Способ управления водооборотным циклом Советский патент 1991 года по МПК C02F1/04 C02F103/28 C02F103/34 

Изобретение относится к сгтособам управления водооборотным циклом, в частности процессом аккумулирования низкопотенциальной тепловой энергией в оборотном водоснабжении, и может быть использовано в целлюлозно-бумажной и химической отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение экономичности за счет увеличения утилизации низкопотенциальной тепловой энергии оборотной воды и повышение точности регулирования.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы водооборотного цикла,

реализующая предлагаемый способ с использованием в качестве системы охлаждения оборотной воды теплонасосную установку (ГНУ); на фиг. 2 - функциональная схема управляющего вычислительного блока (У В Б).

Способ осуществляют следующим образом.

Свежую воду подают в производство 1 по трубопроводу 2. Расход свежей воды и ее температуру измеряют соответственно датчиками расхода 3 и температуры 4, сигналы с которых поступают на входы преобразователей 5 и 6, а с их выхода - на вход УВБ 7. В

о

vl СО

ел ю

производство подают технологический пар по трубопроводу 8. Расход пара и его температуру измеряют соответственно датчиками 9 и 10, с которых сигналы поступают на входы преобразователей 11 и 12, а с их выхода - на вход УВБ 7 Температуру воды, выходящей из производства по трубопроводу 13 и поступающей на локальные очистные сооружения 14, измеряют датчиком 15, температуры, сигнал с которого поступает на вход преобразователя 16, а с его выхода - на вход УВБ 7, Воду после локальных очистных сооружений 14 частично подают непосредственно в производство по трубопроводу 17, а частично по трубопрово- ду 18 в систему охлаждения, включающую испаритель 19 теплонасосной установки 20, а также конденсатор 21. Соотношение этих объемов воды устанавливается с помощью регулятора 22 и регулирующего клапана 23 для воды, поступающей без дополнительного охлаждения, и с помощью регулятора 24 и регулирующего клапана 25 для воды, поступающей в теплонасосную установку 20. Объемы воды, поступающей в производство без дополнительного охлаждения и с дополнительным охлаждением (после ТНУ), измеряют соответственно датчиками 26 и 27 расхода, сигналы с которых подаются на вход преобразователей 28 и 29, а с их выхо- да - на вход УВБ 7. Температура оборотной воды, поступающей на дополнительное охлаждение в ТНУ и охлажденная после ТНУ, измеряется соответственно датчиками 30 и 31 температуры, сигналы с которых посту- пают на входы преобразователей 32 и 33 и с их выхода - на вход УВБ 7. Эти значения температур необходимы для определения значения коэффициента отбора тепла из оборотной воды в ТНУ

а .(1)

ДТ

где а- коэффициент отбора тепла в СО;

Т пт - температура оборотной воды после ТНУ;

Тдт - температура оборотной воды перед ТНУ.

Управление значением коэффициента отбора тепла осуществляют путем регулирования подачи дополнительного количества хладагента из резервуара 34 в систему его циркуляции в ТНУ с помощью регулятора 35 и регулирующего клапана 36. установленных на линии 37 подачи хладагента в ТНУ.

Конденсатор 21 ТНУ используется для пбдогрева воды (оборотной воды после локальных очистных сооружений или свежей), поступающей по трубопроводу 38. Подогретая вода по трубопроводу 39 подается для

использования в различных точках технологического процесса производства или используется для вспомогательных целей (горячее водоснабжение).

Регулирование объемов подаваемых в производство технологического пара и свежей воды производится соответственно регуляторами 40 и 41 и регулирующими клапанами 42 и 43.

От датчиков температуры 10, 4, 15, 30 и 31 на вход УВБ 7 поступают сигналы соответственно о температуре технологического пара, свежей воды, воды перед локальными очистными сооружениями, перед ТНУ и после ТНУ.

По значениям сигналов от датчиков 30 и 31 определяется в вычислительном блоке значение коэффициента отбора тепла а и сравнивается с «мин и Омакс.

«МИн а амакс,(2)

где «мин. а, «макс - минимальное, текущее и максимальное значение коэффициента отбора тепла.

По значению сигнала от датчика 15 проверяется условие

5 10 15 20 25 0 5 0

5

5

0

Ттек Тк

(3)

где Ттек. Тмэкс - текущая и максимально допустимая температура воды перед локальными очистными сооружениями, например перед аэротенками биологической очистки Тмэкс 38 С.

От датчиков 3, 9, 26 и 27 на вход УВБ 7 поступают сигналы соответственно о расходах свежей воды, технологического пара, оборотной воды без дополнительного ее охлаждения, оборотной воды с дополнительным охлаждением в ТНУ.

