EP1232794A1 - Method for separating of a multi-phase mixture and decanter centrifuge system for carrying out this method - Google Patents
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- EP1232794A1 EP1232794A1 EP01102962A EP01102962A EP1232794A1 EP 1232794 A1 EP1232794 A1 EP 1232794A1 EP 01102962 A EP01102962 A EP 01102962A EP 01102962 A EP01102962 A EP 01102962A EP 1232794 A1 EP1232794 A1 EP 1232794A1
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Definitions
- the pond depth is defined as the difference between external and inner diameter of the rotating in the centrifuge drum Liquid ring.
- a decanter centrifuge with at least partial hydraulic Promote how you perform the procedure is assumed is known from DE 43 20 265 C2.
- a liquid ring is placed in the rotating centrifuge drum between the submersible and the liquid weir certain fill level, the so-called pond depth and thus a hydrostatic due to the liquid phase Generates pressure that contributes to the discharge of the dry phase.
- the hydraulic delivery can be in addition to or instead of the discharge with a rotatable with differential speed Snail done.
- the weir is essentially in two parts.
- a Weir plate closes the cylindrical shell of the centrifuge drum and rotates with it. At least she is a passage for draining a liquid the centrifuge drum.
- the weir plate is a parallel one Throttle disc associated with the axially displaceable the stationary storage of the rotatable centrifuge drum is arranged. Between the rotating weir plate and the stationary throttle disc forms a gap that extends in the radial direction and through which the liquid phase flung out of the centrifuge drum becomes.
- the axial displacement of the throttle disc can Weir gap width can be varied. By reducing the The width of the weir gap becomes a pressure increase in the liquid phase causes that this increases the dry phase pushes out of the centrifuge drum. The liquid phase partially penetrates into the dry phase and reduces its concentration of dry matter. Vice versa an expansion of the weir gap causes a reduction in pressure, reduced hydraulic delivery and finally an increase in dry matter concentration in the dry phase.
- This liquid weir has for a decanter centrifuge has proven itself as it is with a rotating centrifuge drum is adjustable and so a regulation of the dry matter concentration allowed over the weir gap.
- a regulation of the weir gap width can be based on concentration and Amount changes in the supplied multi-phase mixture in ongoing process.
- a pneumatic liquid weir is known from DE 195 00 600, by blowing compressed gas into the weir gap the flow resistance of the liquid phase in the weir is increased, which increases the pond depth. Also with this training of the liquid weir is a regulation the dry matter concentration through a weir adjustment possible during operation.
- a decanter with to operate a plunger and a liquid weir is that in a base load operation with largely constant Amount and concentration of the feed an optimization can be made in terms of energy consumption and that at the same time a willingness to react to sudden Changes in the inflow is given by the fact that the weir in returned a middle position defined by the tolerance range from which it becomes both the dry phase thicken more than it can further dilute.
- a decanter centrifuge is used, the liquid weir of which consists of a weir plate with at least one liquid recess and a throttle plate, which is mounted in a stationary manner with a weir gap opposite the weir plate and is axially displaceable.
- the pond depth x T must be reduced by increasing the weir gap width x W and increasing by reducing the weir gap width x W.
- a corresponding weir gap width tolerance range with a lower weir gap width x W, U and an upper weir gap width x W, O is assigned to the pond depth tolerance range.
- a decanter centrifuge system with the features of the preamble of claim 17 is from the publication "Intelligent measurement and control technology for optimized process control in wastewater treatment” (DR. H.-J. BEYER / M. FLEUTER, Westfalia Separator Industry GmbH in: 4. Mersebuger Conference automation, measuring methods and experiments in mechanical process engineering, November 1999).
- the pond depth x T is adjusted depending on the dry matter concentration c TS . This enables extensive automation of the phase separation process.
- operator intervention is still required if there are major changes in the type, quantity and / or concentration of the incoming product and the weir has reached a limit position from which it can no longer react to the changes that have occurred.
- high energy consumption can be determined in the ongoing process due to the high drum speeds.
- a decanter centrifuge system of the type mentioned above, which is characterized by a speed control device for controlling the drum speed n Z as a function of the pond depth x T and the dry matter concentration c TS , with a concentration signal input (221), a pond depth signal input (222) and a speed control signal output (224).
- the weir control system can also the dry matter concentration by changing the drum speed regulated or at least reduced to the extent that the dry matter remains flowable and clogging the discharge lines is prevented.
- a sensor device 60 is arranged on the dry substance discharge line 27, with which a dry substance concentration c TS can be measured in the dry phase drawn off there.
- the measurement signal from the sensor device 60 is applied to the concentration signal input 211 of a weir control device 210.
- a weir gap width control signal with which the weir adjustment device 35 is acted on, is output at its control output 214.
- the design of the weir control device 210 as a PI controller has proven to be particularly suitable. Due to a high integrating component, control deviations can initially be averaged over a period of time, so that the decanting centrifuge system does not swing up.
- the outer The circumference of the exchange disk 14 is spaced from the inner circumference of the centrifuge jacket 21, so that there is a passage of liquid or dry substance is possible.
- At the The end of the conical area includes the drum jacket 21 provided at least one dry matter discharge recess 22.
- a liquid weir 30 is arranged at the opposite axial end of the centrifuge drum 20 at the opposite axial end of the centrifuge drum 20 .
- the centrifuge drum 20 is completed with a weir plate 32, which has individual recesses, the leakage of liquid allow.
- the weir plate 32 is opposite Throttle plate 34 arranged on a stationary part the housing of the decanter centrifuge 1 is attached and does not rotate with the cylinder drum 20.
- the throttle plate 34 is displaceable parallel to the axis of rotation of the cylinder drum 20.
- the width of one between weir plate 32 and Throttle plate 34 forming weir gap 33 is thus also variable with rotating cylinder drum 20.
- the adjustment of the throttle plate 34 can be via electrical or pneumatic adjustment devices that are made via a gap width signal are controllable, which from the control output 214 of a weir control device 210 is output.
- the product to be processed is a Multi-phase mixture containing at least one liquid phase and has an insoluble solid phase.
- the solid phase with the lowest possible Separate residual liquid nevertheless the dry phase consisting of solid and residual liquid still be conveyable through pipelines, so that it must remain fluid. This objective arises for example in the processing of sewage sludge in municipal Sewage treatment plants.
- the weir gap width x W of the weir gap 33 is initially set to a starting value when the process is started, which is approximately 0.5% to 5% of the maximum adjustable weir gap width x W, max .
- the pressure in the annular space 26 rises through the narrow weir gap 33, so that liquid 54 presses into the centrifuged drying phase 52.
- the dry phase 52 thus diluted again is conveyed past the immersion disk 14 to the dry substance discharge recess 22.
- the width ratios on the weir are shown schematically in FIGS. 5a and 5b.
- the liquid phase 54 is flung radially outwards due to the high centrifugal forces.
- the gap width x W is then without influence on the hydraulic conveyance of the drying phase 52 in the centrifuge drum 20.
- the maximum adjustable weir gap width x W, max is thus the width of the weir gap 33 at which the throttle plate 34 is just still being wetted by the emerging liquid phase 54 takes place and thus a regulation of the dynamic pressure of the liquid phase can take place.
- the weir gap width x W is then regulated as a function of the dry matter concentration c TS in the subtracted drying phase 52 until a predetermined target dry matter concentration c TS, 0 is reached .
- the operating point can also be in the middle of the process effective travel range of the throttle plate 34 set so that there are equally large reserves for the Travel path of the throttle plate in both directions.
- the optimization of the method according to the invention begins with a view to saving energy, provided that the regulated weir gap width x W is not within the weir gap width tolerance range 37.
- the drum speed n Z is increased so that the dry matter concentration c TS tends to be increased in the dry phase. This is counteracted by an increase in pressure in the liquid phase, which is brought about by reducing the weir gap width x W.
- the throttle plate of the weir is again positioned in the weir gap width tolerance range 37.
- the weir gap width x W is readjusted as a function of the dry matter concentration c TS in the subtracted drying phase 52 until a predetermined desired dry matter concentration c TS, 0 is reached .
