DE4219164A1

DE4219164A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufwandsminimierung von Anlagen zum Reinigen von und/oder Rückgewinnen von Wärme aus Abgasen und/oder Abwässern oder dergleichen Prozeßfluida

Info

Publication number: DE4219164A1
Application number: DE4219164A
Authority: DE
Inventors: Jacob Weitman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1993-12-16

Description

Viele Industriezweige geben Abgase bzw. Abwässer ab, welche die Umwelt zumindest belästigen. Solche Abgase und/oder Ab wässer werden im folgenden als "Prozeßfluida" bezeichnet, da sie sich aus Bearbeitungs- oder Arbeitsprozessen bestimmter Vorrichtungen ergeben. Beispiele solcher Industrien und Pro zesse sind Lackierungsanlagen mit vielen einzelnen Sprühka binen und Öfen, Textilveredelungsbetriebe mit einer Mehrzahl von Spannrahmen, Dämpfern und Kondensierungsmaschinen, Be schichtungsanlagen für Latex, PVC und dergleichen in der Fuß boden- und Wandbelagherstellung, Druckereien, Textil- und Pa pierverarbeitungsanlagen, Trocknungs- und Aushärtungsöfen, Wä schereiindustrie mit einzelnen Reinigungsanlagen, Trocknern und dergleichen, Gießereien usw.

Es ist bekannt, jede einzelne solcher Verunreinigungen bzw. wärmeerzeugenden Vorrichtungen mit einer Reinigungseinrich tung oder Wärmerückgewinnungseinrichtung zu versehen, obwohl die Vorrichtungen wegen Umrüst- und anderen Stillstandszeiten oft nur zu etwa 30-80% der gesamten Betriebszeit ausgenutzt werden. Die Anschaffungs- und Betriebskosten sind dabei allerdings sehr hoch. Um diese Kosten zu begrenzen, muß man Einschränkungen in der produktionstechnischen Flexibilität akzeptieren, indem man nur gewisse Maschinen mit Reinigungsanlagen ausstattet und die Waren/Prozesse, die die schwierigsten Emissionen ver ursachen, auf diesen mit Reinigungsvorrichtungen versehenen Maschinen fährt.

Darüber hinaus ist es auch bekannt, Prozeßfluida verschiede ner solcher Vorrichtungen zusammenzuführen und in einer ge meinsamen Zentralanlage zu reinigen bzw. deren Wärme dort rück zugewinnen. Hierdurch können zwar die Anschaffungs- und Unter haltskosten der zahlreichen einzelnen Reinigungs-/Wärmerück gewinnungs-Vorrichtungen vermieden werden, die Zentralanlage wird jedoch auf den maximalen Anfall von Prozeßfluida aus al len angeschlossenen Vorrichtungen gleichzeitig ausgelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfah ren bzw. eine solche Vorrichtung mit einfachen Mitteln dahin gehend zu optimieren, daß mit geringeren Anschaffungs- und ggf. Betriebs- und Unterhaltskosten eine noch vertretbare Rei nigung und/oder Wärmerückgewinnung möglich ist.

Die Erfindung ist in den Patentansprüchen 1 und 8 gekennzeich net und in Unteransprüchen sind bevorzugte Ausbildungen der selben beansprucht. Auch anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung werden bevorzugte Ausbildungen der Erfindung noch erläutert.

Es hat sich gezeigt, daß die Erfindung eine wesentliche Ver minderung der Anschaffungs- und Unterhaltskosten einer sol chen Zentralanlage verursacht, ohne daß ein nennenswerter Ver lust an bearbeitungs- oder verarbeitungstechnischer, d. h. pro duktionstechnischer Flexibilität entsteht. Dabei wird die Ka pazität der Zentralanlage zweckmäßigerweise aufgrund statis tischer/ökonomischer Berechnungen gewählt und kann daher erheblich kleiner als dann ausgelegt werden, wenn die Zentralanlage auf die Gesamtkapazität aller gleichzeitig wirksamen Vorrichtungen, die an die Zentralanlage angeschlossen sind, ausgelegt ist. Es hat sich nämlich gezeigt, daß dann, wenn die gemeinsame Zen tralanlage auf den maximalen Anfall von Prozeßfluida ausgelegt wird, die Zentralanlage durch Stillstands- und Umrüstzeiten der einzelnen Maschinen nur sehr selten voll belastet und daher üblicherweise völlig überdimensioniert ist, was wegen der hohen Anschaffungskosten unwirtschaftlich ist. Durch die Erfindung kann dagegen eine gleichmäßige Auslastung der Zentralanlage erreicht werden, was besonders in Verknüpfung mit Wärmerückgewinnung ökonomisch günstig ist.

