DE102017130110A1 - Liquid treatment plant and method for its operation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung einer Rohflüssigkeit (1), insbesondere von Wasser, bei der mittels Wärmeübertrager (3) die Rohflüssigkeit (1) destilliert wird, sowie ein Verfahren zum Betrieb derselben. Die Wärmeübertrager (3) sind mit Einrichtungen (4) zur Erfassung einer Schwingung sowie mit Einrichtungen (5) zur Anregung des Wärmeübertragers (3) zu erzwungenen Schwingungen verbunden. Von einer Auswerteeinheit (7) werden die von den Einrichtungen (4) zur Erfassung einer Schwingung erfassten Schwingungen der Wärmeübertrager (3) hinsichtlich der Bestimmung eines Betriebszustandes evaluiert. Mittels der Einrichtungen (5) zur Anregung des Wärmeübertragers (3) zu erzwungenen Schwingungen können sowohl im laufenden Betrieb die Verdampfung als auch das Ablösen von Verunreinigungen während eines Reinigungszyklus unterstützt werden.The invention relates to a device for processing a raw liquid (1), in particular of water, in which by means of heat exchangers (3) the crude liquid (1) is distilled, and a method for operating the same. The heat exchanger (3) are connected to means (4) for detecting a vibration as well as to means (5) for exciting the heat exchanger (3) to forced oscillations. An evaluation unit (7) evaluates the vibrations of the heat exchangers (3) detected by the means (4) for detecting a vibration with regard to the determination of an operating state. By means of the means (5) for exciting the heat exchanger (3) to forced oscillations, both during operation, the evaporation and the removal of impurities during a cleaning cycle can be supported.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Destillation von Flüssigkeiten, insbesondere zur Wasseraufbereitung für die Gewinnung von Trinkwasser, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Anlage, insbesondere zur Entfernung von Ablagerungen, die sich in einer Wasseraufbereitungsanlage während deren Betriebes ansammeln.The invention relates to a device for the distillation of liquids, in particular for the treatment of water for the production of drinking water, and a method for operating such a system, in particular for the removal of deposits that accumulate in a water treatment plant during their operation.
Die stetige Zunahme der Weltbevölkerung bringt einen fortwährend wachsenden Bedarf an Wasser, sowohl zur Versorgung der Menschen mit Trinkwasser als auch zur Bewässerung von Feldern sowie zur Viehzucht, mit sich. Aufgrund des Klimawandels verschärft sich diese Situation, insbesondere in ariden Gebieten. Die Nutzung von Oberflächen- oder Grundwasser ist zwar zumeist kostengünstig, jedoch nur bei Vorhandensein entsprechender Wasserresourcen nutzbar. Hierbei ist auch deren Erschöpfung ein weltweites, kritisches Problem.The steady increase in the world's population brings with it an ever-increasing demand for water, both to supply people with drinking water and to irrigate fields and livestock. Due to climate change, this situation is exacerbated, especially in arid areas. Although the use of surface or groundwater is usually cost-effective, it can only be used in the presence of appropriate water resources. Their exhaustion is also a critical problem worldwide.
Es ist bekannt, Wasser mittels Entfeuchtung von Luft zu gewinnen. Derartige Geräte sind jedoch auf feuchte Luft angewiesen, wobei Wassergewinnung in einem größeren Maßstab nicht möglich ist.It is known to recover water by dehumidifying air. Such devices, however, rely on moist air, water production is not possible on a larger scale.
Weiterhin ist bekannt, Wasser mittels Entsalzung von Meerwasser zu gewinnen. Momentan ist etwa 1 % der Weltbevölkerung auf die Meerwasserentsalzung zur Deckung ihres täglichen Wasserbedarfes angewiesen. Die UN schätzt jedoch, dass bis zum Jahre 2025 etwa 14% der Weltbevölkerung unter Wassermangel leiden werden, sodass die Meerwasserentsalzung zunehmend an Bedeutung gewinnen wird. Insbesondere für trockene Länder ist die Meerwasserentsalzung wichtig, wie z. B. Australien, wo traditionell Regenwasser mittels Dämmen gesammelt wird.Furthermore, it is known to recover water by means of desalination of seawater. Currently, about 1% of the world's population depends on seawater desalination to meet their daily water needs. However, the UN estimates that by the year 2025, about 14% of the world's population will be dehydrated, so that seawater desalination will become increasingly important. Especially for dry countries, seawater desalination is important, such. For example, Australia, where rainwater is traditionally collected by means of dams.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Einrichtungen bekannt, die Meerwasser in die Bestandteile Salz bzw. Sole und Trinkwasser trennen, sodass diese größtenteils entweder für die Trinkwasser- oder die Salzgewinnung genutzt werden.The prior art discloses methods and devices which separate seawater into the components salt or brine and drinking water, so that these are largely used either for drinking water or salt production.