- the weir 30 is then in a position in which there are still sufficient reserves to move the throttle valve 34 in the process-technically effective range and thus to change the weir gap width x W if a change in the quantity and / or composition of the product added so requires ,
- FIG. 4 shows the time course of the drum speed n Z (FIG. 4a), the weir gap width x W (FIG. 4b) and the volume flow of the product supplied (FIG. 4c) in the method according to the invention.
- phase "IV” the weir gap width x W after the readjustment has been carried out is within the weir gap width tolerance range 37.
- phase "V" of FIG. 4c an increase in the inflow amount, for example due to a rain shower, is recorded. At the same time, the solids content is lower. In order to keep the dry matter concentration c TS of the discharge constant, the weir gap width x W is greatly increased out of the tolerance range 37 in order to be able to draw off more and more liquid.
- the weir control device 210 (cf. FIGS. 1, 2) is used for the weir position the discharge concentration to the desired Setpoint adjusted. During this time the function is the speed control device 220 is still bridged. After this this bridging period has ended, the scheme Approved. For the specific application is considered of machine-technical and plant-specific Data of the optimal working point of the weir control system 210 set. From this operating point the Area in which the decanter centrifuge is procedural and works optimally in terms of energy consumption. The center and width of this area become the definition of a weir gap width tolerance range.
- the current position of the weir is then determined and with compared to the weir gap tolerance range.
- the control valve's control value is below of this area, the decanter is underutilized and the drum speed, which is related to the energy consumption of the Separation process is directly related to one Speed level value can be reduced.
- the control output value leaves the range in positive Direction, the drum speed is too low and must be raised the weir position in the weir gap width tolerance range due.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Mehrphasengemisches in wenigstens eine Flüssigkeitsphase und eine Trockenphase mit einer vorbestimmten Trockensubstanzkonzentration cTS, mittels einer Dekantierzentrifuge, die aufweist:
- eine ringförmige Tauchscheibe, die an ihrem inneren Umfang mit einer Welle verbunden ist und deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser einer Zentrifugentrommel; und
- wenigstens ein endseitig an der Zentrifugentrommel angeordnetes Flüssigkeitswehr mit einem Wehrspalt, durch den die Flüssigkeitsphase aus der Zentrifugentrommel ableitbar ist, und mit einer Teichtiefeneinstellvorrichtung, mit der die Teichtiefe xT der in der Zentrifugentrommel rotierenden Flüssigkeitsphase einstellbar ist,
- an annular immersion disk which is connected on its inner circumference to a shaft and whose outer diameter is smaller than the inner diameter of a centrifuge drum; and
- at least one liquid weir arranged at the end of the centrifuge drum with a weir gap through which the liquid phase can be derived from the centrifuge drum and with a pond depth setting device with which the pond depth x T of the liquid phase rotating in the centrifuge drum can be set,
Die Teichtiefe ist definiert als die Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser des in der Zentrifugentrommel rotierenden Flüssigkeitsrings.The pond depth is defined as the difference between external and inner diameter of the rotating in the centrifuge drum Liquid ring.
Eine Dekantierzentrifuge mit wenigstens teilweiser hydraulischer Förderung, wie Sie für die Durchführung des Verfahrens vorausgesetzt wird, ist aus der DE 43 20 265 C2 bekannt. Hierbei wird in der rotierenden Zentrifugentrommel ein Flüssigkeitsring zwischen Tauchscheibe und Flüssigkeitswehr mit bestimmter Füllstandshöhe, der sogenannten Teichtiefe, eingestellt und somit durch die Flüssigkeitsphase ein hydrostatischer Druck erzeugt, der zum Austrag der Trockenphase beiträgt. Die hydraulische Förderung kann zusätzlich oder anstelle des Austrags mit einer mit Differenzdrehzahl rotierbaren Schnecke erfolgen.A decanter centrifuge with at least partial hydraulic Promote how you perform the procedure is assumed is known from DE 43 20 265 C2. Here, a liquid ring is placed in the rotating centrifuge drum between the submersible and the liquid weir certain fill level, the so-called pond depth and thus a hydrostatic due to the liquid phase Generates pressure that contributes to the discharge of the dry phase. The hydraulic delivery can be in addition to or instead of the discharge with a rotatable with differential speed Snail done.
Das Wehr ist im wesentlichen zweiteilig ausgebildet ist. Eine Wehrplatte schließt den zylinderförmigen Mantel der Zentrifugentrommel ab und rotiert mit dieser. Sie ist mit wenigstens einem Durchlass zum Ablassen einer Flüssigkeit aus der Zentrifugentrommel versehen. Der Wehrplatte ist eine parallele Drosselscheibe zugeordnet, die axial verschiebbar an der ortsfesten Lagerung der rotierbaren Zentrifugentrommel angeordnet ist. Zwischen der rotierenden Wehrplatte und der ortsfesten Drosselscheibe bildet sich ein Spalt aus, der sich in radialer Richtung erstreckt und durch den die Flüssigkeitsphase aus der Zentrifugentrommel heraus geschleudert wird. Durch axiale Verschiebung der Drosselscheibe kann die Wehrspaltweite variiert werden. Durch eine Verringerung der Weite des Wehrspaltes wird eine Druckerhöhung in der Flüssigkeitsphase bewirkt, so dass diese vermehrt die Trockenphase aus der Zentrifugentrommel herausdrückt. Die Flüssigkeitsphase dringt teilweise auch in die Trockenphase ein und verringert dessen Konzentration an Trockensubstanz. Umgekehrt bewirkt eine Erweiterung des Wehrspaltes eine Druckminderung, eine reduzierte hydraulische Förderung und schließlich eine Erhöhung der Trockensubstanzkonzentration in der Trockenphase.The weir is essentially in two parts. A Weir plate closes the cylindrical shell of the centrifuge drum and rotates with it. At least she is a passage for draining a liquid the centrifuge drum. The weir plate is a parallel one Throttle disc associated with the axially displaceable the stationary storage of the rotatable centrifuge drum is arranged. Between the rotating weir plate and the stationary throttle disc forms a gap that extends in the radial direction and through which the liquid phase flung out of the centrifuge drum becomes. The axial displacement of the throttle disc can Weir gap width can be varied. By reducing the The width of the weir gap becomes a pressure increase in the liquid phase causes that this increases the dry phase pushes out of the centrifuge drum. The liquid phase partially penetrates into the dry phase and reduces its concentration of dry matter. Vice versa an expansion of the weir gap causes a reduction in pressure, reduced hydraulic delivery and finally an increase in dry matter concentration in the dry phase.
Dieses Flüssigkeitswehr für eine Dekantierzentrifuge hat sich bewährt, da es bei rotierender Zentrifugentrommel nachstellbar ist und so eine Regelung der Trockensubstanzkonzentration über die Wehrspaltweite erlaubt. Mittels der Regelung der Wehrspaltweite kann auf Konzentrations- und Mengenänderungen bei dem zugeführten Mehrphasengemisch im laufenden Prozess reagiert werden.This liquid weir has for a decanter centrifuge has proven itself as it is with a rotating centrifuge drum is adjustable and so a regulation of the dry matter concentration allowed over the weir gap. By means of the Regulation of the weir gap width can be based on concentration and Amount changes in the supplied multi-phase mixture in ongoing process.
Es hat sich jedoch erwiesen, dass die Regelung der Trockensubstanzkonzentration über das verstellbare Flüssigkeitswehr einen unverändert hohen Energieeinsatz der mit hoher Drehzahl rotierenden Dekantierzentrifuge erfordert. Der hohe Energieverbrauch beruht insbesondere darauf, dass die der Trommel zugeführte Menge des Mehrphasengemisches kontinuierlich aus einer Ruhelage beschleunigt werden muss, bis sie die mittels der Zentrifugentrommel aufgeprägte hohe Winkelgeschwindigkeit erreicht. However, it has been shown that the regulation of the dry matter concentration via the adjustable liquid weir an unchanged high use of energy at high speed rotating decanter centrifuge required. The high energy consumption is based in particular on the fact that the Drum fed amount of the multi-phase mixture continuously must be accelerated from a rest position until it the high angular velocity impressed by means of the centrifuge drum reached.