По значениям сигналов от этих датчиков проверяются условия

Освмин Осв Освмакс ;(4)

Т/мин Г 7/макс(5)

Ообомин Ообо Ообомакс(6)

Оосомин Qocc Оосомакс(7)

Кмин К К„акс(8)

гдеОсв, Освмин, Освмзкс - текущий,минималь- ный и максимальный обьемы свежей воды, которые подаются в производство;

tj, т/мин, макс текущий.минимальный и максимальный обьемы технологического пара, подаваемого в производство;

Ообо. Ообомин, Ообомакс ТвкуЩИЙ, МИНИмальный и максимальный объемы оборотной воды без дополнительного охлаждения, подаваемых в производство;

Qoco, QOCOMMH. О.осома с - текущий, МИНИ- мальный и максимальный обьемы оборотной воды с дополнительным охлаждением в ТНУ, подаваемые в производство;

К, «мин. Кмакс - текущее, минимальное, максимальное значения коэффициента соотношения объемов воды без дополнительного и с дополнительным охлаждением, подаваемых в производство и определяемых по выражению

и Ообо

(9)

Q

ос о

По сигналам от датчиков 3, 4, 9, 26, 27, 30 и 31 в вычислительном блоке в случае невыполнения условий (2-8) по полученной функциональной зависимости производится прогноз температуры в системе

Т « (.+1)(1-у)nm

ТпQ-K-(l-a) (Щ

где Тп - прогноз на значение температуры воды в системе;

QCB, Тсв - объем и температура свежей воды, соответственно;

rj - расход технологического пара;

у- величина тепловых потерь в системе оборотного водоснабжения;

Q - объем воды, поступающей на локальные очистные сооружения;

К - коэффициент соотношения объемов воды, подаваемых в производство без дополнительного охлаждения и с дополнительным охлаждением в ТНУ;

а - коэффициент отбора тепла из оборотной воды в ТНУ.

Если выполняется условие

Тп Тмакс,(11)

то определяются значения QCu, tj, Qo6o, Qoco, К,а..

Эти значения с выхода вычислительного блока в виде установок подаются на входы регуляторов 40, 41, 22, 24 и 35, которые воздействуют на регулирующие клапаны соответственно 42, 43, 23, 25 и 36 и изменяют соответственно объем подаваемого в производство технологического пара, свежей воды, оборотной воды без дополнительного охлаждения, оборотной воды с дополнительным охлаждением, объем хладагента, подаваемого в ТНУ. Регулирование этих величин способствует поддержанию температуры воды в системе оборотного водоснабжения предприятия на уровне, не превышающем значения Тмакс. Если Тп Тмакс, то производится расчет по функциональной зависимости (10) новых значений QCB, у, Ообо, Qoco. К, атак, чтобы выполнялось условие(11).

Если условия (2-8) выполнены, то производится поддержание значений величин Осе, 9. Ообо, Qoco, К, а так, чтобы выполнялось условие Trex-const,

Управляющий вычислительный блок 7 может быть реализован, например, на базе средств микропроцессорной техники. Этот блок выполняет функции по приему инфор- 5 мации от датчиков 3, 4, 9, 10, 15, 26, 27, 30 и 31, выработке сигналов управления и их выдаче на исполнительные механизмы. Блок 7 состоит из двух плат, Первая плата - плата серийной микро10 ЭВМ Электроника К1-20, вторая плата - плата сопряжения, которая выполняет функции сбора сигналов управления на исполнительные механизмы. Эта плата состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

15 44 (на основе микросхемы КР572 ПВ2),пяти цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) . 45-49 (на основе микросхемы К252 ПА 2) и коммутатора 50 аналоговых сигналов от датчиков 3, 4, 9, 10, 15, 26. 27, 30 и 31 Жоммута20 тор выполнен на основе микросхе м КР 143 КТ1. Связь микро-ЭВМ и Электроника К1- 20 с платой сопряжения осуществляется через параллельные интерфейсы ПИ1 51, ПИ2 52, ПИз 53 типа К580ИК55. ПИ1 51 ис25 пользуется для выдачи управляющих цифровых кодов, изменения расхода свежей воды и технологического пара, поступающих в производство, причем через ЦАГЬ 45 и регулятор 41 и через него на регулирую30 щи и клапан 43 производится выдача сигнала для изменения расхода свежей воды, а через ЦАП2 46, регулятор 40, а через него на регулирующий клапан 42 производится выдача сигнала для изменения расхода техно35 логического пара.

ПИ2 52 используется для выдачи управляющего цифрового кода, изменения расхода оборотной воды без дополнительного ее охлаждения через ЦАПз на регулятор 22 и

40 через него на регулирующий клапан 23. Кроме того, через ПИз вводятся преобразованные в цифровую форму.сигналы отдатчиков 3, 4, 9, 10, 15, 26, 27, 30 и 31 (через коммутатор АЦП), а также выдается сигнал запуска

45 АЦП (линия Запуск) и сигналы адресации (Адрес) на коммутатор, используемые для выбора одного из девяти входных измерительных сигналов.

ПИз 53 используется для выдачи управ50 ляющих цифровых кодов изменения расхода оборотной воды с дополнительным ее охлаждением и изменения расхода хладагента, подаваемого в ТНУ, причем через ЦАП4 48, регулятор 24 и через него на регу55 лирующий клапан 25 производится выдача сигнала для изменения расхода оборотной воды с дополнительным ее охлаждением, а через ЦАПб 49 на регулятор 35 и через него на регулирующий клапан 36 производится

выдача сигнала для изменения расхода хладагента, подаваемого в ТНУ.