Eine Ausführungsart derartiger Anlagen sind so genannte MVC-Anlagen (Mechanical Vapor Compression). In solchen Anlagen wird Meerwasser teilweise verdampft, wobei das Salz in der Sole zurückbleibt. Der entstehende Dampf wird verdichtet, sodass seine Phasenwechseltemperatur ansteigt. Er wird nun dem Verdampfer wieder zugeleitet und dient dort als Heizdampf. Dabei kondensiert er, wobei das Kondensat das Produktwasser darstellt.
Ein weiteres Verfahren zur Meerwasserentsalzung ist die MED (Multiple-Effect Distillation). Hierbei wird das Rohwasser durch mehrere Stufen, die sog. „Effekte“ geleitet. Wasser wird auf Rohre gesprüht, durch welche Dampf geleitet wird. Dadurch verdampft das Wasser und dieser Dampf wird in einer nächsten Stufe wieder zum Erhitzen von Rohwasser eingesetzt. Dieses Verfahren gilt als das thermodynamisch effizienteste, da Dampf bzw. Abwärme nahegelegener Industrieanlagen verwendet werden kann.Another method of seawater desalination is the MED (Multiple-Effect Distillation). Here, the raw water is passed through several stages, the so-called "effects". Water is sprayed on pipes through which steam is passed. As a result, the water evaporates and this steam is used in a next stage again for heating raw water. This process is considered to be the most thermodynamically efficient since steam or waste heat from nearby industrial plants can be used.
Ein generelles Problem der Wasseraufbereitungsanlagen ist deren Verschmutzung durch Ablagerung von Kalk, Salzen oder biogenen Rückständen. Diese beeinträchtigen z. B. den Transport von Wärme in Wärmeübertragern.A general problem of water treatment plants is their contamination by the deposition of lime, salts or biogenic residues. These affect z. B. the transport of heat in heat exchangers.
Die Notwendigkeit einer Reinigung ist bislang nur anhand reduzierter Wassererzeugungsraten oder aufwendiger labortechnischer Tests erkennbar. Zur Reinigung werden oftmals aggressive Flüssigkeiten, wie z. B. Laugen oder Säuren, durch die Anlagen geleitet. Dies macht jedoch eine nachfolgende gründliche Spülung notwendig, um eine Kontamination des zu erzeugenden Trinkwassers zu vermeiden. Außerdem erfolgt die Reinigung in üblicher Weise mittels eines Rückspülvorganges, bei welchem die Anlage „rückwärts“, d. h. entgegen der im Betrieb vorliegenden Strömungsrichtung, durchgespült wird.The need for cleaning has hitherto only been recognizable by means of reduced water production rates or complex laboratory tests. For cleaning are often aggressive liquids such. As alkalis or acids, passed through the equipment. However, this requires a subsequent thorough flushing to avoid contamination of the drinking water to be produced. In addition, the cleaning in the usual way by means of a backwashing, in which the system "backwards", d. H. is flushed against the flow direction present in operation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Flüssigkeitsaufbereitungsanlage anzugeben, bei welchem eine zielgerichtete Reinigung nur im Bedarfsfalle und ohne Einsatz aggressiver Chemikalien bzw. eines Rückspülvorganges erfolgen soll. Außerdem soll eine Flüssigkeitsaufbereitungsanlage bereitgestellt werden, die bedarfsgerecht eine effektive Reinigung mit geringem und kostengünstigem Chemikalieneinsatz erlaubt.The invention has for its object to provide a method for operating a liquid processing system in which a targeted cleaning should be done only in case of need and without the use of aggressive chemicals or a backwashing process. In addition, a liquid treatment plant is to be provided, which allows effective cleaning with low and cost-effective use of chemicals as needed.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1 sowie die Flüssigkeitsaufbereitungsanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Anspruch 7 gelöst; zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6 bzw. 8 bis 11.This object is achieved by the method with the features of
Gemäß der Erfindung werden ein Verfahren zum Betrieb einer Flüssigkeitsaufbereitungsanlage, insbesondere einer Wasseraufbereitungsanlage zur Gewinnung von Frischwasser, sowie eine Flüssigkeitsaufbereitungsanlage, bei der der Verschmutzungsgrad durch Erfassen und Auswerten von Schwingungszuständen, insbesondere der Wärmeübertrager, sowie zumindest das Reinigen mit Vibrationsunterstützung erfolgt, bereitgestellt.According to the invention, a method for operating a liquid treatment plant, in particular a water treatment plant for the recovery of fresh water, and a liquid treatment plant, in which the degree of contamination by detecting and evaluating vibration conditions, in particular the heat exchanger, and at least the cleaning is carried out with vibration support, provided.
