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Verfahren zur Regelung des Flockungsmittelzusatzes bei
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Zentrifugen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung
des Flockungsmittelzusatzes bei der Trennung von Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen
mittels Zentrifugen, wobei der Flockungsmittelfluß gemessen und mit einem Sollwert
für den Flockungsmittelbedarf verglichen wird.
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Die Fest-Flüssig-Trennung mittels Zentrifugen erfolgt unterhalb bestimmter
Korngrößen des Feststoffes üblicherweise unter Zusatz von Flockungsmitteln, welche
eine Agglomeration der Feststoffpartikel und damit eine wesentliche Erhöhung der
Absetzgeschwindigkeit im Zentrifugalkraft feld erwirken. Dabei hängt der mengenmäßige
Bedarf an Flockungsmitteln von der Art und dem Durchsatz des jeweiligen Feststoffes,
dem Feststoffgehalt der zugeführten Trübe usw. ab. Es müssen somit bei der Festlegung
der benötigten Menge an Flockungsmitteln eine Vielzahl von Einflußgrößen beachtet
werden. Hinzu kommt, daß die Zentrifuge aufgrund der ihr eigenen Funktionsweise
nur unter bestimmten Verhältnissen optimal arbeitet. Es existiert ein funktionaler
Zusammenhang zwischen dem Feststoffdurchsatz einerseits und dem Feststoffgehalt
andererseits, so daß sich zu jedem Wert des Feststoffgehaltes ein
optimaler
Wert für den Feststoffdurchsatz angeben läßt. Wird beispielsweise durch regelungstechnische
Maßnahmen bei sich verringerndem Feststoffgehalt der Feststoffdurchsatz konstant
gehalten, entsteht ein erhöhter Bedarf an Flockungsmitteln, welcher nicht nur erhöhte
Betriebskosten nach sich zieht, sondern auch eine Erhöhung des Feststoffgehaltes
im Zentrat, so daß sich die Effizienz des Trennprozesses merklich verschlechtert.
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Es sind Regelungsverfahren zur automatischen Flockungsmitteldosierung
bekannt (Korrespondenz Abwasser, 5/80, 27. Jahrgang, S. 287 ff) wobei der Feststoffgehalt
des Zentrates gemessen, mit einem Sollwert verglichen und in Abhängigkeit von der
dabei festgestellten Regelabweichung die Flockungsmittelzugabe entweder erhöht oder
erniedrigt wird. Bei dieser Regelung besteht die Gefahr, daß insbesondere bei stark
schwankenden Eigenschaften der aufgegebenen Trübe das Gesamtsystem aufgrund von
unvermeidbaren Totzeiten instabil wird, d.h. es zu einem ständigen Pendeln zwischen
Extremwerten für den Flockungsmittelbedarf kommt. Auch kann es bei einer derartigen
Regelung zu dem bekannten Phänomen der "Uberflockung" kommen, d.h. zu einer übermäßigen
Zugabe an Flockungsmitteln. Denn es kann nicht erkannt werden, ob die Regelabweichung
beispielsweise auf eine Falscheinstellung des Arbeitspunktes der Zentrifuge, nämlich
einem
dem momentanen Wert des Feststoffgehaltes nicht entsprechenden
Optimalwert des Feststoffdurchsatzes oder tatsächlich auf einem Mangel oder Überschuß
an Flockungsmitteln beruht. Als Folge hiervon stellen sich bei stark schwankenden
Eigenschaften der aufgegebenen Trübe ein erhöhter Verbrauch an Flockungsmitteln
und damit erhöhte Betriebskosten ein.