Im Laufe des Verfahrens kann sich die Wehrstellung in eine Randlage verschieben, in der die Drosselplatte des Wehrs nicht weiter verstellbar ist. Bei starken Änderungen von Konzentration und/oder Menge des aufgegebenen Mehrphasengemisches kann dann keine Regelung der Trockensubstanzkonzentration mehr erfolgen. Der Prozess muss abgebrochen und mit einer empirisch zu bestimmenden Trommeldrehzahl neu angefahren werden.In the course of the procedure, the defense position can change into a Move to the edge, in which the throttle plate of the weir is no longer adjustable. In case of major changes from Concentration and / or amount of the multi-phase mixture applied can then no regulation of the dry matter concentration done more. The process must be stopped and with approached an empirically determined drum speed become.
Bekannt ist aus der DE 195 00 600 ein pneumatisches Flüssigkeitswehr, bei dem durch Einblasen von Druckgas in den Wehrspalt der Strömungswiderstand der Flüssigkeitsphase im Wehr erhöht wird, wodurch die Teichtiefe erhöht wird. Auch mit dieser Ausbildung des Flüssigkeitswehrs ist eine Regelung der Trockensubstanzkonzentration durch eine Wehrverstellung während des Betriebes möglich.A pneumatic liquid weir is known from DE 195 00 600, by blowing compressed gas into the weir gap the flow resistance of the liquid phase in the weir is increased, which increases the pond depth. Also with this training of the liquid weir is a regulation the dry matter concentration through a weir adjustment possible during operation.
In der EP 1 044 723 A1 werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen,
um mit Maschinenparametern wie der Trommeldrehzahl
oder der Differenzdrehzahl die Eigenschaften der separierten
Phasen zu beeinflussen. Hierbei steht jedoch stets die Zusammensetzung
der Flüssigkeits- bzw. Trockenphase im Mittelpunkt
der Überlegungen. Die offenbarte Regelung der Trockensubstanzkonzentration
über eine Variation der Trommeldrehzahl
erfordert jedoch einen erhöhten Energieeinsatz. Neben
dem ohnehin hohen Energieverbrauch bei einer hohen Grunddrehzahl
ist das häufige Abbremsen und Beschleunigen der
Trommel wegen der hohen Massenträgheitsmomente einer beladenen
Dekantierzentrifuge und den hohen Winkelgeschwindigkeiten
zusätzlich sehr energieintensiv.
Ein Verfahren, das zum Betreiben einer Dekantierzentrifuge
mit einem verstellbaren Flüssigkeitswehr geeignet wäre, ist
nicht offenbart. Various methods are proposed in
A method that would be suitable for operating a decanter centrifuge with an adjustable liquid weir is not disclosed.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass zum einen eine Optimierung des Energieverbrauchs im Grundlastbetrieb einer Dekantierzentrifuge erfolgt und dass zum anderen die Dekantierzentrifuge so betrieben wird, dass auch bei plötzlichen Änderungen in Art und Menge des zulaufenden Produktes eine Regelung des Prozesses im Hinblick auf eine vorbestimmte Trockensubstanzkonzentration der abgetrennten Trockenphase gewährleistet ist.It is therefore the task of a process of the beginning to develop the type mentioned so that on the one hand a Optimization of energy consumption in base load operation Decanter centrifuge takes place and that, on the other hand, the decanter centrifuge is operated so that even with sudden Changes in the type and quantity of the incoming product Regulation of the process with regard to a predetermined Dry matter concentration of the separated dry phase is guaranteed.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs
genannten Art, das durch folgende weitere Schritte gekennzeichnet
ist:
Die mit dem Verfahren der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Dekantierzentrifuge mit einer Tauchscheibe und einem Flüssigkeitswehr so zu betreiben ist, dass bei einem Grundlastbetrieb mit weitgehend konstanter Menge und Konzentration des Zulaufs eine Optimierung hinsichtlich des Energieverbrauchs vorgenommen werden kann und dass zugleich eine Reaktionsbereitschaft auf plötzliche Änderungen im Zulauf dadurch gegeben ist, dass das Wehr in eine durch den Toleranzbereich definierte Mittellage zurückgeführt wird, aus der heraus es sowohl die Trockenphase stärker eindicken als auch weiter verdünnen kann.The advantages achieved with the method of the invention exist in particular that a decanter with to operate a plunger and a liquid weir is that in a base load operation with largely constant Amount and concentration of the feed an optimization can be made in terms of energy consumption and that at the same time a willingness to react to sudden Changes in the inflow is given by the fact that the weir in returned a middle position defined by the tolerance range from which it becomes both the dry phase thicken more than it can further dilute.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Dekantierzentrifuge verwendet, deren Flüssigkeitswehr aus einer Wehrplatte mit wenigstens einer Flüssigkeitsausnehmung und aus einer Drosselplatte besteht, die ortsfest unter Ausbildung eines Wehrspaltes gegenüber der Wehrplatte gelagert und axial verschiebbar ist. Die Teichtiefe xT ist über eine Vergrößerung der Wehrspaltweite xW abzusenken und über eine Verringerung der Wehrspaltweite xW zu erhöhen. Dem Teichtiefentoleranzbereich ist ein entsprechender Wehrspaltweitentoleranzbereich mit einer unteren Wehrspaltweite xW,U und einer oberen Wehrspaltweite xW,O zugeordnet. Da eine Erhöhung der Wehrspaltweite den Staudruck am Wehr senkt, sinkt folglich die Teichtiefe. Somit ist bei der unteren Wehrspaltweite xW,U des Wehrspaltweitentoleranzbereichs die obere Teichtiefe xT,U erreicht und umgekehrt. In a particularly preferred embodiment of the method, a decanter centrifuge is used, the liquid weir of which consists of a weir plate with at least one liquid recess and a throttle plate, which is mounted in a stationary manner with a weir gap opposite the weir plate and is axially displaceable. The pond depth x T must be reduced by increasing the weir gap width x W and increasing by reducing the weir gap width x W. A corresponding weir gap width tolerance range with a lower weir gap width x W, U and an upper weir gap width x W, O is assigned to the pond depth tolerance range. As an increase in the weir gap reduces the back pressure on the weir, the pond depth consequently decreases. With the lower weir gap width x W, U of the weir gap width tolerance range, the upper pond depth x T, U is reached and vice versa.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahren sieht vor, dass eine Dekantierzentrifuge verwendet wird, deren Flüssigkeitswehr wenigstens aufweist einen sich axial erstreckenden, U-förmigen Flüssigkeitskanal, deren Eintritts- und Austrittsöffnungen zum Außenumfang des Flüssigkeitswehrs hin angeordnet sind und bei dem im Bereich einer U-förmigen Biegung des Flüssigkeitskanals ein Druckgas unter Ausbildung einer hydrohermetischen Druckkammer einleitbar ist. Damit ist die Teichtiefe xT durch Erhöhung des Gasdrucks zu erhöhen und durch Erniedrigen des Gasdrucks abzusenken. Dem Teichtiefentoleranzbereich ist ein entsprechender Gasdrucktoleranzbereich mit einem unteren Gasdruck pU und einem oberen Gasdruck pO zugeordnet.A further embodiment of the method provides that a decanter centrifuge is used, the liquid weir of which has at least one axially extending, U-shaped liquid channel, the inlet and outlet openings of which are arranged towards the outer periphery of the liquid weir and in the region of a U-shaped bend of the liquid channel, a compressed gas can be introduced to form a hydrohermetic pressure chamber. The pond depth x T can thus be increased by increasing the gas pressure and reduced by lowering the gas pressure. A corresponding gas pressure tolerance range with a lower gas pressure p U and an upper gas pressure p O is assigned to the pond depth tolerance range.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung zu entnehmen.Further advantageous refinements of the method are Subclaims and the following description of a Embodiment with reference to the drawing.