Bevorzugt ist das Verfahren anwendbar auf Flüssigkeitsaufbereitungsanlagen, die mindestens einen Wärmeübertrager in Form eines Verdampfers umfassen, in welchem die zu reinigende Rohflüssigkeit, z. B. Meerwasser, unter Wärmezufuhr und/oder Druckabsenkung zumindest teilweise verdampft wird.Preferably, the method is applicable to liquid treatment plants, the at least a heat exchanger in the form of an evaporator, in which the raw liquid to be cleaned, for. As seawater is at least partially evaporated with heat and / or pressure reduction.
Erfindungsgemäß werden mittels Schwingungssensoren die während des Betriebes der Anlage auftretenden Schwingungen erfasst. Die Schwingungssensoren sind bevorzugt an dem oder den Wärmeübertragern angebracht.According to the invention, the vibrations occurring during operation of the system are detected by means of vibration sensors. The vibration sensors are preferably attached to the heat exchanger (s).
In vorteilhafter Weise werden Schwingungssensoren verwendet, die Schwingungen in einem breiten Frequenzbereich erfassen können und diese in ein elektrisches Signal konvertieren. Dieses elektrische Schwingungssignal kann von einer Auswerteeinrichtung, die beispielsweise Bestandteil einer Steuerungs- und Regelungseinheit der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage ist, in ein diskretes Frequenzspektrum, bei welchem diskreten Frequenzwerten jeweils ein Amplitudenwert zugeordnet ist, oder ein quasikontinuierliches Frequenzspektrum umgewandelt werden. Eine derartige Umwandlung erfolgt mittels bekannter Verfahren, z. B. einer diskreten Fouriertransformation.Advantageously, vibration sensors are used which can detect vibrations in a wide frequency range and convert them into an electrical signal. This electrical oscillation signal can be converted by an evaluation device, which is for example part of a control and regulation unit of the liquid treatment plant, into a discrete frequency spectrum, in which discrete frequency values are each assigned an amplitude value, or a quasi-continuous frequency spectrum. Such a conversion is carried out by known methods, for. B. a discrete Fourier transform.
Das (diskrete oder quasi-kontinuierliche) Frequenzpektrum wird, z. B. von der Auswerteeinrichtung, analysiert hinsichtlich einer zeitlichen Änderung von Frequenz und/oder Amplitude von vorgegebenen Schwingungsmoden. Diese vorgegebenen Schwingungsmoden können Resonanzfrequenzen der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage, der Wärmeübertrager oder weiterer Komponenten der Anlage sein. Als Schwingungsmoden können auch vorgegebene Frequenzbereiche verstanden werden, die sich von einer Startfrequenz bis zu einer Endfrequenz quasi-kontinuierlich erstrecken.The (discrete or quasi-continuous) frequency spectrum is, for. B. from the evaluation, analyzed with respect to a temporal change of frequency and / or amplitude of predetermined vibration modes. These predetermined vibration modes may be resonant frequencies of the liquid treatment plant, the heat exchanger or other components of the system. As oscillation modes and predetermined frequency ranges can be understood, which extend quasi-continuously from a start frequency to a final frequency.
Die zeitlichen Änderungen von Frequenzwerten (d. h. Frequenzverschiebungen) und/oder Amplitudenwerten (d. h. Zu- oder Abnahme der Schwingungsintensität bei der entsprechenden Frequenz) werden somit während des Betriebes als Änderungswerte erfasst.The temporal changes of frequency values (i.e., frequency shifts) and / or amplitude values (i.e., the increase or decrease in the vibration intensity at the corresponding frequency) are thus detected as change values during operation.
Überschreitet einer oder mehrere dieser Änderungswerte einen jeweils vorgegebenen Grenzwert, so wird ein Ereignis ausgelöst. Das Durchführen eines Reinigungszyklus ist ein derartiges Ereignis.If one or more of these change values exceeds a given limit, an event is triggered. Performing a cleaning cycle is one such event.