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Aus Vatten 1/78 (Sonderdruck, S. 10 ff.) ist ein Regelungsverfahren
für Zentrifugen bekannt, bei dem ein Sollwert für den Durchfluß an Flockungsmitteln
abgeleitet wird aus einem mathematischen Modell für den jeweiligen Flockungsmittelbedarf,
welches die Regelabweichung des gemessenen Feststoffgehaltes im Zentrat von einem
einstellbaren Sollwert und den jeweiligen eingangsseitig gemessenen Feststoffdurchsatz
berücksichtigt. Auch bei diesem Regelungsverfahren können Schwankungen im Feststoffgehalt
der aufgegebenen Trübe, welche eine Veränderung des Feststoffdurchsatzes erfordern
würden, nicht erkannt werden. Hierzu müßte der optimale Arbeitspunkt der Zentrifuge
somit manuell nachgeregelt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Regelung
des Flockungsmittelzusatzes zu konzipieren, welches ein Höchstmaß an Flexibilität
hinsichtlich der
Betriebsparameter des Trennprozesses bei schwankenden
Eigenschaften der aufgegebenen Trübe gewährleistet und die oben aufgeführten Nachteile
vermeidet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sollwert für
den Flockungsmittelbedarf aus einem Meßwert für den Feststoffdurchsatz, einem Meßwert
für den Feststoffgehalt des zugeführten Gemisches und einem Meßwert für den Feststoffgehalt
des Zentrates gebildet wird und daß in an sich bekannter Weise bei einer Regelabweichung
zwischen dem Sollwert für den Flockungsmittelbedarf und dem Meßwert für den Flockungsmittelfluß
letzterer verändert wird. Der Feststoffgehalt im Zentrat ist das Ergebnis der Einstellung
von Betriebsparametern der Zentrifuge und der aufgegebenen Trübe. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren werden somit Eigenschaften sowohl des Verfahrensergebnisses, nämlich des
Zentrates als auch der aufgegebenen Trübe, insbesondere auch deren Feststoffgehalt
gemessen und zur Ermittlung des Flockungsmittelbedarfs herangezogen. Auf diese Weise
ist sehr vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, Änderungen in den Eigenschaften der
aufgegebenen Trübe, welche Änderungen in den Eigenschaften des Zentrates nach sich
ziehen,als solche zu erkennen und je nach der Art dieser Änderungen unterschiedliche
Eingriffe beispielsweise mit dem Ziel einer minimalen Flockungsmittelzugabe vorzunehmen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Meßwert
für den Feststoffdurchsatz mit einem Sollwert verglichen, der seinerseits aus den
Meßwerten für den Feststoffgehalt und die Menge des zugeführten Gemisches gebildet
wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Sollwert für den Feststoffdurchsatz
jeweils dem optimalen Arbeitspunkt der Zentrifuge angepaßt ist. Hierdurch wird nicht
nur ein unnötig hoher Flockungsmittelverbrauch vermieden, sondern es werden gleichzeitig
auch stabile Verhältnisse im Bereich der Seu;schaufgabe geschaffen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer Regelabweichung
des gemessenen Wertes für den Feststoffgehalt des Zentrates der Feststoffdurchsatz
und/oder der Flockungsmittelzusatz verändert. Hierbei kann somit beispielsweise
vor einer Erhöhung des Flockungsmittelflusses eine Prüfung dahingehend durchgeführt
werden, ob der momentane Feststoffdurchsatz dem für den jeweils gemessenen Wert
des Feststoffgehaltes im G¢mlbseheinlauf optimalen Wert entspricht. Ist dies nicht
der Fall, kann vor einer Nachregulierung des Flockungsmittelflusses eine Veränderung
des Sollwertes für den Feststoffdurchsatz erfolgen und auf diese Weise die im Zentrat
gemessene Regelabweichung kompensiert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
erfolgt
die Auswahl zwischen den verschiedenen Regeleingriffen in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt
im zugeführten Gemisch. Ausgehend von einem Meßwert für den Feststoffgehalt kann
mithin in einer für das jeweilige Gemisch charakteristischen Weise ein Regeleingriff
vorgenommen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf diese Weise den Eigenschaften
des jeweiligen Gemisches optimal angepaßt werden.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei
einer Regelabweichung des gemessenen Wertes für den Feststoffdurchsatz der Durchfluß
des Gemisches und/oder eine Zufuhr von Verdünnungswasser verändert. Auf diese Weise
bestehen optimale Möglichkeiten, den Feststoffgehalt und den Feststoffdurchsatz
des eingangsseitigen GeMisGudem zentrifugenspezifischen Arbeitsbereich durch Ergänzung
bzw.
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Überlagerung der jeweiligen Steuerbereiche anzupassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden
in der Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiel.
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In der Zeichnung bezeichnet 1 eine Zentrifuge, 2 eine Leitung zur
Zuführung eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches, 3 eine Leitung zur Förderung des
in der Zentrifuge abgetrennten
Feststoffes und 4 eine Leitung
zur Abführung des Zentrates. In die Zuführungsleitung 2 kann über eine Leitung 5
Verdünnungswasser und über eine Leitung 6 Flockungsmittel zugegeben werden. Die
mengenmäßige Förderung des zu i>euhtudex Gemisches, des Verdünnungswassers und
des Flockungsmittels erfolgt über Pumpen 7, 8 und 9.
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Die Positionen 10, 11, 12 und 13 bezeichnen Meßstellen für den Feststoffgehalt
und den Durchfluß des Gemisches, den Flockungsmittelfluß und den Feststoffgehalt
des Zentrates.
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Ein Regelbaustein 14 steht über gestrichelt dargestellte Meßleitungen
15, 16, 17 und 18 mit der Zentrifuge 1 bzw.
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deren Zu- und Ableitungen 2, 4 und 6 in Verbindung.
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Die Meßleitungen dienen der Übertragung der an den Meßstellen 10,
11, 12 und 13 erfaßten Meßwerte. Mit 19, 20 und 23 sind Steuerleitungen bezeichnet,
mittels derer die Förderleistung der Pumpen 7, 8 und 9 beeinflußt wird.
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Die Pfeile auf den Meß- und Steuerleitungen kennzeichnen die Richtung
des jeweiligen Informationsflusses.