Die Erfindung betrifft auch ein Dekantierzentrifugensystem zur Durchführung des Verfahrens, mit wenigstens folgenden Einzelteilen:
- einer Dekantierzentrifuge umfassend:
- eine Hohlwelle, die wenigstens ein innenliegendes Einlaufrohr aufweist;
- eine um die Hohlwelle rotierbare Zentrifugentrommel, welche mit wenigstens einer in ihren Trommelmantel eingebrachten Trockensubstanzaustragsausnehmung versehen ist;
- eine ringförmigen Tauchscheibe, die an ihrem inneren Umfang mit der Hohlwelle verbunden ist und deren Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Trommelmantels;
- wenigstens ein endseitig an der Zentrifugentrommel angeordnetes Flüssigkeitswehr mit einem Wehrspalt, durch den die Flüssigkeitsphase aus der Zentrifugentrommel ableitbar ist, und mit einer Teichtiefeneinstellvorrichtung, mit der die Teichtiefe xT der in der Zentrifugentrommel rotierenden Flüssigkeitsphase einstellbar ist,
- einer Sensoreinrichtung zur Messung der Trockensubstanzkonzentration cTS in der abgezogenen Trockenphase;
- eine Wehrregeleinrichtung zur Regelung der Teichtiefe xT in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cTS.
- a decanter centrifuge comprising:
- a hollow shaft which has at least one internal inlet pipe;
- a centrifuge drum which is rotatable about the hollow shaft and which is provided with at least one dry substance discharge recess made in its drum shell;
- an annular plunger which is connected on its inner circumference to the hollow shaft and whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the drum shell;
- at least one liquid weir arranged at the end of the centrifuge drum with a weir gap through which the liquid phase can be derived from the centrifuge drum and with a pond depth setting device with which the pond depth x T of the liquid phase rotating in the centrifuge drum can be set,
- a sensor device for measuring the dry substance concentration c TS in the extracted dry phase;
- a weir control device for controlling the pond depth x T as a function of the dry matter concentration c TS .
Eine Dekantierzentrifugensystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 17 ist aus der Veröffentlichung "Intelligente Meß- und Regelungstechnik zur optimierten Prozessführung bei der Abwasserbehandlung" (DR. H.-J. BEYER / M. FLEUTER, Westfalia Separator Industry GmbH in: 4. Mersebuger Fachtagung Automatisierung, Meßmethoden und Experimente in der mechanischen Verfahrenstechnik, November 1999) bekannt. Mit Hilfe einer Wehrregeleinrichtung wird erreicht, dass die Teichtiefe xT in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration cTS verstellt wird. Hierdurch ist eine weitgehende Automatisierung des Phasentrennprozesses möglich. Ein Eingriff des Bedieners ist aber nach wie vor erforderlich, wenn starke Änderungen in Art, Menge und/oder Konzentration des zulaufenden Produktes auftreten und das Wehr eine Grenzlage erreicht hat, aus der heraus es nicht mehr auf die aufgetretenen Änderungen reagieren kann. Zudem ist im laufenden Prozess wegen der hohen Trommeldrehzahlen ein hoher Energieverbrauch festzustellen.A decanter centrifuge system with the features of the preamble of claim 17 is from the publication "Intelligent measurement and control technology for optimized process control in wastewater treatment" (DR. H.-J. BEYER / M. FLEUTER, Westfalia Separator Industry GmbH in: 4. Mersebuger Conference automation, measuring methods and experiments in mechanical process engineering, November 1999). With the help of a weir control device, the pond depth x T is adjusted depending on the dry matter concentration c TS . This enables extensive automation of the phase separation process. However, operator intervention is still required if there are major changes in the type, quantity and / or concentration of the incoming product and the weir has reached a limit position from which it can no longer react to the changes that have occurred. In addition, high energy consumption can be determined in the ongoing process due to the high drum speeds.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Dekantierzentrifugensystem so weiter zu entwickeln, dass der Energieverbrauch bei der Trennung eines Mehrphasengemisches mittels einer Dekantierzentrifuge reduziert wird und außerdem auch Änderungen bei Menge und Zusammensetzung des zulaufenden Produktes ohne Eingriff des Benutzers kompensierbar sind.It is therefore the task of a decanter centrifuge system to evolve so that energy consumption when separating a multi-phase mixture using a decanter centrifuge is reduced and also changes with quantity and composition of the incoming product can be compensated without user intervention.
Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Dekantierzentrifugensystem der zuvor genannten Art, das gekennzeichnet ist durch eine Drehzahlregeleinrichtung zur Regelung der Trommeldrehzahl nZ in Abhängigkeit von der Teichtiefe xT und von der Trockensubstanzkonzentration cTS, mit einem Konzentrationssignaleingang (221), einem Teichtiefensignaleingang (222) und einem Drehzahlsteuersignalausgang (224).This object is achieved in a decanter centrifuge system of the type mentioned above, which is characterized by a speed control device for controlling the drum speed n Z as a function of the pond depth x T and the dry matter concentration c TS , with a concentration signal input (221), a pond depth signal input (222) and a speed control signal output (224).
Mit diesem Dekantierzentrifugensystem ist es möglich, zwei Stellgrößen, nämlich Teichtiefe und Drehzahl, automatisch zu beeinflussen. Die Drehzahlregeleinrichtung ist dabei nachgeordnet. Priorität in dem System behält die Wehrregeleinrichtung für die Regelung der Teichtiefe in Abhängigkeit von der Trockensubstanzkonzentration. Damit kommt der Drehzahlregeleinrichtung eine Rolle als Ergänzungssystem zu, das in Zeiten eines Grundlastbetriebs eine Optimierung des Energieverbrauchs bewirken kann oder auch die Stellung des Wehrs im Hinblick auf Reaktionen des Systems auf Änderungen beim Zulauf optimieren kann.With this decanter centrifuge system it is possible to have two Control variables, namely pond depth and speed, automatically influence. The speed control device is subordinate. The weir control device maintains priority in the system for the regulation of the pond depth depending on the Dry matter concentration. So that comes the speed control device a role as a supplementary system to that in Optimization of energy consumption during times of base load operation can effect or the position of the weir in the Regarding system reactions to changes in the inflow can optimize.
Im Falle eines Ausfalls der Wehrregeleinrichtung kann zudem über eine Änderung der Trommeldrehzahl die Trockensubstanzkonzentration geregelt oder zumindest soweit gesenkt werden, dass die Trockensubstanz fließfähig bleibt und ein Verstopfen der Austragsleitungen verhindert wird.In the event of a failure of the weir control system can also the dry matter concentration by changing the drum speed regulated or at least reduced to the extent that the dry matter remains flowable and clogging the discharge lines is prevented.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Dekantierzentrifugensystems sind den Unteransprüchen 18 bis 24 zu entnehmen. Further advantageous configurations of the decanter centrifuge system can be found in subclaims 18 to 24.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- Fig. 1
- eine erste Ausführungsform eines Dekantierzentrifugensystems in schematischer Übersicht;
- Fig. 2
- eine zweite Ausführungsform eines Dekantierzentrifugensystems in schematischer Übersicht,
- Fig. 3
- den inneren Aufbau einer Dekantierzentrifuge mit mechanischem Flüssigkeitswehr in Schnittansicht;
- Fig. 4a bis 4c
- den Verlauf verschiedener Parameter während des Verfahrens, jeweils aufgetragen in einem Diagramm über der Zeitachse;
- Fig. 5a,b
- die ausströmende Flüssigkeit bei verschiedenen Stellungen eines mechanischen Flüssigkeitswehrs in Schnittansicht;
- Fig. 6
- eine Dekantierzentrifuge mit pneumatische, Flüssigkeitswehr in Schnittansicht; und
- Fig. 7
- den Ablauf des Verfahrens in einem Flussdiagramm.