Zur Durchführung eines Reinigungszyklus wird eine Reinigungsflüssigkeit in die Flüssigkeitsaufbereitungsanlage eingeleitet. Hierbei kann die Zufuhr der aufzubereitenden Rohflüssigkeit in die Anlage gestoppt werden, sodass (nach einer gewissen Austauschzeit der Flüssigkeiten) ausschließlich die Reinigungsflüssigkeit durch die Anlage läuft. Alternativ kann die Reinigungsflüssigkeit der aufzubereitenden Rohflüssigkeit zugemischt werden, sodass ein Gemisch aus Reinigungsflüssigkeit und Rohflüssigkeit durch die Anlage läuft.To carry out a cleaning cycle, a cleaning liquid is introduced into the liquid treatment plant. In this case, the supply of the raw liquid to be reprocessed can be stopped in the system, so that (after a certain exchange time of the liquids) only the cleaning liquid passes through the system. Alternatively, the cleaning liquid can be admixed with the raw liquid to be processed so that a mixture of cleaning liquid and raw liquid passes through the system.
Mit dem Einleiten der Reinigungsflüssigkeit werden der Betriebsdruck und/oder die Betriebstemperatur zumindest in einzelnen Komponenten der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage geändert. Die hierfür zu berücksichtigenden Komponenten der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage sind vorzugsweise die Wärmeübertrager. Zum Beispiel kann der Betriebsdruck in der gesamten Anlage erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Betriebstemperatur, z. B. in vorgegebenen Wärmeübertragern der Anlage, geändert, z. B. abgesenkt, werden.With the introduction of the cleaning liquid, the operating pressure and / or the operating temperature are changed at least in individual components of the liquid treatment plant. The components of the liquid treatment system to be considered for this purpose are preferably the heat exchangers. For example, the operating pressure in the entire system can be increased. Alternatively or additionally, the operating temperature, for. B. in predetermined heat exchangers of the system, changed, for. B. lowered, be.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen werden während des Reinigungszyklus zumindest einzelne Komponenten, z. B. die Wärmeübertrager, der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage mittels Einrichtungen zur Schwingungsanregung, d. h. Schwingungserzeugern, zu erzwungenen Schwingungen mit vorgegebenen Frequenzen angeregt. Hierbei kann vorgesehen sein, mit nur einer diskreten Frequenz anzuregen, wobei für jede anzuregende Komponente ein separater Frequenzwert vorgesehen sein kann. Es kann vorgesehen sein, eine Reihe von Frequenzen nacheinander durchzulaufen (sog. „Chirp“), es kann aber auch in einem Frequenzband angeregt werden, wobei für jede Komponente eine jeweils dedizierte Art der Schwingungsanregung erfolgen kann.In addition to the measures described above, during the cleaning cycle at least individual components, eg. B. the heat exchanger, the liquid treatment plant by means of vibration excitation, d. H. Vibration generator, forced to forced vibrations with predetermined frequencies. It can be provided to excite with only one discrete frequency, wherein a separate frequency value can be provided for each component to be excited. It can be provided to pass through a series of frequencies one after the other (so-called "chirp"), but it can also be excited in a frequency band, wherein for each component a respective dedicated type of vibration excitation can take place.
Als Reinigungsflüssigkeit ist z. B. ein Alkohol einsetzbar. Nach Beendigung des Reinigungszyklus ist die Reinigungsflüssigkeit durch entsprechende Anpassung der Betriebsparameter Druck und Temperatur wieder ausdestillierbar. In vorteilhafter Weise kann die Reinigungsflüssigkeit somit wiederverwendet werden.As a cleaning liquid is z. As an alcohol used. After completion of the cleaning cycle, the cleaning liquid is distilled again by appropriate adjustment of the operating parameters pressure and temperature. Advantageously, the cleaning liquid can thus be reused.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine effiziente Reinigung, wobei aufgrund der Vibrationsunterstützung auch festsitzende Verkrustungen unter Verzicht auf aggressive Chemikalien gelöst und von der durchströmenden Flüssigkeit abtransportiert werden können. Somit kann auch der aufwendige Rückspülvorgang entfallen, die Reinigung erfolgt quasi während des Betriebes der Anlage.The advantage of the method according to the invention is an efficient cleaning, wherein due to the vibration support and fixed encrustations can be solved waiving aggressive chemicals and transported away from the liquid flowing through. Thus, the complex backwashing can be omitted, the cleaning is virtually during the operation of the system.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb einer Flüssigkeitsaufbereitungsanlage werden die Schwingungssensoren auch zur Erzeugung der erzwungenen Schwingungen verwendet. Beispielsweise werden Einrichtungen verwendet, die in einem ersten Betriebsmodus Schwingungen detektieren und in einem zweiten Betriebsmodus Schwingungen erzeugen können.According to one embodiment of the method for operating a fluid treatment system, the vibration sensors are also used to generate the forced vibrations. For example, devices are used which detect vibrations in a first operating mode and can generate vibrations in a second operating mode.