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Die durchzuführenden regelungstechnischen bzw. rechentechnischen Operationen
sind anhand eines Blockschaltbildes im Inneren des strichpunktiert umrandeten Regelbausteins
14 lediglich beispielhaft und in vereinfachter Form dargestellt.
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Der über die Meßleitung 18 gewonnene Meßwert für den Feststoffgehalt
im Zentrat wird einer Vergleichs stelle 24 zugeführt und hier mit einem mittels
eines Sollwertgebers 25 einstellbaren Wert für den Feststoffgehalt im Zentrat verglichen.
Die in der Vergleichstelle 24 ermittelte Regelabweichung gelangt über eine Leitung
26 zu einem Funktionsbaustein 27, der unter anderem der Ermittlung des Sollwertes
für den Flockungsmittelbedarf dient.
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Mit 28 ist eine Multiplizierstelle bezeichnet, mittels welcher aus
den über die Meßleitungen 15 und 16 gewonnenen Werten für den Feststoffgehalt tt/m3J
und dem Durchfluß des Gemisches Em3/h3 ein Momentanwert des aufgegebenen Feststoffes
tt/hJ erfaßt wird. Dieser Wert für den Feststoffdurchsatz wird über eine Leitung
29 einer Vergleichsstelle 30 zugeführt und hier mit einem über den Sollwertgeber
31 vorgegebenen Sollwert für den Feststoffdurchsatz verglichen.
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Die Meßwerte für den Feststoffdurchsatz und den eingangsseitigen Feststoffgehalt
gelangen über Leitungen 32 und 33 zu dem Funktionsbaustein 27. In diesem wird aus
den Meßwerten für den Feststoffdurchsatz und der sich aus der Vergleichs stelle
24 ergebenden Regelabweichung ein Sollwert für den Flockungsmittelbedarf gebildet
und einem Sollwertgeber 34 übermittelt. Eine Steuerleitung 35 verbindet den
Funktionsbaustein
27 mit dem Sollwertgeber 31 für den Feststoffdurchsatz. Mit 36 ist eine Vergleichsstelle
zum Vergleich des gemessenen Flockungsmittelflusses mit dem jeweiligen Sollwert
des Flockungsmittelbedarfes bezeichnet, eine wobei sich ergebende Regelabweichung
mittels nicht dargestellter Stellglieder über die Steuerleitung 23 zur Betätigung
der Pumpe 9 benutzt wird.
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Eine Regelabweichung zwischen dem Meßwert für den Feststoffdurchsatz
und dem Sollwert gelangt über eine Leitung 37 zu einem Funktionsbaustein 38, mittels
welchem nach einer festgelegten und dem jeweiligen Steuerbereich zugeordneten Reihenfolge
eine Veränderung entweder der Menge an zugeführtem Verdünnungswasser oder des gesamten
Gemisches bewirkt wird.
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Kommt es zu einer Regelabweichung zwischen dem Meßwert für den Feststoffgehalt
im Zentrat und dem über den Sollwertgeber 25 vorgegebenen Sollwert, wird mittels
des Funktionsbausteins 27 vor einer Anpassung des Sollwertes für den Flockungsmittelbedarf
eine Prüfung dahingehend durchgeführt, ob der sich aus dem Momentanwert für den
einlaufseitigen Feststoffgehalt ergebende Sollwert für den Feststoffdurchsatz dem
Arbeitspunkt der Zentrifuge entspricht. Ist dies nicht der Fall, wird über die Steuerleitung
35 der Sollwertgeber 31 aktiviert und der Sollwert für den Feststoffdurchsatz entsprechend
dem
Arbeitspunkt der Zentrifuge angepaßt. Erst dann, wenn es trotz
Anpassung an diesen Arbeitspunkt nicht möglich ist, den Feststoffgehait im Zentrat
in der jeweils gewünschten Richtung zu steuern, wird eine entsprechende Veränderung
der Flockungsmittelzufuhr durchgeführt. Es findet somit vor dem Stelleingriff in
die Regelstrecke, welchererfindungsgemäß an mehreren Stellen erfolgen kann, nämlich
über eine Veränderung der Flockungsmittelzufuhr und über eine Veränderung des Sollwertes
für den Feststoffdurchsatz eine Überprüfung dahingehend statt, ob der von den Eigenschaften
des einlaufenden 6eçisehOs abhängige Arbeitspunkt der Zentrifuge eingehalten ist.
Wenn dies der Fall ist, erfolgt über eine Veränderung des Sollwertes für den Flockungsmittelbedarf
eine Veränderung der zugeführten Flockungsmittelmenge. Es ergibt sich somit eine
optimale Anpassung der zugeführten Flockungsmittelmenge an den tatsächlich vorhandenen
Bedarf, so daß ein übermä#iger Flockungsmittelfluß verhindert wird.
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Die geschilderten regelungstechnischen bzw. rechentechnischen Operationen
können grundsätzlich mittels bekannter Funktionselemente der Analogregelungstechnik
realisiert werden, besonders vorteilhaft, insbesondere aus Platz-und Kostengründen
ist jedoch der Einsatz eines Digitalrechners.