FI63294B

FI63294B - FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER STYRNING AV TEMPERATUREN FOER DET MEDIUM SOM SKALL UPPVAERMAS I EN MED AONGA FUNGERANDE VAERMEVAEXLARE

Info

Publication number: FI63294B
Application number: FI802062A
Authority: FI
Inventors: Valentin Tinnis
Original assignee: Ekono Oy
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1983-01-31
Also published as: FI802062A7; SE8103902L

Description

R5FH [B] (11)Kl,ULUTUSJULKAISU , „ Q .R5FH [B] (11) Kl, RELEASE PUBLICATION, „Q.

MA lJ U ' UTLÄGGNI NGSSKRIFT 0 0^94 • (45) ^ ^ (51) K».ik.3/im.a.3 P 28 B 11/CX) SUOMI—FINLAND pi) ρμ*«ιι«λ*««-ην«««λ^ Θ02062 (22) HtkMnltfUvi — AmMiningWac 27.06.80 (23) AlkupUvt—CiklclMtadac 27.06.80 (11) Tullut JulklMlui — Bihrit affanclig 28 12 8l rmMU· i. rldfriKllltu. (<4) NHMMkHpaM. » fm.- „ ' , 'o,MA lJ U 'UTLÄGGNI NGSSKRIFT 0 0 ^ 94 • (45) ^ ^ (51) K ».ik.3 / im.a.3 P 28 B 11 / CX) FINLAND — FINLAND pi) ρμ *« ιι «λ * «« -Ην «« «λ ^ Θ02062 (22) HtkMnltfUvi - AmMiningWac 27.06.80 (23) AlkupUvt — CiklclMtadac 27.06.80 (11) Tullut JulklMlui - Bihrit affanclig 28 12 8l rmMU · i. RldfriKllltu. (<4) NHMMkHpaM. »Fm.-„ ',' o,

Patent- och ragiatarstyralaan ' ' AnsSkan utkfd och utUkrWUo puMiemd jx.ux.oj (32)(33)(31) Fnd««y •cueikem-e^ird prtortm (71) Ekono Qy, Xasarmikatu U6-1+8, 00130 Helsinki 13, Suomi-Finland (FI) (72) Valentin Tinnis, Espoo, Suomi-Finland(FI) (7^) 0y Roister Ab (5^) Menetelmä ja laite lämmitettävän väliaineen lämpötilan ohjaamiseksi höyrykäytöisessä lämmönvaihtimessa - Förfarande och anordning för styrning av temperaturen för det medium, som skall uppvärmas, i en med änga fungerande värmeväxlare Tämän keksinnön kohteena on menetelmä lämmitettävän väliaineen lämpötilan ohjaamiseksi höyrykäyttöisessä lämmönvaihtimessa, jonka mukaan lämmönvaihtimesta poistuvan lämmitettävän väliaineen lämpötila mitataan ja mittaustulosta käytetään lämmönvaihtimessa lämmitettävään väliaineeseen siirtyvän lämpömäärän ohjaukseen säätämällä lämmönvaihtimen toimivan lämmönsiirtopinnan pinta-alaa. Keksinnön kohteena on myös laite tämän menetelmän toteuttamiseksi.Patent- och ragiatarstyralaan '' AnsSkan utkfd och utUkrWUo puMiemd jx.ux.oj (32) (33) (31) Fnd «« y • cueikem-e ^ ird prtortm (71) Ekono Qy, Xasarmikatu U6-1 + 8, 00130 Helsinki 13, Suomi-Finland (FI) (72) Valentin Tinnis, Espoo, Suomi-Finland (FI) (7 ^) 0y Roister Ab (5 ^) Method and apparatus for controlling the temperature of a heated medium in a steam heat exchanger - Förfarande och anordning för styrning av The present invention relates to a method for controlling the temperature of a heated medium in a steam-operated heat exchanger, according to which the temperature of the heat transfer medium leaving the heat exchanger is measured sector. The invention also relates to a device for carrying out this method.

Tämän tapaista menetelmää käytetään esimerkiksi sellukeiton keittonesteen lämmityksessä, joka hoidetaan yleensä epäsuorasti höyryllä lämmönvaihtimien, ns. kalorisaattoreiden, avulla. Keitto-nestettä imetään keittimen kehässä sijaitsevien sihtien kautta pumpun avulla kalorisaattoriin, josta se palautetaan keittimeen.Such a method is used, for example, in the heating of pulp cooking liquid, which is usually treated indirectly by steam in heat exchangers, the so-called using calories. The cooking liquid is sucked through the screens in the circumference of the digester by means of a pump into the calorizer, from where it is returned to the digester.

