DE4425267C1

DE4425267C1 - Verfahren zur Regelung der Austrittstemperatur T¶V¶ eines Verdampfungskühlers

Info

Publication number: DE4425267C1
Application number: DE19944425267
Authority: DE
Inventors: Horst-Elmar Hemmerling; Stefan Rass
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1994-07-16
Filing date: 1994-07-16
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2014-07-17

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Austrittstemperatur T_V eines Verdampfungskühlers.

Verfahren zur Regelung der Austrittstemperatur eines Verdampfungskühlers sind bekannt. Bei diesen Verfahren wird die Austrittstemperatur kontinuierlich gemessen und mit einem Sollwert der Austrittstemperatur verglichen. Die sich daraus ergebende Regeldifferenz wird einem Regler zugeführt, der direkt die Wassermenge, die dem Verdampfungskühler zugeführt wird, regelt. Diese bekannte Verfahrensweise hat den Nachteil, daß es bei größeren Schwankungen von Durchsatz und/oder Temperatur der zu behandelnden Abgase zu relativ großen Regelverzögerungen kommt, die sich ungünstig auf die Behandlung der Abgase im Verdampfungskühler auswirken.

In der DE-OS 42 15 898 wird ein Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeit eines einen Verbraucher einschließenden geschlossenen Primärkreislaufs mit Wärmetauscher beschrieben. Dem Durchströmmedium des Wärmetauschers wird bei niederen Temperaturen mittels der Umgebungsluft Wärme entzogen, wobei bei steigender Temperatur der Umgebungsluft ein am Wärmetauscher vorbeiziehender Luftstrom von dem Wärmetauscher durch ein Fluid befeuchtet und berieselt wird. Bei einer bevorzugten Ausführung ist es dabei vorgesehen, daß der Vorlauf des Wärmetauschers über eine Temperaturmeßeinrichtung mit einer Regeleinrichtung verbunden und an diese das Förderelement für Sekundärwasser angeschlossen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Austrittstemperatur T_V eines Verdampfungskühlers zu schaffen, bei dem es nicht zu den nachteiligen großen Regelverzögerungen kommt, so daß auch größere Schwankungen von Durchsatz und/oder Temperatur der zu behandelnden Abgase weitgehend kompensiert werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regelung der Austrittstemperatur T_V eines Verdampfungskühlers gelöst, bei dem der Sollwert der Austrittstemperatur des Verdampfungskühlers T_Vsoll mit der von einem ersten Meßumformer erfaßten Austrittstemperatur T′_V verglichen wird, die sich aus diesem Vergleich ergebende erste Regeldifferenz x_d1 einem ersten Regler zugeführt und durch den ersten Regler in ein Stellsignal y_V transformiert wird, der Sollwert der Austrittstemperatur T_Vsoll mit der Eintrittstemperatur T_VE des Verdampfungskühlers verglichen wird und die sich aus diesem Vergleich ergebende Differenz zusammen mit dem Durchsatz n des Abgases, der kontinuierlich gemessen wird, und mit einer Konstanten K einem ersten Multiplizierer zugeführt wird, wobei gilt:

K = 10^-3 · cp/r_H₂O

mit
cp = mittlere spezifische Wärme des Abgases in kJ/kg·K
und
r_H₂O = Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit,
bei dem das im ersten Multiplizierer ermittelte Produkt als vorläufiger Sollwert ′_soll für die in den Verdampfungskühler einzuleitende Wassermenge zusammen mit dem Stellsignal y_V einem zweiten Multiplizierer zugeführt wird, das im zweiten Multiplizierer ermittelte Produkt _soll als eigentlicher Sollwert für die in den Verdampfungskühler einzuleitende Wassermenge gewählt wird, das Produkt _soll und die von einem zweiten Meßumformer erfaßte Wassermenge ′ miteinander verglichen werden und die sich aus dem Vergleich ergebende zweite Regeldifferenz x_d2 einem zweiten Regler zugeführt und durch den zweiten Regler in eine Stellgröße y für das Bedüsungssystem des Verdampfungskühlers transformiert wird. Unter dem Begriff Verdampfungskühler sind alle Vorrichtungen zur Kühlung von heißen Abgasen zu verstehen, in denen die Abgase mit einer Kühlflüssigkeit in Kontakt gebracht werden. Unter den Begriff Verdampfungskühler fallen somit beispielsweise auch Sprühabsorber. Unter der Austrittstemperatur T_V ist die Temperatur der Abgase am Austritt des Verdampfungskühlers zu verstehen. Als Eintrittstemperatur T_VE des Verdampfungskühlers ist die Temperatur der Abgase am Eintritt in den Verdampfungskühler zu verstehen. Unter dem Bedüsungssystem des Verdampfungskühlers ist die Aufgabevorrichtung für die einzudüsende Kühlflüssigkeit zu verstehen. Als Kühlflüssigkeit wird in der Regel eine wäßrige Lösung verwendet. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Sollwert der Austrittstemperatur T_Vsoll und der Eintrittstemperatur T_VE des Verdampfungskühlers entspricht derjenigen Temperaturdifferenz, um die die zu behandelnden Abgase im Verdampfungskühler abgekühlt werden müssen. Bei dem Stellsignal y_V handelt es sich um einen Faktor, der im Bereich zwischen 0,5 und 1,5 liegt. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß bei dem Verfahren zur Regelung der Austrittstemperatur T_V eines Verdampfungskühlers Regelverzögerungen weitgehend vermieden werden können. Auch bei größeren Schwankungen von Durchsatz und Temperatur der zu behandelnden Abgase, wie beispielsweise beim An- und Abfahren der Anlage, kann relativ schnell nachgeregelt werden, so daß unzulässig hohe Temperaturen oder eine unzureichende Verdampfung der Kühlflüssigkeit im Verdampfungskühler vermieden werden können.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Abgase durch eine hinter dem Verdampfungskühler angeordnete Mahltrocknungsanlage geleitet werden und die Austrittstemperatur T_M der Mahltrocknungsanlage als Temperatur T′_M in einem dritten Meßumformer erfaßt und mit dem Sollwert der Austrittstemperatur der Mahltrocknungsanlage T_Msoll verglichen wird, die sich aus diesem Vergleich ergebende dritte Regeldifferenz x_d3 einem dritten Regler zugeführt und durch den dritten Regler in einen ersten Sollwert T*_Vsoll1 transformiert wird, daß zu diesem ersten Sollwert T*_Vsoll1 ein zweiter Sollwert T*_Vsoll2 addiert wird und die sich aus der Addition ergebende Summe als Sollwert der Austrittstemperatur des Verdampfungskühlers T_Vsoll gewählt wird. Bei diesem Verfahren ist vorteilhaft, daß Abgase, die in der Zementindustrie anfallen, auf relativ einfache Weise im Verdampfungskühler gekühlt und gleichzeitig für die Trocknung von Mahlgut in der Mahltrocknungsanlage eingesetzt werden können. Durch die Berücksichtigung der Austrittstemperatur T_M der Mahltrocknungsanlage beim Verfahren zur Regelung der Austrittstemperatur T_V eines Verdampfungskühlers lassen sich Regelverzögerungen dabei in besonders vorteilhafter Weise vermeiden, wobei Schwankungen von Volumen und Feuchte des Mahlguts durch die Regelung der Austrittstemperatur T_M der Mahltrocknungsanlage berücksichtigt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung (Fig. 1 bis 3) näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Signalflußplan des Verfahrens zur Regelung der Austrittstemperatur T_V eines Verdampfungskühlers.

Fig. 2 zeigt den Signalflußplan des Verfahrens zur Regelung der Austrittstemperatur T_V eines Verdampfungskühlers, bei dem die Abgase durch eine hinter dem Verdampfungskühler angeordnete Mahltrocknungsanlage geleitet werden.