- Fig. 1
- a first embodiment of a decanter centrifuge system in a schematic overview;
- Fig. 2
- a second embodiment of a decanter centrifuge system in a schematic overview,
- Fig. 3
- the internal structure of a decanter centrifuge with mechanical liquid weir in a sectional view;
- 4a to 4c
- the course of various parameters during the procedure, each plotted in a diagram over the time axis;
- 5a, b
- the outflowing liquid at different positions of a mechanical liquid weir in a sectional view;
- Fig. 6
- a decanter centrifuge with pneumatic, liquid weir in a sectional view; and
- Fig. 7
- the flow of the method in a flow chart.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Dekantierzentrifugensystems
gemäß der Erfindung. Eine Dekantierzentrifuge
100 ist mit einem Einlaufrohr 11, einer Flüssigkeitsleitung
36 und einer Trockensubstanzaustragsleitung 27 verbunden.
Die Dekantierzentrifuge 100 weist eine Trommelantriebsvorrichtung
25 für den Antrieb einer Zentrifugentrommel
20 auf und eine Schneckenantriebsvorrichtung 45 zum Antrieb
einer Förderschnecke 40 auf. Außerdem ist die Dekantierzentrifuge
100 mit einem Flüssigkeitswehr versehen, das
über eine Wehrverstellvorrichtung 35 verstellbar ist.Figure 1 shows a first embodiment of a decanter centrifuge system
according to the invention. A
An der Trockensubstanzaustragsleitung 27 ist eine Sensoreinrichtung
60 angeordnet, mit der eine Trockensubstanzkonzentration
cTS in der dort abgezogenen Trockenphase messbar ist.
Das Messsignal der Sensoreinrichtung 60 ist auf den Konzentrationssignaleingang
211 einer Wehrregeleinrichtung 210 aufgeschaltet.
An deren Steuerausgang 214 wird in der hier dargestellten
ersten Ausführungsform ein Wehrspaltweitensteuersignal
ausgegeben, mit dem die Wehrverstellvorrichtung 35
beaufschlagt ist. Als besonders geeignet hat sich die Auslegung
der Wehrregeleinrichtung 210 als PI-Regler erwiesen.
Durch einen hohen integrierenden Anteil können Regelabweichungen
zunächst über eine Zeitdauer gemittelt werden, so
dass ein Aufschwingen des Dekantierzentrifugensystems verhindert
wird.A
Das Messsignal der Sensoreinrichtung 60 ist außerdem auf den
Konzentrationssignaleingang 221 einer Drehzahlregeleinrichtung
220 aufgeschaltet. An einem Wehrspaltweitensignaleingang
222 ist ein Signal aufgeschaltet, das die aktuelle
Wehrspaltweite übermittelt. Dieses Wehrspaltweitensignal
kann direkt vom Steuerausgang 214 der Wehrregeleinrichtung
210 abgenommen werden, so dass es einen Soll-Wert der Wehrspaltweite
repräsentiert.The measurement signal of the
Vorzugsweise wird jedoch die tatsächliche Wehrspaltweite
durch Wegstreckenmessung direkt am Wehr ermittelt und dem
Wehrspaltweitensignaleingang 222 der Drehzahlregeleinrichtung
220 aufgeschaltet. Die Drehzahlregeleinrichtung 220 ist
als Schrittregler ausgeführt. However, the actual weir gap width is preferred
determined by distance measurement directly on the weir and the
Weir gap
Die in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform unterscheidet
sich von der ersten aus Fig. 1 dadurch, dass sie
eine Deaktivierungseinrichtung 215 aufweist, die die Drehzahlregeleinrichtung
220 erst freischaltet, wenn die Anlaufphase
des Prozesses beendet ist und die Wehrspaltweite xW
vorläufig durch die Wehrregeleinrichtung 210 eingeregelt
worden ist. Weiterhin deaktiviert die Deaktivierungseinrichtung
215 die Drehzahlregeleinrichtung 220 im Anschluss an
eine Änderung der Trommeldrehzahl solange, bis die damit
einhergehende Beeinflussung der an der Sensoreinrichtung 60
zu messenden Trockensubstanzkonzentration cTS von der Wehrregeleinrichtung
210 wieder kompensiert worden ist. Anschließend
wird die Drehzahlregeleinrichtung 220 wieder freigeschaltet,
so dass diese gegebenenfalls eine weitere Änderung
der Trommeldrehzahl ausführen kann.The preferred embodiment shown in FIG. 2 differs from the first from FIG. 1 in that it has a
In Fig. 3 ist der innere Aufbau einer Dekantierzentrifuge 1
dargestellt, die im wesentlichen aus einer Zentrifugentrommel
20, einer Hohlwelle 20, einem Flüssigkeitswehr 30 und
einer Förderschnecke 40 besteht.3 shows the internal structure of a
Die Zentrifugentrommel 20 ist an Lagerstellen 23, 24 drehbar
gelagert und kann über eine Trommelantriebsvorrichtung 25
(vgl. Fig. 1) rotiert werden. Innerhalb der Zentrifugentrommel
20 ist eine Hohlwelle 10 angeordnet, die über Lager 15,
16 drehbar am Trommelmantel 21 gelagert ist. In eine axiale
Bohrung der Hohlwelle 10 ragt ein ortsfestes Einlaufrohr 11
hinein, die an wenigstens einer Einlaufausnehmung 12 mündet.
Durch diese ist eine Verbindung von der inneren Bohrung zum
Außenumfang der Hohlwelle 10 geschaffen.The
Am Außenumfang der Hohlwelle 10 ist eine Förderschnecke 40
befestigt, die über eine Schneckenantriebsvorrichtung 45 rotierbar
ist. Die Schneckenantriebsvorrichtung 45 kann auch
Teil der Trommelantriebsvorrichtung 25 sein, beispielsweise
durch eine separate Getriebestufe gebildet sein. Hohlwelle
10 und Trommelmantel 21 sind konzentrisch angeordnet, so
dass sich zwischen der Hohlwelle 10 und dem Trommelmantel 21
ein Kreisringraum 26 ausgebildet. Die Hohlwelle 10 weist eine
Tauchscheibe 14 auf, die an dem in Figur 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel in der Nähe einer Querschnittsverjüngung
von Hohlwelle 10 und Trommelmantel 21 angeordnet ist. Die
Tauschscheibe 14 ist auf der Hohlwelle 10 befestigt und
schließt den Kreisringraum 26 zur Hohlwelle hin ab. Der äußere
Umfang der Tauschscheibe 14 ist beabstandet von dem Innenumfang
des Zentrifugenmantels 21, so dass dort ein Durchtritt
von Flüssigkeit oder Trockensubstanz möglich ist. Am
Ende des konischen Bereiches ist der Trommelmantel 21 mit
wenigstens einer Trockensubstanzaustragsausnehmung 22 versehen.On the outer periphery of the
Am gegenüberliegenden axialen Ende der Zentrifugentrommel 20
ist ein Flüssigkeitswehr 30 angeordnet. Die Zentrifugentrommel
20 ist mit einer Wehrplatte 32 abgeschlossen, welche
einzelne Ausnehmungen aufweist, die einen Austritt von Flüssigkeit
erlauben. Der Wehrplatte 32 gegenüberliegend ist eine
Drosselplatte 34 angeordnet, die an einem ortsfest Teil
des Gehäuses der Dekantierzentrifuge 1 befestigt ist und
nicht mit der Zylindertrommel 20 rotiert. Die Drosselplatte
34 ist parallel zur Drehachse der Zylindertrommel 20 verschiebbar.
Die Breite eines sich zwischen Wehrplatte 32 und
Drosselplatte 34 ausbildenden Wehrspalts 33 ist damit auch
bei rotierender Zylindertrommel 20 variierbar.At the opposite axial end of the centrifuge drum 20
a
Die Verstellung der Drosselplatte 34 kann über elektrische
oder pneumatische Verstelleinrichtungen erfolgen, die über
ein Spaltweitensignal steuerbar sind, welches vom Steuerausgang
214 einer Wehrregeleinrichtung 210 ausgegeben wird.The adjustment of the
Figur 6 zeigt ausschnittsweise eine Dekantierzentrifuge mit
einem pneumatischen Flüssigkeitswehr 330. Dieses weist einen
U-förmigen Flüssigkeitskanal auf mit einer zur Zentrifugentrommel
20 hin gerichteten Eintrittsöffnung 331, einer U-förmigen
Biegung 333 und einer Austrittsöffnung 332. Es
schließt sich in der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform
eine weitere U-förmige Kanalumlenkung an, so dass insgesamt
eine Labyrinthdichtung mit 4 Umlenkungen ausgebildet ist.