Eräs tunnettu säätösysteemi on esitetty kuviossa 1.A known control system is shown in Figure 1.

Kalorisaattorista 1 ulostulevan kiertonesteen lämpötilan säätö on tavallisesti toteutettu automaattisen säätäjän 2 avulla, 2 63294 joka tuntoelimen 3 avulla tuntee kiertonesteen lämpötilan ja joka tämän perusteella ohjaa höyryn tulojohdossa sijaitsevaa säätövent-tiiliä 4, joka tarpeen vaatiessa kuristaa höyryn tuloa lämmitettävään väliaineeseen siirtyvän lämpömäärän pienentämiseksi. Höyryn tulojohdossa on lisäksi sulkuventtiili 5.The temperature control of the circulating liquid leaving the calorizer 1 is usually carried out by means of an automatic regulator 2, 2 63294 which senses the temperature of the circulating liquid by means of a sensor 3 and controls the control valve 4 in the steam supply line. The steam supply line also has a shut-off valve 5.

Kalorisaattorissa 1 höyry muuttuu lauhteeksi, joka poistuu vapaasti systeemistä lauhteenerottajalla 6 varustetun poistojohdon 7 kautta.In the calorizer 1, the steam is converted into condensate which leaves the system freely via an outlet line 7 provided with a condensate separator 6.

Termodynamiikan toisen pääväittämän mukaan lämmönsiirtosys-teemin entropia kasvaa alituisesti ja voi vain poikkeustapauksissa lähestyä nolla-rajaa. Jos höyryntuloa lämmönvaihtimeen kuristetaan ohjauksen kautta entropia kasvaa aina sitä enemmän mitä suurempi paine-ero on. Näin ollen menetetään potentiaalista energiaa, josta osa muutoin voitaisiin käyttää sähkön kehitykseen. Lisäksi ylimääräinen entropian kehitys joudutaan "pumppaamaan" ulos systeemistä, mikä vaatii myös energiaa.According to the second main statement of thermodynamics, the entropy of a heat transfer system increases continuously and can only approach the zero limit in exceptional cases. If the steam input to the heat exchanger is throttled through the control, the entropy always increases the greater the pressure difference. As a result, potential energy is lost, some of which could otherwise be used to generate electricity. In addition, the extra entropy development has to be "pumped" out of the system, which also requires energy.

Kun lämmitys, kuten esim. sellutehtaan eräkeitossa, toteutetaan käyttämällä kahta eripaineista höyryä (yleensä alkuvaiheessa noin 0,3 MPa ja loppuvaiheessa noin 1 MPa), voidaan matalapainehöy-ryn osuutta huomattavasti lisätä ellei sitä kuristeta ennen lämmön-vaihdinta. Jos höyry, kuten tavallista, otetaan väliotto- ja vasta-paineturbiinista, merkitsee silloin vastapainehöyryosuuden kasvaminen lisääntynyttä sähkönkehitystä.When heating, as in batch cooking in a pulp mill, is carried out using two vapors of different pressures (usually about 0.3 MPa at the beginning and about 1 MPa at the end), the proportion of low pressure steam can be considerably increased unless it is choked before the heat exchanger. If steam, as usual, is taken from the intake and back pressure turbine, then an increase in the proportion of back pressure steam means increased electrical generation.

Olisi siten edullista johtaa höyry lämmönvaihtimeen täydessä paineessaan ja hoitaa lämmönsiirron ohjaus eli kiertonesteen lämmityksen säätö jollakin toisella tavalla.It would thus be advantageous to direct the steam to the heat exchanger at its full pressure and to control the heat transfer, i.e. the heating of the circulating fluid in some other way.