Es kann vorgesehen sein, dass das während des Betriebes der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage erfasste Schwingungsspektrum nur an ausgewählten Eigenmoden, z. B. der Wärmeübertrager, hinsichtlich einer Frequenzverschiebung oder Schwingungsamplitude ausgewertet wird. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für die Frequenzverschiebung und/oder die Amplitudenänderung der Eigenmoden wird sodann eine Reinigung initiiert. It can be provided that the vibration spectrum detected during operation of the liquid treatment system can only be applied to selected eigenmodes, eg. B. the heat exchanger, is evaluated in terms of frequency shift or vibration amplitude. If a predetermined limit value for the frequency shift and / or the amplitude change of the eigenmodes is exceeded, then a cleaning is initiated.
Insbesondere kann vorgesehen sein, an jedem Wärmeübertrager die Schwingungen in Bezug zum Gestell der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage zu erfassen und für jeden Wärmeübertrager separat zu analysieren.In particular, it may be provided to detect the vibrations in relation to the frame of the liquid treatment plant at each heat exchanger and to analyze them separately for each heat exchanger.
Gemäß einer Ausführungsform wird zumindest ein Referenz-Schwingungsspektrum bzw. Referenz-Fourierspektrum erstellt, indem die Schwingungen der zu überwachenden Komponenten, z. B. der Wärmeübertrager, über jeweils einen Referenz-Zeitraum hinweg erfasst werden (z. B. während des regulären, fehlerfreien Betriebs der Anlage oder nach ihrer Erstinbetriebnahme oder bei starker Verschmutzung).According to one embodiment, at least one reference oscillation spectrum or reference Fourier spectrum is created by the vibrations of the components to be monitored, for. B. the heat exchanger, over each a reference period of time to be detected (eg, during the regular, error-free operation of the system or after their initial start-up or heavy pollution).
Gemäß dieser Ausführung können in einer Lernphase Referenz-Schwingungsspektren bzw. Referenz-Fourierspektren automatisiert erlernt werden, z. B. indem über mehrere Betriebsperiodendauern hinweg Spektren ermittelt, miteinander verglichen und bei hinreichender Übereinstimmung dieser Spektren aus denselben Referenz-Schwingungsmuster (z. B. durch Mittelung) gebildet werden. Ein Referenz-Schwingungsmuster kann in Form eines Referenz-Schwingungsspektrums oder eines Referenz-Fourierspektrums vorliegen, wobei ein Referenz-Schwingungsmuster auch auf einzelne, vorgegebene Frequenzen bzw. Frequenzbereiche beschränkt sein kann.According to this embodiment, reference vibration spectra or reference Fourier spectra can be learned automatically in a learning phase, for. For example, by determining spectra over a plurality of operating period durations, comparing them with one another and forming them from the same reference oscillation patterns (eg by averaging) if these spectra match sufficiently. A reference vibration pattern may be in the form of a reference vibration spectrum or a reference Fourier spectrum, wherein a reference vibration pattern may also be limited to individual, predetermined frequencies or frequency ranges.
Ein oder mehrere Referenz-Spektren erlauben also die Festlegung von Referenz-Schwingungsmustern, wobei jedes Referenz-Schwingungsmuster einen spezifischen Betriebszustand, z. B. „sauber“ oder „verschmutzt“, der jeweiligen Komponente bzw. der Anlage beschreibt. Somit ist eine Einteilung in typische Muster bzw. Mustertypen und deren Klassifizierung möglich, wobei einem definierten Anlagen- und Betriebszustand ein entsprechendes Muster zugeordnet werden kann und diese Muster sich bei Veränderungen des Zustandes der Anlage bzw. einzelner Komponenten verändern.One or more reference spectra thus allow the definition of reference vibration patterns, each reference vibration pattern a specific operating condition, eg. B. "clean" or "dirty", the respective component or system describes. Thus, a classification into typical patterns or pattern types and their classification is possible, with a defined plant and operating state, a corresponding pattern can be assigned and these patterns change with changes in the condition of the system or individual components.