Durch eine Druckgasleitung 334 kann Druckgas in den Flüssigkeitskanal
im Bereich der U-förmigen Biegung 333 eingeblasen
werden, wo sich eine hydrohermetische Druckkammer ausbildet.
Das in der Biegung 333 eingeleitete Druckgas erhöht den
Strömungswiderstand für die Flüssigkeitsphase 54 und erhöht
damit den Staudruck am Flüssigkeitswehr 330, so dass sich
die Teichtiefe XT vergrößert und die Trockensubstanzkonzentration
der ausgetragenen Schlammphase 52 verringert. Wird
der Gasdruck zu hoch gewählt, bricht die Gasphase aus der
Biegung 333 des Kanals aus und sammelt sich entweder in der
Zentrifugentrommel 20 oder strömt nach außen. Bei einem Gasdruck,
der etwa dem Druck der rotierenden Flüssigkeitsphase
in der Biegung 333, tritt kein Gas mehr in die Flüssigkeitsphase
54 über, so dass diese ungehindert austreten kann.
Beim Über- oder Unterschreiten dieser Druckwerte wird die
Teichtiefe xT nicht mehr beeinflusst. Liegt der Gasdruck
zwischen den genannten Grenzdrücken, kann das Verfahren der
Erfindung in gleicher Weise angewandt werden wie zuvor für
eine Dekantierzentrifuge mit mechanisch verstellbarem Flüssigkeitswehr
30 angegeben wurde. Auch das zuvor beschriebene
Dekantierzentrifugensystem kann mit seinen Sensoren 60 und
Regeleinrichtungen 210, 220 ebenso zusammen mit einer Dekantierzentrifuge
mit pneumatisch verstellbarem Flüssigkeitswehr
330 betrieben werden.FIG. 6 shows a section of a decanter centrifuge with a pneumatic
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung erläutert.The method according to the invention is described below with reference explained on the drawing.
Bei dem zu verarbeitenden Produkt handelt es sich um ein Mehrphasengemisch, das mindestens eine Flüssigkeitsphase und eine darin unlösliche Feststoffphase aufweist. In der hier vorgestellten Ausbildung des Verfahrens ist es Ziel des Trennprozesses, die Feststoffphase mit einem möglichst geringem Restgehalt an Flüssigkeit abzutrennen, gleichwohl soll die aus Feststoff und Restflüssigkeit bestehende Trockenphase noch durch Rohrleitungen förderbar sein, so dass sie fließfähig bleiben muss. Diese Zielsetzung ergibt sich beispielsweise bei der Verarbeitung von Klärschlamm in kommunalen Kläranlagen.The product to be processed is a Multi-phase mixture containing at least one liquid phase and has an insoluble solid phase. In the here training of the method presented is the aim of Separation process, the solid phase with the lowest possible Separate residual liquid, nevertheless the dry phase consisting of solid and residual liquid still be conveyable through pipelines, so that it must remain fluid. This objective arises for example in the processing of sewage sludge in municipal Sewage treatment plants.
Die Zylindertrommel 20 wird auf eine hohe Nenndrehzahl nZ0
beschleunigt, und das Produkt wird eingeleitet. Die Nenndrehzahl
nZ0 ist durch die Bauart der Dekantierzentrifuge 100
begrenzt. Bei hoher Nenndrehzahl nZ0 zu Beginn des Verfahrens
weist die sich absondernde Trockenphase 52 in der Zentrifugentrommel
20 eine hohe Trockensubstanzkonzentration cTS auf.The
Bei einem großen Dichtenunterschied zwischen fester und flüssiger Phase sind Feststoffe leichter sedimentierbar. In diesen Fällen kann die Nenndrehzahl nZ0 niedriger sein als die bauartbedingte Höchstdrehzahl nz,max. Das Verfahren kann dann mit einer Startdrehzahl begonnen werden, die dem 0,5 bis 0,7fachender der maximalen Drehzahl entspricht. Dadurch weist die Trockenphase zunächst einen erhöhte Menge an Restwasser auf. Um dies auszugleichen, wird das Verfahren mit einem weit geöffneten Wehr begonnen, so dass möglichst viel Flüssigkeit abfließen kann.If there is a large difference in density between the solid and liquid phases, solids are easier to sediment. In these cases, the nominal speed n Z0 can be lower than the design-related maximum speed n z, max . The process can then be started at a starting speed that is 0.5 to 0.7 times the maximum speed. As a result, the dry phase initially has an increased amount of residual water. To compensate for this, the process is started with a weir wide open so that as much liquid as possible can flow off.
In jedem Fall wird aber die Nenndrehzahl nZ0 zu Anfang des Prozesses so hoch gewählt, dass damit eine starke Phasentrennung erzielt wird und vermieden wird, dass Feinstäube mit der abgetrennten Flüssigkeitsphase ausgeschwemmt werden.In any case, however, the nominal speed n Z0 is chosen so high at the beginning of the process that a strong phase separation is achieved and that fine dust is not washed out with the separated liquid phase.
Um die Förderbarkeit der Trockenphase 52 zu gewährleisten
und um bereits in der Anlaufphase des Prozesses ein so hohes
Volumen auszutragen, dass die Rohrleitungen auf der Austragsseite
gefüllt werden und eine Messung der Trockensubstanzkonzentration
cTS mit Hilfe der Sensoreinrichtung 60 ermöglicht
ist, wird die bei hoher Nenndrehzahl abgetrennte
Trockensubstanz mit Flüssigkeit versetzt. Dazu wird beim Anlaufen
des Prozesses die Wehrspaltweite xW des Wehrspalts 33
zunächst auf einen Startwert eingestellt, der etwa 0,5% bis
5% der maximal einstellbare Wehrspaltweite xW,max beträgt.
Durch den schmalen Wehrspalt 33 steigt der Druck im Kreisringraum
26, so dass Flüssigkeit 54 in die abgeschleuderte
Trockenphase 52 hineindrückt. Die so wieder verdünnte Trockenphase
52 wird an der Tauchscheibe 14 vorbei bis zu der
Trockensubstanzaustragsausnehmung 22 gefördert.In order to ensure the conveyability of the drying
Die Weitenverhältnisse am Wehr sind in den Fig. 5a und 5b
schematisch dargestellt. Die Flüssigkeitsphase 54 wird nach
dem Austritt aus der Wehrplatte 32 auf Grund der hohen Zentrifugalkräfte
radial nach außen geschleudert. Bei einer in
Fig. 5b dargestellten sehr weiten Öffnung des Wehrspalts 33
schleudert die Flüssigkeitsphase weg und benetzt die Drosselplatte
34 nicht mehr. Die Spaltweite xW ist dann ohne
Einfluss auf die hydraulische Förderung der Trockenphase 52
in der Zentrifugentrommel 20. Die maximal einstellbare Wehrspaltweite
xW,max ist damit diejenige Weite des Wehrspalts 33,
bei der gerade noch eine Benetzung der Drosselplatte 34
durch die austretende Flüssigkeitsphase 54 stattfindet und
somit eine Regelung des Staudrucks der Flüssigkeitsphase erfolgen
kann.The width ratios on the weir are shown schematically in FIGS. 5a and 5b. After exiting the
Anschließend wird die Wehrspaltweite xW in Abhängigkeit von
der Trockensubstanzkonzentration cTS in der abgezogenen Trockenphase
52 bis zum Erreichen einer vorgegebenen Soll-Trockensubstanzkonzentration
cTS,0 geregelt.The weir gap width x W is then regulated as a function of the dry matter concentration c TS in the subtracted drying
Als anzustrebender Arbeitspunkt wird eine Wehrspaltweite definiert,
die unter Berücksichtigung von maschinentechnischen
und produktspezifischen Daten festgelegt wird und gegebenenfalls
durch Vorversuche ermittelt wird. Weiterhin wird ein
in Fig. 4b mit 37 bezeichneter Wehrspaltweitentoleranzbereich
um den Arbeitspunkt herum und eine Startwehrspaltweite
xW,1 festgelegt. Die Breite des Wehrspaltweitentoleranzbereichs
37 beträgt vorzugsweise 0,5% bis 5% der maximalen
Wehrspaltweite xW,max. A weir gap width is defined as the desired working point, which is determined taking into account machine-technical and product-specific data and, if necessary, determined by preliminary tests. Furthermore, a weir gap width tolerance range, designated 37 in FIG. 4b, around the working point and a starting weir gap width x W, 1 are defined. The width of the weir gap
Der Arbeitspunkt kann auch in der Mitte des verfahrenstechnischen
wirksamen Verfahrbereichs der Drosselplatte 34 festgelegt
werden, so dass sich gleich große Reserven für den
Verfahrweg der Drosselplatte in beiden Richtungen ergeben.The operating point can also be in the middle of the process
effective travel range of the
Nach dem so gestalteten Anlaufen des Prozesses setzt die erfindungsgemäße
Optimierung des Verfahrens im Hinblick auf
eine Energieeinsparung ein, sofern die eingeregelte Wehrspaltweite
xW nicht in dem Wehrspaltweitentoleranzbereich 37
liegt. After the process has been started up in this way, the optimization of the method according to the invention begins with a view to saving energy, provided that the regulated weir gap width x W is not within the weir gap
Liegt die Wehrspaltweite in dem Wehrspaltweitentoleranzbereich
37, so wird der Prozess ohne Energieverbrauchsoptimierung
weitergeführt, indem laufend das Produkt aufgegeben
wird und Flüssigkeits- und Trockenphase abgezogen werden.