DE-kuulutusjulkaisusta 1 601 113 tunnetaan laite, jossa lauhduttimen lauhdutustehoa voidaan säätää toimivaa lämmönsiirto-pinta-alaa muuttamalla. Lämmönsiirtopinta-alaa säädetään kaasutyy-nyn avulla, joka muodostuu kaasusäiliöstä peräisin olevasta kaasusta. Kaasun painetta säädetään höyrykattilasta höyrynsäätöventtiilin kautta kaasusäiliöön virtaavalla höyryllä.DE 1 601 113 discloses a device in which the condensing power of a condenser can be adjusted by changing the operating heat transfer area. The heat transfer surface is adjusted by means of a gas cushion consisting of gas from a gas tank. The gas pressure is regulated by the steam flowing from the steam boiler through the steam control valve to the gas tank.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan menetelmä, jonka avulla lämmitettävän väliaineen lämpötilaa voidaan ohjata höyryä kuristamatta. Keksinnölle on tunnusomaista, että lämmitettävään väliaineeseen siirtyvää lämpömäärää ohjataan säätämällä käyttö-höyrystä muodostuneen lauhteen pinnan korkeutta lämmönvaihtimessa lauhteen poistojohdossa olevan säätöventtiilin avulla, jolloin 3 63294 lauhdepinnan korkeuden vaihtelut aiheuttavat vaihtelua lämmönvaihtimen toimivan lämmönsiirtopinnan pinta-alassa. Koska lauhdepinnan korkeuden sallitaan vaihdella lämmönvaihtimessa, systeemin lämmön-siirtopinta tulee muuttuvaksi suureeksi ja ohjaus voidaan toteuttaa lauhdejohtoon sijoitettavalla säätöventtiilillä. Lämmönvaihdin voidaan asentaa sellaiseen asentoon, että lauhteen pinta voi siinä vapaasti vaihdella kuormituksen eli lämmönsiirtotarpeen mukaan. Esim. putki- ja lamellityyppinen lämmönvaihdin voidaan mieluiten nostaa pystyyn, jolloin säätöominaisuudet paranevat.It is an object of the present invention to provide a method by which the temperature of the medium to be heated can be controlled without choking the steam. The invention is characterized in that the amount of heat transferred to the medium to be heated is controlled by adjusting the height of the condensate surface formed by the operating steam in the heat exchanger by means of a control valve in the condensate outlet, where 3,63294 variations in condensate height cause variation in the heat exchanger. Since the height of the condensate surface is allowed to vary in the heat exchanger, the heat transfer surface of the system becomes a variable quantity and control can be implemented by a control valve placed in the condensate line. The heat exchanger can be installed in such a position that the surface of the condensate can freely vary according to the load, i.e. the need for heat transfer. For example, a heat exchanger of the tubular and lamella type can preferably be raised, whereby the control properties are improved.

Uudishankinnoissa isokokoisen ja kalliin höyryn säätöventtii-lin sijasta voidaan valita pieni ja halpa lauhteen säätöventtiili. Energian säästön ohella myös investointikustannukset pienenevät.In new purchases, a small and inexpensive condensate control valve can be chosen instead of a large and expensive steam control valve. In addition to energy savings, investment costs are also reduced.

Keksinnön kohteena on myös laite, jonka tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 2.The invention also relates to a device, the features of which appear from the appended claim 2.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheiseen piirustukseen viitaten, jossa tunnettua ohjaussysteemiä esittävän kuvion 1 lisäksi kuvio 2 esittää keksinnön mukaista ohjauslaitetta pystysuoran lämmönvaihtimen yhteydessä, kuvio 3 esittää ohjauslaitetta kaltevan lämmönvaihtimen yhteydessä, ja kuvio 4 esittää ohjauslaitteen toista suoritusmuotoa.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which, in addition to Figure 1 showing a known control system, Figure 2 shows a control device according to the invention in connection with a vertical heat exchanger, Figure 3 shows a control device in connection with an inclined heat exchanger, and Figure 4 shows another embodiment.

Kuviossa 2 on esitetty pitkänomainen putkilämmönvaihdin 1, joka on sijoitettu pystyasentoon. Lämmönvaihtimeen syötetään toisaalta lämmitettävää väliainetta, kuten sellukeiton keittonestettä, ja toisaalta paineenalaista höyryä, kuten vesi-, natrium-, freon- tai ammoniakkihöyryä. Höyryn tulo voidaan katkaista sulkuventtiilillä 5. Lämmitettävä väliaine virtaa lämmönvaihtimen läpi ja sen lämpötila lämmönvaihtimen jälkeen mitataan tuntoelimellä 3.Figure 2 shows an elongate tube heat exchanger 1 arranged in a vertical position. The heat exchanger is supplied with a heated medium, such as pulp cooking liquid, on the one hand, and pressurized steam, such as water, sodium, freon or ammonia steam, on the other hand. The steam supply can be cut off by a shut-off valve 5. The medium to be heated flows through the heat exchanger and its temperature after the heat exchanger is measured by a sensor 3.

Luovutettaessaan lämpöä lämmitettävälle väliaineelle höyry lauhtuu ja lauhteelle on järjestetty poistojohto 7 lämmönvaihtimen alaosaan.When heat is transferred to the medium to be heated, the steam condenses and an outlet line 7 is arranged for the condensate in the lower part of the heat exchanger.

Keksinnön mukaisesti lauhteen poistojohtoon 7 on järjestetty säätöventtiili 8, joka säätää lauhteen virtausta poistojohdossa. Säätöventtiili 8 saa ohjauksensa tuntoelimeen 3 kytketystä lämpö-tilansäätäjästä 2.According to the invention, a control valve 8 is arranged in the condensate discharge line 7, which regulates the condensate flow in the discharge line. The control valve 8 is controlled by a temperature controller 2 connected to the sensor 3.