Insbesondere ist durch einen Vergleich eines während des normalen Betriebs der Anlage erfassten Schwingungsmusters mit diesen Referenz-Schwingungsmustern ein Verschmutzungsgrad der Wärmeübertrager bestimmbar. Hierzu kann eine automatisierte Mustererkennung, z. B. durch eine Auswerteeinrichtung der Steuerungs- und Regelungseinheit, eingesetzt werden.In particular, a degree of contamination of the heat exchangers can be determined by comparing a vibration pattern recorded during normal operation of the system with these reference vibration patterns. For this purpose, an automated pattern recognition, z. B. by an evaluation of the control and regulation unit, are used.
Die Erfindung kann weiter derart ausgebildet sein, dass basierend auf der Analyse der Schwingungen - z. B. mittels Vergleichs der erfassten Schwingungsmuster mit Referenz-Schwingungsmustern - ein oder mehrere Betriebsparameter, wie Temperatur, Druck, Massestrom und/oder Beimischung von Zusatzstoffen zur Rohflüssigkeit, im laufenden Betrieb der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage angepasst bzw. verändert werden. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise das erfasste Schwingungsverhalten zur Regelung der Anlage eingesetzt werden.The invention may be further configured such that based on the analysis of the vibrations -. B. by comparison of the detected vibration pattern with reference vibration patterns - one or more operating parameters, such as temperature, pressure, mass flow and / or admixture of additives to the raw liquid to be adjusted or changed during operation of the liquid processing system. As a result, the detected vibration behavior can be used to control the system in an advantageous manner.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt auch während des normalen Betriebs der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage, d. h. außerhalb der Reinigungszyklen, eine Anregung einzelner Komponenten, z. B. der Verdampfer, zu erzwungenen Schwingungen. Hierbei können permanent Schwingungen mit einer Frequenz oberhalb von 16 kHz, d. h. im Ultraschallbereich, angeregt werden. Durch diese Schwingungsanregung im Ultraschallbereich kann aufgrund einer Bildung von Bläschen eine Verdampfung der Flüssigkeit unterstützt werden.In an advantageous embodiment of the method according to the invention takes place during normal operation of the liquid processing system, d. H. outside the cleaning cycles, an excitation of individual components, eg. As the evaporator, forced vibrations. This can permanently oscillations with a frequency above 16 kHz, d. H. in the ultrasonic range, be stimulated. Due to this vibration excitation in the ultrasonic range, vaporization of the fluid can be promoted due to the formation of bubbles.
Alternativ oder zusätzlich kann eine zyklische Anregung mit Schwingungen vorgegebener Frequenzen, z. B. Resonanzfrequenzen der angeregten Verdampfer, erfolgen. Hierdurch kann eine Verschmutzung der Verdampfer effektiv verlangsamt werden, sodass Reinigungszyklen weniger häufig durchzuführen sind.Alternatively or additionally, a cyclic excitation with vibrations of predetermined frequencies, for. B. resonant frequencies of the excited evaporator, take place. As a result, contamination of the evaporator can be slowed down effectively, so that cleaning cycles are less frequent.
Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsaufbereitungsanlage umfasst mindestens einen auf einem Gestell gelagerten Wärmeübertrager zur zumindest teilweisen Verdampfung einer Rohflüssigkeit, eine Steuerungs- und Regelungseinheit mit - bevorzugt integrierter - Auswerteeinrichtung, Einrichtungen zur Erfassung einer Schwingung sowie Einrichtungen zur Anregung zu erzwungenen Schwingungen. Die Einrichtungen zur Erfassung einer Schwingung sowie die Einrichtungen zur Anregung zu erzwungenen Schwingungen sind zumindest an dem bzw. den Wärmeübertragern angeordnet.The liquid processing system according to the invention comprises at least one heat exchanger mounted on a frame for the at least partial evaporation of a raw liquid, a control and regulation unit with - preferably integrated - evaluation device, means for detecting a vibration and means for excitation to forced vibrations. The means for detecting a vibration and the means for the excitation to forced vibrations are arranged at least on the one or more heat exchangers.
Vorzugsweise sind die Einrichtungen zur Erfassung einer Schwingung und die Einrichtungen zur Anregung zu erzwungenen Schwingungen als eine bauliche Einheit, z. B. als ein Schwingungserfassungs- und -erzeugungselement, ausgeführt. Dies können Piezoelemente sein, die bei Einwirkung einer mechanischen Kraft eine elektrische Spannung erzeugen bzw. bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Bewegung ausführen. Somit kann durch Auslesen der bei Schwingungen der Wärmeübertrager von den Piezoelementen erzeugten Spannungskurven die Schwingungen erfasst und durch Anlegen eines entsprechenden Spannungsverlaufs an die Piezoelemente den Wärmeübertragern eine erzwungene Schwingung auferlegt werden.Preferably, the means for detecting a vibration and the means for exciting forced vibrations as a structural unit, for. As a vibration detecting and generating element. These can be piezoelectric elements which generate an electrical voltage when a mechanical force acts or, when an electrical voltage is applied, execute a mechanical movement. Thus, by reading the vibrations of the heat exchanger of the piezo elements generated voltage curves detects the vibrations and imposed by applying a corresponding voltage waveform to the piezoelectric elements, the heat exchangers forced oscillation.