In Fig. 1 ist der Signalflußplan dargestellt, der das Verfahren zur Regelung der Austrittstemperatur T_V eines Verdampfungskühlers (3) darstellt. Bei dem Verfahren wird der Sollwert der Austrittstemperatur des Verdampfungskühlers (3) T_Vsoll mit der von einem ersten Meßumformer (4) erfaßten Austrittstemperatur T′_V verglichen. Die sich aus diesem Vergleich ergebende erste Regeldifferenz x_d1 wird einem ersten Regler (2) zugeführt und durch den ersten Regler (2) in ein Stellsignal y_V transformiert. Der Sollwert der Austrittstemperatur T_Vsoll wird mit der Eintrittstemperatur T_VE des Verdampfungskühlers (3) verglichen, und die sich aus diesem Vergleich ergebende Differenz wird zusammen mit dem Durchsatz n des Abgases, der kontinuierlich gemessen wird, und mit einer Konstanten K einem ersten Multiplizierer (5) zugeführt. Für die Konstante K gilt:

K = 10^-3 · cp/r_H₂O

mit
cp = mittlere spezifische Wärme des Abgases in kJ/kg·K
und
r_H₂O = Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit.

Das im ersten Multiplizierer (5) ermittelte Produkt wird als vorläufiger Sollwert ′_soll der in den Verdampfungskühler (3) einzuleitenden Wassermenge zusammen mit dem Stellsignal y_V einem zweiten Multiplizierer (6) zugeführt. Das im zweiten Multiplizierer (6) ermittelte Produkt _soll wird als eigentlicher Sollwert für die in den Verdampfungskühler (3) einzuleitende Wassermenge gewählt. Das Produkt _soll und die von einem zweiten Meßumformer (9) erfaßte Wassermenge ′ werden miteinander verglichen und die sich aus dem Vergleich ergebende zweite Regeldifferenz x_d2 wird einem zweiten Regler (7) zugeführt und durch den zweiten Regler (7) in eine Stellgröße y für das Bedüsungssystem (8) des Verdampfungskühlers (3) transformiert. Wie aus dem Signalflußplan gemäß Fig. 1 hervorgeht, handelt es sich bei diesem Verfahren um die Kombination zweier Regelkreise, wobei ein Regelkreis als Verhältnisregelung wirkt. Bei dem Stellsignal y_V handelt es sich um einen Faktor, der zwischen 0,5 und 1,5 liegt. Mit diesem Faktor wird der vorläufige Sollwert ′_soll im zweiten Multiplizierer (6) multipliziert. Für die Regeldifferenzen x₁ und x_d2 gilt:

x_d1 = T_Vsoll - T′_V

x_d2 = _soll - ′

Die Eintrittstemperatur T_VE des Verdampfungskühlers (3) wird ebenfalls kontinuierlich gemessen.

In Fig. 2 ist der Signalflußplan für den Fall dargestellt, daß die Abgase durch eine hinter dem Verdampfungskühler (3) angeordnete Mahltrocknungsanlage (11) geleitet werden. Die Austrittstemperatur T_M der Mahltrocknungsanlage (11) wird als Temperatur T′_M in einem dritten Meßumformer (12) erfaßt und mit dem Sollwert der Austrittstemperatur der Mahltrocknungsanlage (11) T_Msoll verglichen, der durch den weiteren Sollwertgeber (10) vorgegeben wird. Die sich aus diesem Vergleich ergebende dritte Regeldifferenz x_d3 wird einem dritten Regler (13) zugeführt und durch den dritten Regler (13) in einen ersten Sollwert T*_Vsoll1 transformiert. Zu diesem ersten Sollwert T*_Vsoll1 wird ein zweiter Sollwert T*_Vsoll2 addiert, der durch den Sollwertgeber (1) vorgegeben wird. Der zweite Sollwert T*_Vsoll2 entspricht in der Regel derjenigen Eintrittstemperatur des Verdampfungskühlers (3), die aus betrieblichen Gründen nicht unterschritten werden darf, und liegt bei etwa 150°C. Die sich aus der Addition ergebende Summe wird als Sollwert der Austrittstemperatur des Verdampfungskühlers (3) T_Vsoll gewählt. Dadurch ist sichergestellt, daß der Sollwert der Austrittstemperatur des Verdampfungskühlers (3) T_Vsoll immer über derjenigen Eintrittstemperatur des Verdampfungskühlers (3) liegt, die aus Betriebsgründen nicht unterschritten werden darf.