Tuntoelimen 3 todetessa, että lämmitettävän väliaineen lämpötila on noussut liian korkeaksi lämpötilansäätäjä 2 ohjaa säätö- 63294 venttiiliä 8 niin, että se alkaa kuristaa lauhdevirtaa. Tällöin lämmönvaihtimeen alkaa kerääntyä lauhdetta, joka peittää yhä suuremman osan lämmönsiirtopinnoista kunnes poistojohdon 7 virtausta jälleen lisätään. Lauhteen pinta on merkitty kuviossa 2 viitenumerolla 9. Koska valtaosa lämmöstä siirtyy höyrystä lämmitettävään väliaineeseen vain niiden lämmönsiirtopintojen kautta, joita lauhde ei peitä, lämmönsiirtoa voidaan tällä tavalla yksinkertaisin keinoin ohjata höyryn tuloa kuristamatta.When the sensor 3 detects that the temperature of the medium to be heated has risen too high, the temperature controller 2 controls the control valve 83294 so that it starts to restrict the condensate flow. In this case, condensate begins to accumulate in the heat exchanger, which covers an increasing part of the heat transfer surfaces until the flow of the outlet line 7 is increased again. The surface of the condensate is denoted by reference numeral 9 in Fig. 2. Since the majority of the heat is transferred from the steam to the medium to be heated only through the heat transfer surfaces not covered by the condensate, the heat transfer can be controlled in this way without choking the steam supply.

Kuviossa 3 esitetty suoritusmuoto poikkeaa edellisestä vain sikäli, että lämmönvaihdin on kaltevassa asennossa. Tästä suoritusmuodosta on se etu, että koska lauhteen pinta on tässä suurempi suhteessa poikkipintaan, laitteen säätöstabiliteetti on parempi.The embodiment shown in Figure 3 differs from the previous one only in that the heat exchanger is in an inclined position. The advantage of this embodiment is that since the surface of the condensate is larger in this respect relative to the cross-section, the control stability of the device is better.

Kuviossa 4 lämpötilansäätäjän 2 ja säätöventtiilin 8 väliin on kytketty lauhdepinnan 9 korkeuden säätäjä 10. Tässä kaskadi-kytkennässä lämpötilansäätäjä 2 toimii pääsäätäjänä ja säätäjä 10 toimii apusäätäjänä (P-säätimenä).In Fig. 4, a height controller 10 of the condensing surface 9 is connected between the temperature controller 2 and the control valve 8. In this cascade connection, the temperature controller 2 acts as the main controller and the controller 10 acts as an auxiliary controller (P controller).

On selvää, että keksintö soveltuu mihin tahansa höyrykäyt-töiseen lämmönvaihtimeen, myös lamellilämmönvaihtimiin ja vaaka-suuntaan asennettuihin lämmönvaihtimiin. Lämmitettävänä väliaineena voi olla myös kaasu.It is clear that the invention is applicable to any steam-operated heat exchanger, including lamellar heat exchangers and horizontally mounted heat exchangers. The heating medium can also be a gas.

Claims

5,63294

A method for controlling the temperature of a heated medium in a steam heat exchanger, comprising measuring the temperature of the heated medium leaving the heat exchanger (1) and using the measurement result to control the amount of heat transferred to the heated medium in the heat exchanger by adjusting the amount of heat is controlled by adjusting the height of the condensate surface (9) formed by the operating steam in the heat exchanger (1) by means of a control valve (8) in the condensate outlet line (7), where the variations in the condensate surface (9) cause variations in the heat exchanger surface.

Apparatus for carrying out a method according to claim 1 in a steam heat exchanger, the device comprising a sensor (3) for detecting the temperature of the heated medium leaving the heat exchanger (1), means (2, 8, 10) for controlling the amount of heat transferred to the heated medium. formed condensate outlet line (7), characterized in that the condensate outlet line (7) has a control valve (8), by means of which the height of the condensate surface (9) in the heat exchanger (1) can be adjusted depending on the temperature of the heated medium leaving the heat exchanger. in the surface area of the heat transfer surface.

Device according to Claim 2, characterized in that a condenser height adjuster (10) is connected between the temperature controller (2) connected to the temperature sensor (3) and the control valve (8) in the condensate discharge line (7), which acts as an auxiliary controller and setpoint temperature controllers.

Device according to Claim 2 or 3, characterized in that the elongate heat exchanger (1) is mounted in a vertical or inclined position in a manner known per se.