Bei der Erfindung wird die Belastung der Zentralanlage ermittelt und mit einem Belastungs-Grenzwert verglichen. Bei Überschrei ten des Belastungs-Grenzwerts wird die Menge von Prozeßfluidum mindestens einer angeschlossenen Vorrichtung zur Zentralanlage zumindest so weit gedrosselt, daß der Belastungs-Grenzwert nicht mehr überschritten wird. Der Belastungs-Grenzwert kann die maximale Kapazität der Zentralanlage, aber auch ein an derer niedrigerer Zwischenwert sein.

Es empfiehlt sich, die Zuordnung von Prozeßfluida zur Zentral anlage nach Gewichtungsfaktoren vorzunehmen, die vom Verschmut zungsgrad und/oder dem Wärmeinhalt jedes der Prozeßfluida ab hängen. Bei Überschreiten des Belastungs-Grenzwerts empfiehlt es sich dann, diejenigen Prozeßfluida teilweise oder ganz vom Zustrom zur Zentralanlage abzuschalten, welche den geringsten Beitrag an der Verschmutzung und den geringsten Wärmeinhalt aufweisen. Bleibt der Verschmutzungsgrad bzw. die Wärmerück gewinnung verhältnismäßig niedrig, kann das betreffende Pro zeßfluidum unter Umgehung der Zentralanlage abgegeben werden, da eine Reinigung überflüssig ist bzw. eine Wärmerückgewinnung sich nicht rentiert. Überschreitet der Verschmutzungsgrad je doch noch einen zulässigen, beispielweise gesetzlichen Wert, dann wird die betreffende Vorrichtung entweder zurück oder vorübergehend ganz ausgeschaltet, bis der Belastungs-Grenzwert der Zentralanlage wieder genügend weit unterschritten ist. In Sonderfällen kann auch die eine oder andere Vorrichtung mit eigenen kleinen Reinigungsvorrichtungen und/oder Wärme tauschern ausgerüstet werden, falls ein nur eingeschränkter oder ganz abgeschalteter Betrieb nicht vertretbar ist. Die vorliegende Patentanmeldung betrifft daher ein Verfahren und eine Vorrichtung, die es ermöglichen, die hohen Investitions kosten, die schlechte Kapitalnützung und die wärmetechnische Suboptimierung - die sich bei Verwendung einer Vielzahl von individuellen Reinigungs- und Rückgewinnungsanlagen ergeben - zu vermeiden, und zwar ohne nennenswerten Verlust an produktions technischer Flexibilität.

Es kann sich auch empfehlen, das Überschreiten des Belastungs grenzwerts optisch und/oder akustisch anzuzeigen, insbeson dere einen Alarm auszulösen, so daß der Betriebsleiter über die Sondersituation informiert wird und ggf. manuell in das Gesamtsystem eingreifen kann.

Die Zuordnung der individuellen verschmutzten und/oder erhitzten Prozeßfluida zur Zentralanlage erfolgt bevorzugt mittels Zwei- Parameter-Prioritäten-Algorithmen, bei denen der Verschmut zungsgrad einen Parameter und der Wärmeinhalt einen anderen Parameter des Prozeßfluidums darstellt. Die schmutzigsten bzw. energiereichsten Prozeßfluida werden der Zentralanlage dann mit Vorrang zugeführt.