Die Regeldifferenzen x_d1 und x_d2 sind mit den in Fig. 1 dargestellten Regeldifferenzen x_d1 und x_d2 identisch. Für die Regeldifferenz x_d3 gilt:

x_d3 = T_Msoll - T′_M

Die in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellten Regler (2, 7, 13) stellen jeweils Kombinationen aus Reglern, Stellgeräten und Leitgeräten dar.

Wie aus dem Signalflußplan gemäß Fig. 2 hervorgeht, handelt es sich bei diesem Verfahren um die Kombination von drei Regelkreisen, wobei ein Regelkreis als Verhältnisregelung wirkt, wie dies auch in Fig. 1 dargestellt ist, und die beiden anderen Regelkreise als Kaskadenregelung angeordnet sind.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Austrittstemperatur T_V eines Verdampfungskühlers (3), bei dem der Sollwert der Austrittstemperatur des Verdampfungskühlers (3) T_Vsoll mit der von einem ersten Meßumformer (4) erfaßten Austrittstemperatur T′_V verglichen wird, die sich aus diesem Vergleich ergebende erste Regeldifferenz x_d1 einem ersten Regler (2) zugeführt und durch den ersten Regler (2) in ein Stellsignal y_V transformiert wird, der Sollwert der Austrittstemperatur T_Vsoll mit der Eintrittstemperatur T_VE des Verdampfungskühlers (3) verglichen wird und die sich aus diesem Vergleich ergebende Differenz zusammen mit dem Durchsatz n des Abgases, der kontinuierlich gemessen wird, und mit einer Konstanten K einem ersten Multiplizierer (5) zugeführt wird, wobei gilt: K = 10^-3 · cp/r_H₂Omit
cp = mittlere spezifische Wärme des Abgases in kJ/kg · K
und
r_H₂O = Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit,
bei dem das im ersten Multiplizierer (5) ermittelte Produkt als vorläufiger Sollwert ′_soll für die in den Verdampfungskühler (3) einzuleitende Wassermenge zusammen mit dem Stellsignal y_V einem zweiten Multiplizierer (6) zugeführt wird, das im zweiten Multiplizierer (6) ermittelte Produkt _soll als eigentlicher Sollwert für die in den Verdampfungskühler (3) einzuleitende Wassermenge gewählt wird, das Produkt _soll und die von einem zweiten Meßumformer (9) erfaßte Wassermenge ′ miteinander verglichen werden und die sich aus dem Vergleich ergebende zweite Regeldifferenz x_d2 einem zweiten Regler (7) zugeführt und durch den zweiten Regler (7) in eine Stellgröße y für das Bedüsungssystem (8) des Verdampfungskühlers (3) transformiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abgase durch eine hinter dem Verdampfungskühler (3) angeordnete Mahltrocknungsanlage (11) geleitet werden und die Austrittstemperatur T_M der Mahltrocknungsanlage (11) als Temperatur T′_M in einem dritten Meßumformer (12) erfaßt und mit dem Sollwert der Austrittstemperatur der Mahltrocknungsanlage (11) T_Msoll verglichen wird, die sich aus diesem Vergleich ergebende dritte Regeldifferenz x_d3 einem dritten Regler (13) zugeführt und durch den dritten Regler (13) in einen ersten Sollwert T*_Vsoll1 transformiert wird, daß zu diesem ersten Sollwert T*_Vsoll1 ein zweiter Sollwert T*_Vsoll2 addiert wird und die sich aus der Addition ergebende Summe als Sollwert der Austrittstemperatur des Verdampfungskühlers (3) T_Vsoll gewählt wird.