnet. Das Wasser der Wasservorlage (12) fließt ab und der Füllstand (13) sinkt. Das Ablaufventil (6) bleibt zunächst auch offen, wenn der obere Füllstandsensor (3) kein Wasser detektiert und schließt erst, wenn auch der untere Füllstandsensor (4) kein Wasser mehr detektiert.
Bei einer Lösung mit nur einem Füllstandsensor bleibt das Ablaufventil (6) so lange geöffnet, bis eine vorgegebene Zeit vergangen ist. Dabei wird diese vorgegebene Zeit so gewählt, dass der Füllstand (13) auf einen gewünschten Füllstand (13) absinken kann.
Bevor jedoch das Ablaufventil (6) öffnet, wird anhand der über den Temperaturaufnehmer (5) ermittelten Wassertemperatur kaltes Frischwasser über den Frischwasserzulauf (11) dem Abschlämmbehälter (1) zugeführt, bis das Wasser die gewünschte Ablauftemperatur erreicht hat oder ein maximal gewünschter Füllstand erreicht ist.
Bevor wiederum der Abschlämmbehälter (1) mit Frischwasser gekühlt wird, kann bei Abschlämmbehältern mit integriertem Wärmetauscher das Wasser durch Wärmeabgabe an z.B. frisches Speisewasser gekühlt werden.
Ein Abschlämmen eines Dampferzeugers wird nur zugelassen, wenn der obere Füllstandsensor (3) kein Wasser detektiert und das Ablaufventil (6) geschlossen ist. Ein gesteuertes Zulaufventil (9) am Zulauf (8) des Abschlämmwassers wird nur geöffnet, wenn der obere Füllstandsensor (3) kein Wasser detektiert und das Ablaufventil (6) geschlossen ist. Das gesteuerte Zulaufventil (9) wird entsprechend geschlossen, wenn der obere Füllstandsensor (3) Wasser detektiert. Zusätzlich wird an die Steuerung (15) des Dampferzeugers ein Signal gesendet, dass das Abschlämmen gesperrt bzw. zulässig ist.
Die Steuerung überwacht die Funktionsfähigkeit der Sensoren und Ventile mit verschiedenen Methoden:

- Wenn trotz geöffnetem Ablaufventil (6) der obere Füllstandsensor (3) keine Reduktion des Wasserstandes meldet, ist entweder das Ablaufventil (6) oder der Füllstandsensor (3) defekt.
- Wenn trotz geschlossenem Ablaufventil (6) und einem anzunehmenden Anstieg des Füllstandes (13) der Füllstandsensor (3) kein Wasser detektiert, ist ebenfalls entweder das Ablaufventil (6) oder der Füllstandsensor (3) defekt.
- Wenn der obere Wasserstandsensor (3) Wasser detektiert, der untere Wasserstandsensor (4) jedoch kein Wasser detektiert ist einer der beiden Sensoren (3 oder 4) defekt.
- Wenn trotz geöffnetem Frischwasserzulaufventil (10) die Wassertemperatur nicht sinkt, ist entweder das Frischwasserzulaufventil (10) oder der Temperaturaufnehmer (5) defekt.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass kein störender Dampf durch den Ablauf strömt, die Gefahr von einem Bersten des Abschlämmbehälters reduziert wird und der Verbrauch an frischem Kühlwasser reduziert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Abschlämmbehälter
2: Entlüftungsleitung
3: oberer Füllstandsensor
4: unterer Füllstandsensor
5: Temperaturaufnehmer
6: gesteuertes Ablaufventil
7: Ablauf
8: Zulauf
9: gesteuertes Zulaufventil
10: gesteuertes Frischwasserventil
11: Zulauf für kaltes Frischwasser
12: Wasservorlage
13: Füllstand
14: Steuerung
15: Steuerung eines Dampferzeugers
16: Integrierter Wärmetauscher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3920559 A1 [0008]
DE 102009011953 B4 [0009]