Der Verschmutzungsgrad c_i ist z. B. der Anteil der Verschmutzung (in mg) an einer bestimmten Menge (z. B. m³ des betreffenden Prozeßfluidums. Solche Verschmutzungen können Kohlenwasser stoffe, wie Lösungsmittel, Formaldehyd, Isocyanat und derglei chen, bei gasförmigen Prozeßfluida, wie Abgasen, sein, während bei flüssigen Prozeßfluida, wie Abwässern, der Verschmutzungs grad in mg/l von CSB oder BSB bemessen sein kann. Ist der Ver schmutzungsgrad c_i größer als ein Verschmutzungs-Grenzwert c_gi, dann kann die Menge _i des betreffenden Prozeßfluidums als Gewichtungsfaktor benutzt werden, so daß eine Prioritäts ordnung nach _i·(c_i-c_gi) erfolgt, wobei Prozeßfluida, deren _i·(c_i-c_gi) größer ist, der Vorrang bei der Reinigung ein geräumt wird. Wird zufälligerweise die installierte Kapazität , d. h. der Belastungs-Grenzwert _g der Zentralanlage überschritten, weil die Gesamtbelastung Σ_i zu groß ist, wird ein Teil der angeschlossenen Vorrichtungen gemäß deren geringstem Beitrag an zu reinigendem Prozeßfluidum bzw. zu kühlendem Prozeßfluidum abgeschaltet und wird zweckmäßigerweise Alarm ausgelöst. Bei An näherung an den Belastungs-Grenzwert empfiehlt es sich, einen Voralarm auszulösen, so daß werksseitig bereits Vorkehrungen getroffen werden können, damit eine evtl. Abschaltung einzel ner Vorrichtungen nicht zu erheblichen Nachteilen führt.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel für die Er findung erläutert. Dabei sind die durchgezogenen Linien prozeß fluidumführende Leitungen, unterbrochene Linienzüge Steuer leitungen und mit Doppelpunkten unterbrochene Linien solche Leitungen, welche Meßdaten von Fühlern leiten.

In den einzelnen Vorrichtungen V1-V5 werden insbesondere heiße und verschmutzte Abgase (hierunter ist auch verschmutzte Abluft zu verstehen) erzeugt, deren Verschmutzungsgrad c_i und Temperatur T_i ist und die in einer Menge _i nicht immer konstant, sondern in mehrmals täglich wechselnden Mengen, Tempe raturen und Verschmutzungen anfallen. Der Index "i" entspricht der jeweiligen Zahl 1-5 der nach diesem Beispiel beteiligten Vorrichtungen. Die einzelnen Ableitungen Ab1-Ab5 von den Vor richtungen V1-V5 führen zu einer gemeinsamen Zuleitung Zu zu der gemeinsamen Zentralanlage ZA, können aber auch über bei spielsweise Dachklappen DKL1-DKL5 unmittelbar zur Atmosphäre führen. Die Dachklappen DKL sind über Klappensteuerungen D1-D5 steuerbar von einer völlig abgeschalteten bis zu einer völlig geöffneten Stellung. Umgekehrt können auch die Reinigungs-/ Rückgewinnungsklappen RKL1-RKL5 den Durchstrom von Prozeßfluidum von der betreffenden Ableitung Ab zur gemeinsamen Zuleitung Zu steuern. Die Steuerung kann kontinuierlich oder stufenförmig, manuell oder gemäß der Zeichnung durch Steuerbefehle erfolgen, welche über die unterbrochenen Linien von entsprechenden An schlüssen 1-5 der Steuervorrichtung St ausgehen. Diese wird von einer Datenverarbeitungsanlage DV gesteuert, die einerseits von Ausgangswerten des Druckfühlers P in der Zuleitung Zu und andererseits von den Ausgangswerten der Fühler F1-F5 abhängen, welche an die Eingangsanschlüsse 1-5 durch die mit Doppelpunkten unterbrochenen Linienzüge geführt sind. Hierdurch sind die Verschmutzungsgrade c_i, die Temperaturen T_i bzw. Wärmeinhalte C_pi×TTi und die Mengen _i der zugeleiteten Prozeßfluida auswertbar.

In der Zentralanlage ZA befindet sich eine Kühl- und Konden sationsstufe 10, ein Naßwäscher 11 und ein Tropfen- und Aero solabscheider 12, von dem aus die gereinigte und gekühlte Pro zeßfluida über den Abluftventilator 13 ins Freie gelangen. VL ist der Vorlauf und RL der Rücklauf des durch die Pumpen P1, P2 in die Kühlungsvorrichtung 10 bzw. in den Naßwäscher 11 geleiteten Mediums.

An die Steuereinrichtung St (oder auch unmittelbar an die Da tenverarbeitungsanlage DV) ist eine Alarmeinrichtung A ange schlossen.