In vorteilhafter Weise sind die Wärmeübertrager auf den Einrichtungen zur Erfassung einer Schwingung und den Einrichtungen zur Anregung (des Wärmeübertragers) zu erzwungenen Schwingungen gelagert, sodass eine Schwingung der Wärmeübertrager in Bezug zu dem Gestell erfassbar ist und die Wärmeübertrager aufgrund dieser Art der Lagerung zu exakt vorgebbaren Schwingungsmustern anregbar sind.Advantageously, the heat exchangers are mounted on the means for detecting a vibration and the means for excitation (the heat exchanger) to forced oscillations, so that a vibration of the heat exchanger in relation to the frame can be detected and the heat exchanger due to this type of storage to exactly predetermined Vibrational patterns are excitable.
Die elektrische Energie zum Betreiben der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage, insbesondere der Schwingungserzeuger und der Steuerungs- und Regelungseinheit, kann durch Anschluss der Anlage an ein öffentliches Stromnetz bereitgestellt werden. Vorzugsweise jedoch besitzt die Flüssigkeitsaufbereitungsanlage eine eigene, autarke Stromerzeugungseinheit, die Strom beispielsweise aus der Sonnenenergie z. B. mittels Fotovoltaikzellen, oder aus der Windenergie, z. B. mittels eines Rotors mit aerodynamisch wirkenden Rotorflügeln, gewinnt.The electrical energy for operating the liquid treatment plant, in particular the vibration generator and the control and regulation unit can be provided by connecting the system to a public power grid. Preferably, however, the liquid treatment plant has its own, self-sufficient power generation unit, the current, for example, from solar energy z. B. by means of photovoltaic cells, or from wind energy, for. B. by means of a rotor with aerodynamic rotor blades wins.
Die zum Verdampfen der Rohflüssigkeit benötigte Wärmeenergie kann Abwärme nahegelegener Industrieanlagen sein.The heat energy needed to evaporate the raw liquid can be waste heat from nearby industrial plants.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die Flüssigkeitsaufbereitungsanlage eine Speichereinrichtung zur Speicherung von elektrischem Strom, d. h. einen wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie, z. B. zu Zellpaketen verpackte Lithium-Ionen-Akkus, umfasst. Somit ist ein unterbrechungsfreier Betrieb gewährleistet, selbst wenn die autarke Stromerzeugungseinheit kurzzeitig, z. B. in der Nacht, keinen Strom erzeugen kann.In addition, it can be provided that the liquid processing system has a storage device for storing electrical current, ie. H. a rechargeable storage for electrical energy, eg. B. packet packaged lithium-ion batteries includes. Thus, an uninterrupted operation is ensured, even if the self-sufficient power generation unit for a short time, z. B. at night, can not generate electricity.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Stromversorgung der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage vollständig über die Speichereinrichtung zur Speicherung von elektrischem Strom erfolgt, die somit auch als Puffer für schwankende Stromerzeugungs- bzw. Strombereitstellungsbedingungen fungiert.It can be provided, in particular, that the power supply of the liquid processing system is completely via the storage device for storing electrical current, which thus also acts as a buffer for fluctuating Stromerzeugungs- or current supply conditions.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsaufbereitungsanlage ist die verlängerte Lebensdauer aufgrund der Verwendung von Schwingungssensoren zur Detektion des Verschmutzungsgrades und von Schwingungserzeugern zur Unterstützung bei der Reinigung bzw. zur Vergrößerung der Intervalle zwischen Reinigungszyklen. Somit ist die Anlage von einer im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Stillstandzeit aufgrund von Reinigung (z. B. Rückspülung) betroffen. Zusätzlich kann die Flüssigkeitsaufbereitungsanlage, wenn sie über eine autarke Stromversorgung verfügt, uneingeschränkt dezentral eingesetzt werden.The advantage of the liquid treatment plant according to the invention is the extended life due to the use of vibration sensors to detect the degree of soiling and vibrators to assist in cleaning or to increase the intervals between cleaning cycles. Thus, the plant is affected by a lower downtime compared to the prior art due to cleaning (eg backwashing). In addition, the liquid processing system can be fully decentralized if it has a self-contained power supply.