Claims

Ein Abschlämmbehälter (1) zum Abführen von unter Druck stehendem heißen Wasser, insbesondere von Abschlämmwasser oder Erstkondensat aus einem Dampferzeuger, das mit einer Wassservorlage (12) gefüllt sein kann, mindestens einem Zulauf (8) zur Zufuhr des heißen Wassers und einem Ablauf (7) zur Ableitung von Wasser aus dem Abschlämmbehälter (1), ist dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Füllstandsensoren (3 und 4) einen Füllstand (13) im Behälter ermitteln und an eine Steuerung (14) melden, die wiederum ein gesteuertes Ablaufventil (6) steuert, den Zulauf zu dem Behälter steuert oder Fehlfunktionen erkennt.
Ein Abschlämmbehälter (1) nach Anspruch 1, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlämmen von Dampferzeugern gesperrt wird, wenn der obere Füllstandsensor (3) Wasser detektiert und / oder das gesteuerte Ablaufventil (6) geöffnet ist und das Abschlämmen von Dampferzeugern freigegeben wird, wenn der obere Füllstandsensor (3) kein Wasser detektiert sowie das gesteuerte Ablaufventil (6) geschlossen ist, indem die Steuerung (14) entweder ein entsprechendes Signal an die Steuerungen (15) der angeschlossenen Dampferzeuger weiterleitet oder das gesteuerte Zulaufventil (9) geöffnet oder verschlossen wird.
Ein Abschlämmbehälter (1) nach einem der obenstehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (14) das gesteuerte Ablaufventil (6) öffnen lässt wenn der obere Füllstandsensor (3) Wasser detektiert und schließen lässt, wenn der untere Füllstandsensor (4) kein Wasser detektiert.
Ein Abschlämmbehälter (1) nach einem der obenstehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Ablaufventil (6) mit oder ohne Zeitverzug nach der Detektion von Wasser durch den oberen Füllstandsensor (3) öffnet und das das gesteuerte Ablaufventil (6) mit oder ohne Zeitverzug schließt, nachdem der obere Füllstandsensor (3) kein Wasser detektiert.
Ein Abschlämmbehälter (1) nach einem der obenstehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und Schließen des gesteuerten Ablaufventils (6) bei Detektion von Wasser durch den oberen Füllstandsensor (3) zusätzlich in Abhängigkeit von einer durch den Temperaturaufnehmer (5) gemessenen Wassertemperatur erfolgt. Wenn dabei die gemessene Wassertemperatur unter einer gewünschten Ablauftemperatur liegt, wird das Ablaufventil (6) direkt geöffnet. Wenn die gemessene Wassertemperatur oberhalb einer gewünschten Ablauftemperatur liegt, wird zunächst kaltes Frischwasser über den Frischwasserzulauf (11) eingeführt, indem das gesteuerte Frischwasserventil (10) für eine vorgegebene Zeit geöffnet wird, längstens aber, bis sich die gewünschte Ablauftemperatur eingestellt hat oder ein mit einem höher gelegenen Füllstandsensor gemessener Füllstand erreicht ist und erst anschließend wird das Ablaufventil (6) geöffnet. Zusätzlich, alternativ oder vorgelagert zu dem Öffnen des gesteuerten Frischwasserzulaufventils kann das Wasser über einen Wärmetauscher gekühlt werden.
Ein Abschlämmbehälter (1) nach einem der obenstehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (14) eine Fehlermeldung generiert, wenn trotz geschlossenem Ablaufventil (6) der obere Füllstandsensor (3) kein Wasser detektiert, obwohl er seit dem letzten Schließen des gesteuerten Ablaufventils (6) Wasser detektiert hat, oder trotz geöffnetem Ablaufventil (6) der obere Füllstandsensor (3) auch nach längerer Zeit weiterhin Wasser detektiert.
Ein Abschlämmbehälter (1) nach einem der obenstehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (14) eine Fehlermeldung generiert, wenn trotz geschlossenem Ablaufventil (6) der obere Füllstandsensor (3) auch nach einem anzunehmenden Anstieg des Füllstandes (13) kein Wasser detektiert. Der ausbleibende Anstieg des Füllstandes (13) wird erkannt, wenn bei geschlossenem Ablaufventil (6) einer der Füllstandsensoren (3 oder 4) innerhalb einer definierten Zeit kein Wasser detektiert, obwohl er Wasser hätte detektieren sollen wie z.B. nach dem Abschlämmen eines Dampferzeugers oder einem längeren Zulauf von Erstkondensat bei laufender Dampfproduktion.