Die installierte Kapazität der Zentralanlage ZA ist erheblich kleiner als die maximal auftretende Gesamtmenge Σi aller von den Vorrichtungen V1-V5 gleichzeitig maximal auf treten den Prozeßfluida; sie beträgt zweckmäßigerweise zwischen 50 und 80% der maximalen Kapazität, da erfahrungsgemäß nur äußerst selten alle Vorrichtungen V1-V5 gleichzeitig in Funktion mit allzu verschmutzten Fluida sind. Durch die Wärmerückgewinnung erhält der Vorlauf VL eine höhere Temperatur als der Rücklauf RL, so daß die zurückgewonnene Wärme wieder zu Heizzwecken ver wendet werden kann, beispielsweise zur Erwärmung von Prozeßbrauch waser, Kesselspeisewaser, Prozeßzuluft, Ventilationszuluft etc. in der Fabrik, wobei die Erwärmung von Fluida zu den wär meabgebenden Maschinen V1-V5 einen Teil der Wärmewiederver wendung darstellen kann.

Die Wärme, die vom Wärmeträgermedium auf genommen wird, kann also im Sinne eines Fernheizungssystems an verschiedenen Stellen der Fabrik und für verschiedene Zwecke (Brauchwassererwärmung, Prozeßzulufterwärmung, Speisewassererwärmung, Hallenheizung, etc.) wie oben erwähnt verwendet werden.

Die Vorrichtungen V1-V5 werden unabhängig benutzt und haben verschiedene Stillstands-/Umrüstungszeiten. Die effektive Be triebszeit einer Maschine, auf Dreischichtbetrieb (24 h/Tag) bezogen, ist z. B. 30-80 Prozent (verändert sich von Tag zu Tag).

Es empfiehlt sich, in der Zentralanlage ZA Reinigungs- bzw. Wärmerückgewinnungsvorrichtungen nach Art der deutschen Pa tentanmeldungen P 31 52 371.4, P 31 52 372.2 und P 31 52 439.7 bzw. der europäischen Patentanmeldung 8 48 50 026.0 zu verwen den, um die Reinigungs-/Rückgewinnungsfunktion noch weiter zu begünstigen.

Um einen Stau in der Zuleitung Zu zu vermeiden, soll an der Meßstelle des Druckfühlers P stets ein bestimmter Unterdruck herrschen, damit der vollständige Abtransport von Prozeßfluida durch die Zentralanlage stattfindet. Der sich beim Druckmesser P ergebende Druck ist von der Menge Σ_i der zuströmenden Pro zeßfluida einerseits und der Kapazität der Zentralanlage ZA andererseits abhängig. Der Unterschied zwischen dem Ist-Wert dieses Druckes und einem Soll-Wert desselben kann der Daten verarbeitungsanlage DV zugeleitet werden oder der Ist-Wert des Druckes wird allein dorthin gelenkt, um dort mit einem Druck- Sollwert verglichen zu werden.

Solange der Ist-Wert des Druckes geringer ist als der Soll-Wert, werden alle der Zuleitung Zu über die Ableitungen Ab1-Ab5 zugeleiteten Prozeßfluida durch die Zentralanlage ZA geleitet. Wird ein höherer Ist-Wert des Druckes als dessen Soll-Wert festgestellt, findet neben einer Alarmanzeige auf manuellem oder automatisch instrumentellem Wege eine wenigstens teilweise Abschaltung bestimmter der Vorrichtungen V1-V5 statt. Die Auswahl erfolgt in Abhängigkeit von den durch die Fühler F1-F5 ermittelten Werten. So können Rechner in der Datenverarbeitungs anlage DV Berechnungen der Größen
_i·(c_i-c_gi) bzw.
Σ_i·T_i·c_pi
vornehmen. Ist der Ist-Wert des Druckes größer als dessen Soll- Wert, was gleichbedeutend ist mit
Σ_i<
dann wird der Druck am Druckmesser P entlastet durch entweder teilweises öffnen bestimmter Dachklappen DKL1-DKL5 und/oder durch Drosseln oder gar Abstellen bestimmter Vorrichtungen V1-V5 und zwar derjenigen mit den geringsten Werten _i·(c_i-c_gi).