Als Wärmeübertrager kann ein Platten-Wärmeübertrager vorgesehen sein, aufweisend eine Vielzahl parallel zueinander angeordneter Platten, die jeweils mittels Dichtelementen voneinander beabstandet sind, wobei zwischen den Platten im Wechsel jeweils als Rahmenprofile ausgeführte Verdampfer- und Kondensatordichtungen eingebracht sind. Mittels zweier Abschlussplatten, die durch Zuganker verbunden sind, können die Platten und die Dichtelemente gasdicht zusammengepresst sein, wodurch ein Zerlegen des Platten-Wärmeübertragers lediglich durch Lösen der Zuganker ermöglicht ist.As a heat exchanger, a plate heat exchanger may be provided, comprising a plurality of mutually parallel plates, which are spaced from each other by means of sealing elements, wherein between the plates in alternation, respectively as frame profiles executed evaporator and condenser seals are introduced. By means of two end plates, which are connected by tie rods, the plates and the sealing elements can be compressed gas-tight, whereby a disassembly of the plate heat exchanger is made possible only by loosening the tie rods.
Die Steuerungs- und Regelungseinheit kann eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS, englisch: Programmable Logic Controller, PLC) sein.The control unit may be a Programmable Logic Controller (PLC).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die beiliegende Figur veranschaulicht, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind; hierbei zeigt die einzige Figur schematisch eine Flüssigkeitsaufbereitungsanlage gemäß einer Ausführungsform.The invention will be illustrated below with reference to an embodiment with reference to the accompanying figure, wherein the same or similar features are provided with the same reference numerals; Here, the single figure shows schematically a liquid processing system according to one embodiment.
Die in der Figur veranschaulichte Ausführungsform der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage ist eine Wasseraufbereitungsanlage zur Entsalzung von Meerwasser. Sie umfasst das Gestell
Die Wärmeübertrager
- Der Startverdampfer
3.1 , inwelchen die Rohflüssigkeit 1 , hier Meerwasser, eingeleitet und mittels Wärme der externen Wärmequelle8 teilweise verdampft wird. - Der Multi-Effekt-Wärmeübertrager
3.2 , der in diesem Beispiel in vier Stufen, den sog. „Effekten“, das aus dem Startverdampfer3.1 eingeleitete und von diesem bereits erhitzte Wasser weiter reinigt, d. h. destilliert. - Der nachgeschaltete Wärmeübertrager
3.3 , der mitdem externen Kühlkreislauf 9 in Verbindung steht.
- The starter evaporator
3.1 , in which theraw liquid 1 , here seawater, introduced and by means of heat of the external heat source8th partially evaporated. - The multi-effect heat exchanger
3.2 , which in this example in four stages, the so-called "effects" that comes from the starting evaporator3.1 initiated and further heated by this already heated water, ie distilled. - The downstream heat exchanger
3.3 that with theexternal cooling circuit 9 communicates.
Das destillierte Frischwasser wird in dem Wasserauffangbehälter
Die im Gestell
Falls die Schwingungsanalyse ergibt, dass der Grenzwert der Verschmutzung überschritten ist, wird ein Reinigungssyklus gestartet, indem über die Reinigungsmittelzuführung
Im Betrieb der Flüssigkeitsaufbereitungsanlage wird der Multi-Effekt-Wärmeübertrager
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Rohflüssigkeitraw liquid
- 22
- Gestellframe
- 33
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 3.13.1
- Startverdampferstart evaporator
- 3.23.2
- Multi-Effekt-WärmeübertragerMulti-effect heat exchanger
- 3.33.3
- nachgeschalteter Wärmeübertragerdownstream heat exchanger
- 44
- Einrichtung zur Erfassung einer Schwingung / SchwingungssensorDevice for detecting a vibration / vibration sensor
- 55
- Einrichtung zur Schwingungsanregung / SchwingungserzeugerDevice for vibration excitation / vibration generator
- 66
- Steuerungs- und RegelungseinheitControl and regulation unit
- 77
- Auswerteeinrichtungevaluation
- 88th
- Wärmequelleheat source
- 99
- KühlkreislaufCooling circuit
- 1010
- WasserauffangbehälterWater collection tank
- 1111
- Solebehälterbrine tank
- 1212
- Solepumpebrine pump
- 1313
- ReinigungsmittelzuführungOf detergents
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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-
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- 2017-12-15 DE DE102017130110.0A patent/DE102017130110B4/en active Active
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