Ввод-вывод сигналов и вычисление управляющих воздействий производит процессор (Пр) 54 (КР 580 ПК 80А) под управлением программы, записанной в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) 55. Программа реализует следующие функции: управление вводом-выводом, масштабирование переменных, реализация программирующих функций для регуляторов расхода пара, свежей воды, оборотной воды без ее дополнительного охлаждения, оборотной с ее дополнительным охлаждением, изменения расхода хладагента в ТНУ.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 56 служит для записи и считывания из него информации.

Использование предлагаемого способа управления существенно облегчает управ- ление процессом накопления тепловой энергии, содержащейся в оборотной воде, и позволяет оптимально производить производственный процесс с точки зрения ведения технологического регламента и экономических показателей, с максимально возможной утилизацией низкопотенциальной тепловой энергии, позволяет снизить расход технологического пара и расход свежей воды. Кроме того, предлагаемый способ также предотвращает подачу на биологическую очистку сточной воды с температурой, при которой процесс очистки не будет эффективно протекать.

В качестве системы охлаждения может быть использовано любое техническое устройство, с помощью которого можно производить охлаждение оборотной воды: вентиляторная градирня,теплообменник. В этом случае по значению а определяется для теплообменника - допопнительное количество теплообменников, которые необходимо включить в работу; для вентиляторной градирни - дополнительное число включаемых в работу секций градирни.

Кроме того, способ позволяет повысить точность стабилизации значения температуры оборотной воды (за счет регулирования пяти управляющих воздействий); производить охлаждение не всего объема оборотной воды, а лишь ее определенной части; исключить значительные потери воды, связанные с испарениями в градирне (5-7% от производительности градирни), а также тепловое загрязнение окружающей среды отводимой тепловой энергией.

Все это создает условия для ритмичной работы производственного процесса в условиях замкнутого водооборотного цикла.

Формула изобретения Способ управления водооборотным циклом, включающий подачу свежей и оборотной воды в систему производства и измерение температуры оборотной воды, подаваемой в систему охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности за счет утилизации низкопотенциальной тепловой энергии оборотной воды и повышения точности регулирования, в систему производства подают технологический пар, из которой воду подают на локальные очистные сооружения, после которых поток воды разделяют на два, один из которых подают в систему производства, а другой - в систему охлаждения, измеряют температуру технологического пара и свежей воды, подаваемых в систему производства, температуру оборотной воды, подаваемой на локальные очистные сооружения и в систему производства после системы охлаждения, измеряют расходы технологического пара и свежей воды, подаваемых в систему производства, оборотной воды, подаваемой в систему производства с выхода локальных очистных сооружений и системы охлаждения, по измеренным величинам прогнозируют температуру оборотной воды локальных очистных сооружений по формуле

Т- (0 Тсв+9)(1-у)

пQ К (1 - а)

где Тп - прогнозируемая температура на локальных очистных сооружениях;

QCB - расход свежей воды;

Тсв температура свежей воды;

т} - расход технологического пара;

у- величина тепловых потерь в системе производства;

Q - расход воды, поступающей на локальные очистные сооружения;

К Qo6o/Qoco - коэффициент распределения потоков оборотной воды;

Ообо - текущее значение расхода оборотной воды на линии локальные очистные сооружения - система производства;

босо - текущее значение расхода оборотной воды на линии система охлаждения - система производства;

а - Тпт/Тдт - коэффициент отбора тепла в системе охлаждения;

Тпт - температура оборотной воды после системы охлаждения;

Тдт - температура оборотной воды перед системой охлаждения, сравнивают прогнозируемую температуру с максимально возможной температурой и по

результатам сравнения регулируют расход технологического пара, хладагента в систему охлаждения, свежей воды в систему производства, соотношения расходов

оборотной воды на систему охлаждения и систему производства до получения заданного значения температуры на локальных очистных сооружениях.

Изобретение относится к способам управления водооборотным циклом, в частности процессом аккумулирования низкопотенциальной тепловой энергией в оборотном водоснабжении, и может быть использовано в целлюлозно-бумажной и химической отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение экономичности за счет увеличения утилизации низкопотенциальной тепловой энергии оборотной воды и повышения точности регулирования. Изобретение решает задачу повышения эффективности очистки воды в условиях замкнутого водооборотного цикла путем стабилизации температуры оборотной воды. Способ осуществляется следующим образом. Стабилизируют температуру оборотной воды путем регулирования расхода технологического пара, свежей воды, хладагента в систему охлаждения, соотношение частей потоков оборотной воды. Поставленная задача решается за счет предотвращения подачи на очистные сооружения (биологическая очистка) оборотной воды с температурой, при которой процесс очистки не будет эффективно протекать. 2 ил.

Ј7/7 ,т с1ул ,

ит «/о ji/jjn Mf 27 30,31 QH 9 лу