Über eine Regelung der Wehrspaltweite wird auf Konzentrations-
oder Mengenänderungen im Zulauf reagiert, so dass die
Trockensubstanzkonzentration cTS nach kurzer Zeitdauer wieder
einem vorgegebenen Sollwert entspricht.If the weir gap width lies within the weir gap
Kann die Wehrspaltweite nicht weiter erhöht werden, da diese
nahe an der maximalen Wehrspaltweite xW,max liegt, wird eine
Erhöhung der Trommeldrehzahl nZ vorgenommen, so dass die
Trockensubstanzkonzentration cTS in der Trockenphase tendenziell
erhöht wird. Dem wird durch eine Druckerhöhung in der
Flüssigkeitsphase entgegengewirkt, die mittels einer Reduzierung
der Wehrspaltweite xW bewirkt wird. Durch die Schritte
Drehzahlerhöhung und Nachregelung der Wehrspaltweite
wird, gegebenenfalls nach einer Wiederholung, zugleich die
Drosselplatte des Wehrs wieder im Wehrspaltweitentoleranzbereich
37 positioniert.If the weir gap width cannot be increased further, since it is close to the maximum weir gap width x W, max , the drum speed n Z is increased so that the dry matter concentration c TS tends to be increased in the dry phase. This is counteracted by an increase in pressure in the liquid phase, which is brought about by reducing the weir gap width x W. Through the steps of increasing the speed and readjusting the weir gap width, if necessary after a repetition, the throttle plate of the weir is again positioned in the weir gap
Liegt die eingeregelte Wehrspaltweite xW jedoch unterhalb
des vorgegebenen Wehrspaltweitentoleranzbereichs 37, so wird
die Zentrifugentrommeldrehzahl nZ um einen Drehzahlstufenwert
ΔnZ, welcher vorzugsweise bei 2% der maximalen Nenndrehzahl
liegt, abgesenkt. Eine Durchführung des Verfahrens mit Drehzahlstufenwerten
ΔnZ von 30 bis 70 U/min ist auch möglich.
Es hat sich gezeigt, dass diese bevorzugte Werte für die
Drehzahlstufenwerte einerseits groß genug ist, um in möglichst
kurzer Zeit und möglichst wenigen Schritten eine Energieeinsparung
zu bewirken. Andererseits führt die Höhe
der dem Prozess aufgezwungenen Änderung noch nicht zu einem
Aufschwingen des Systems oder anderen negativen Auswirkungen.If, however, the weir gap width x W is below the predetermined weir gap
Nach der Drehzahländerung wird die Wehrspaltweite xW in Abhängigkeit
von der Trockensubstanzkonzentration cTS in der
abgezogenen Trockenphase 52 bis zum Erreichen einer vorgegebenen
Soll-Trockensubstanzkonzentration cTS,0 nachgeregelt.After the speed change, the weir gap width x W is readjusted as a function of the dry matter concentration c TS in the subtracted drying
Die eingeregelte Wehrspaltweite xW wird wiederum mit dem vorgegebenen Wehrspaltweitentoleranzbereich 37 verglichen. Solange die Wehrspaltweite xW außerhalb des Wehrspaltweitentoleranzbereiches 37 liegt, werden die Schritte:
- Drehzahlabsenkung,
- Nachregelung des Wehrspaltes 33 und
- Überprüfung der Wehrspaltweite
- Speed reduction,
- Readjustment of
weir gap 33 and - Checking the weir gap width
Andernfalls wird die Energieoptimierung abgebrochen. Das
Wehr 30 steht dann in einer Stellung, bei der noch genügend
Reserven gegeben sind, um die Drosselklappe 34 im verfahrenstechnisch
wirksamen Bereich zu verfahren und damit die
Wehrspaltweite xW zu verändern, wenn eine Änderung in Menge
und/oder Zusammensetzung des aufgegebenen Produktes dies erfordert.Otherwise the energy optimization is canceled. The
Das erfindungsgemäße Verfahren wird abschließend an einem Beispiel und mit Bezug auf die Fig. 7 und die Fig. 4a bis Fig. 4c nochmals erläutert.The process according to the invention is finally carried out on a Example and with reference to FIGS. 7 and 4a to Fig. 4c explained again.
In einer kommunalen Kläranlage wird das Dekantiersystem der Erfindung zur Trocknung, Eindickung oder Volumenstromreduzierung von Klärschlamm, welcher ein Gemisch aus Flüssigkeit und Feststoffen mit einem Gehalt an Trockensubstanz von 0.1 - 50 g/l darstellt. Angestrebt wird eine Entwässerung bis auf eine Trockensubstanzkonzentration cTS von 60 g/l.In a municipal sewage treatment plant, the decanting system of the invention is used for drying, thickening or reducing the volume flow of sewage sludge, which is a mixture of liquid and solids with a dry matter content of 0.1-50 g / l. The aim is to dewater to a dry matter concentration c TS of 60 g / l.
In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf der Trommeldrehzahl nZ (Fig. 4a), der Wehrspaltweite xW (Fig. 4b) und des Volumenstroms des zugeführten Produktes (Fig. 4c) bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt.4 shows the time course of the drum speed n Z (FIG. 4a), the weir gap width x W (FIG. 4b) and the volume flow of the product supplied (FIG. 4c) in the method according to the invention.
In der mit "I" bezeichneten Phase wird die Zentrifugentrommel
20 auf eine hohe Trommeldrehzahl beschleunigt, die im
Bereich der bauartbedingten, im Betrieb maximal zulässigen
Drehzahl liegt.In the phase labeled "I" the
Wie in Fig. 4b dargestellt, wird die Wehrspaltweite xW, ausgehend
von einem nahezu geschlossen Wehrspalt 33 in einer
Rampenfunktion vergrößert, bis die Trommel mit dem im Betrieb
vorgesehenen Volumen des Mehrphasengemisches vollständig
befüllt ist, die vorgegebene Trommeldrehzahl erreicht
wird und ein konstanter Volumendurchsatz in der Dekantierzentrifuge
vorliegt.As shown in Fig. 4b, the weir gap width x W , starting from an almost
Als Abschluss der Phase "I", die die Schritte a) bis d) des
erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, erfolgt eine Nachregelung
der Wehrspaltweite xW bis eine vorgegebene Trockensubstanzkonzentration
cTS in der abgezogenen Trockenphase 52 erreicht
ist.At the end of phase "I", which comprises steps a) to d) of the method according to the invention, the weir gap width x W is readjusted until a predefined dry substance concentration c TS is reached in the removed drying
Anschließend an die Nachregelung erfolgt mit Beginn der Phase
"II" eine Überprüfung, ob die Wehrspaltweite xW schon innerhalb
des Wehrspaltweitentoleranzbereiches 37 liegt, welcher
in Fig. 4b zwischen den gestrichelten Linien dargestellt
ist.Subsequent to the readjustment, a check is carried out at the beginning of phase “II” as to whether the weir gap width x W is already within the weir gap
Da die Wehrspaltweite xW noch außerhalb des Toleranzbandes liegt, kann eine Absenkung der Trommeldrehzahl nZ um einen Drehzahlstufenwert Δnz vorgenommen werden, wodurch eine Energieeinsparung erzielt wird. Die durch die Reduktion der Trommeldrehzahl niedrigere Trockensubstanzkonzentration cTS in der ausgetragenen Trockenphase wird durch eine Vergrößerung der Wehrspaltweite xW kompensiert.Since the weir gap width x W is still outside the tolerance band, the drum speed n Z can be reduced by a speed step value Δn z , thereby saving energy. The lower dry matter concentration c TS due to the reduction of the drum speed in the carried out drying phase is compensated for by increasing the weir gap width x W.
Die vorgenannten Schritte werden in den Phasen "III" und
"IV" wiederholt. Am Ende der Phase "IV" befindet sich die
Wehrspaltweite xW nach Durchführung der Nachregelung innerhalb
des Wehrspaltweitentoleranzbereiches 37.The above steps are repeated in phases "III" and "IV". At the end of phase "IV", the weir gap width x W after the readjustment has been carried out is within the weir gap
Daher wird die Drehzahlregeleinrichtung 220 deaktiviert, und
es wird keine weitere Absenkung der Trommeldrehzahl vorgenommen.
Das Wehr 30 befindet sich nun in einer Stellung, aus
der heraus das Dekantierzentrifugensystem der Erfindung auf
Änderungen beim Produktzulauf in beide Richtungen reagieren
kann. Der Wehrspalt 33 kann weiter geöffnet werden, um den
Flüssigkeitsentzug bei einem Produkt mit geringerer Trockensubstanzkonzentration
zu erhöhen. Er kann aber auch weiter
geschlossen werden, wodurch bei einem stärker konzentrierten
Produkt eine bestimmte Restfeuchte in der ausgetragenen Trockenphase
erhalten bleibt, was ein Zusetzen der austragsseitigen
Leitungssysteme verhindert.Therefore, the
In Phase "V" der Fig. 4c ist eine Erhöhung der Zuflussmenge,
beispielsweise auf Grund eines Regenschauers, aufgezeichnet.
Gleichzeitig ist der Feststoffgehalt aber geringer. Um die
Trockensubstanzkonzentration cTS des Austrags konstant zu
halten, wird die Wehrspaltweite xW aus dem Toleranzbereich
37 heraus stark erhöht, um vermehrt Flüssigkeit abziehen zu
können.In phase "V" of FIG. 4c, an increase in the inflow amount, for example due to a rain shower, is recorded. At the same time, the solids content is lower. In order to keep the dry matter concentration c TS of the discharge constant, the weir gap width x W is greatly increased out of the
Der Verfahrensablauf ist auch in dem Flussdiagramm der Fig. 7 graphisch dargestellt: Zunächst muss die Zentrifugentrommel anlaufen und das Wehr auf eine Startwehrspaltweite eingestellt werden. Es wird dann die Zuleitung des Mehrphasengemisches in die rotierende Dekantierzentrifuge geöffnet, die damit allmählich gefüllt wird. Die Flüssigkeitsphase und die Trockenphase werden kontinuierlich abgezogen.The process flow is also in the flow chart of FIG Fig. 7 shows graphically: First the centrifuge drum start and the weir to a starting weir gap can be set. It then becomes the feed of the multiphase mixture opened in the rotating decanter centrifuge, which is gradually filled with it. The liquid phase and the drying phase is deducted continuously.
Mit der Wehrregeleinrichtung 210 (vgl. Fig. 1, 2) wird über
die Wehrstellung die Austragskonzentration auf den gewünschten
Sollwert eingeregelt. Während dieser Zeit ist die Funktion
der Drehzahlregeleinrichtung 220 noch überbrückt. Nachdem
diese Überbrückungszeit beendet ist, wird die Regelung
freigegeben. Für den spezifischen Einsatzfall wird unter Berücksichtigung
von maschinentechnischen und anlagenspezifischen
Daten der optimale Arbeitspunkt der Wehrregeleinrichtung
210 festgelegt. Aus diesem Arbeitspunkt ergibt sich der
Bereich in dem die Dekantierzentrifuge verfahrenstechnisch
und hinsichtlich des Energieverbrauchs optimal arbeitet.
Mittelage und Breite dieses Bereiches werden zur Definition
eines Wehrspaltweitentoleranzbereiches herangezogen.The weir control device 210 (cf. FIGS. 1, 2) is used for
the weir position the discharge concentration to the desired
Setpoint adjusted. During this time the function is
the
Die momentane Stellung des Wehrs wird dann ermittelt und mit dem Wehrspaltweitentoleranzbereich verglichen.The current position of the weir is then determined and with compared to the weir gap tolerance range.
Befindet sich der Stellwert der Wehrregeleinrichtung unterhalb dieses Bereiches, ist der Dekanter nicht ausgelastet und die Trommeldrehzahl, die mit dem Energieverbrauch des Trennverfahrens direkt im Zusammenhang steht, kann um einen Drehzahlstufenwert reduziert werden.The control valve's control value is below of this area, the decanter is underutilized and the drum speed, which is related to the energy consumption of the Separation process is directly related to one Speed level value can be reduced.
Verlässt der Stellwert der Regelung den Bereich in positiver Richtung, ist die Trommeldrehzahl zu niedrig und muss angehoben werden, um die Wehrposition in den Wehrspaltweitentoleranzbereich zurückzuführen. The control output value leaves the range in positive Direction, the drum speed is too low and must be raised the weir position in the weir gap width tolerance range due.
Ist eine der Bedingungen für die Verstellung der Trommeldrehzahl gegeben, wird geprüft, ob die Wehrregeleinrichtung ausgeregelt ist, d.h. ob die Austragskonzentration dem Sollwert entspricht. Ist das der Fall, so wird die Trommeldrehzahl angepasst. Ist die Regeldifferenz zu groß, muss zunächst die Trockensubstanzkonzentration cTS nachgeregelt werden und die Trommeldrehzahl wird erst in einem späteren Schritt verändert.If one of the conditions for the adjustment of the drum speed is given, a check is carried out to determine whether the weir control device is corrected, ie whether the discharge concentration corresponds to the setpoint. If this is the case, the drum speed is adjusted. If the control difference is too large, the dry matter concentration c TS must first be readjusted and the drum speed is only changed in a later step.
Wurde die Trommeldrehzahl verändert, so ergibt sich für die ständig aktive Wehrregeleinrichtung möglicherweise ein neuer Arbeitspunkt. Dieser Arbeitspunkt muss von der Regelung ermittelt und angefahren werden. Dazu wird eine Erholungszeit für die Regelung gestartet. Nach Ablauf dieser Zeit beginnt wieder der Zyklus, der zur Festlegung des Wehrspaltweitentoleranzbereiches und eines erneuten Vergleichs der Wehrstellung mit dem Toleranzbereich führt.If the drum speed was changed, the result is for Weir control equipment that is constantly active may be a new one Operating point. This operating point must be determined by the control and be approached. This will be a recovery time started for the scheme. After this time begins again the cycle that defines the weir gap tolerance range and a new comparison of the weir position with the tolerance range.
Claims (24)
mittels einer Dekantierzentrifuge (100), die aufweist:
gekennzeichnet durch folgende Schritte
by means of a decanter centrifuge (100) which has:
characterized by the following steps
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