Im entgegengesetzten Fall können auch leicht verschmutzte Pro zeßfluida, für die c_i c_gi gilt, der Zentalanlage ZA zuge führt werden, wobei Prozeßfluidumströmen mit dem höchsten Wert _i·T_i·c_pi Vorrang eingeräumt wird, bis D_ist = D_soll erreicht ist.

Zwischen diesen Extremfällen sind im Rahmen der Erfindung auch Zwischenlösungen möglich. So kann statt der Messung von Q_i, T_i und c_i auch ein zehnstelliger Schalter für jede dieser Größen verwendet werden, wobei Erfahrungswerte für die jeweils durch geführten Prozesse eingespeichert werden, wodurch eine voll automatische Steuerung ohne die genannten Messungen möglich ist.

Für die praktische Durchführung der Zweiparametersteuerung werden die Vorrichtungen V1-V5 mittels der Datenverarbei tungseinheit DV in zwei Gruppen eingeteilt, wobei die Maschi nen, deren Verschmutzungsniveau einen z. B. gesetzlich vorgege benen Grenzwert c_gi überschreitet, der Gruppe I zugeordnet werden. Die übrigen Vorrichtungen werden der Gruppe II zuge ordnet.

Die oben beschriebenen Steuerungsfunktionen können in einem Steuerungsalgorithmus gemäß dem folgenden Diagramm zusammenge faßt werden:

Steuerungs-algorithm. Sequenz

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von und/oder Rückgewinnen von Wärme aus Abgasen und/oder Abwässern oder dergleichen Prozeßfluida von mehreren solche Prozeßfluida erzeugenden Vorrichtungen (V), bei dem die Prozeßfluida mehrerer Vorrichtungen (V) zusammengeführt und die zusammengeführten Prozeßfluida in einer gemeinsamen Zentralanlage (ZA) gereinigt und/oder von Wärmeenergie entlastet werden, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Belastung (Σ_i) der Zentralanlage (ZA) an Pro zeßfluida ermittelt und
b) mit einem Belastungs-Grenzweft (_g) verglichen wird und
c) daß bei Überschreiten des Belastungs-Grenzwerts (_g) die Menge (_i) von Prozeßfluidum mindestens einer Vor richtung (V) zur Zentralanlage (ZA) zumindest so weit gedrosselte wird, daß der Belastungs-Grenzwert (_g) nicht mehr überschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschmutzungsgrad (c_i) und/oder die Wärme (T_i) jedes der Prozeßfluida ermittelt und mit je einem Vergleichs wert verglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselung des Zustroms von Prozeßfluidum zur Zen tralanlage (ZA) nach einem Gewichtungsfaktor erfolgt, der von der Gesamtverschmutzungsmenge bzw. Gesamtwärmemenge der einzelnen Prozeßfluida, bezogen auf die Gesamtmenge bzw. Belastung (Σ_i) der der Zentralanlage (ZA) zugeführ ten Prozeßfluida abhängt, und daß das Prozeßfluidum bzw. die Prozeßfluida zumindest gedrosselt wird/werden, welche(s) die geringste Gesamtverschmutzungsmenge (c_i·_i) bzw. Ge samtwärmemenge (T_i·_i) aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Vorrichtung (V) zumindest vorübergehend still gelegt wird, von welcher kein Prozeßfluidum zur Zentralan lage (ZA) gelangen soll.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßfluida derjenigen Vorrichtungen (V) zumindest vorübergehend an der Zentralanlage (ZA) vorbeigeleitet werden, welche den geringsten Verschmutzungsgrad bzw. Wärmeinhalt aufweisen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßfluida erst über eine Reinigungsvorrichtung bzw. Wärmerückgewinnungsvorrichtung zumindest teilweise gerei nigt bzw. gekühlt werden, ehe sie in die Zentralanlage (ZA) geleitet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des Belastungs-Grenzwerts (_g) ein optischer und/oder akustischer Alarm ausgelöst wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit je einer Ablei tung (Ab) von Prozeßfluidum von jeder Vorrichtung (V) und mit einer Zuleitung (Zu) für zusammengeführte Prozeßfluida zur Zentralanlage (ZA), dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Ableitung (Ab) je einen Fühler (F) für den Verschmutzungsgrad bzw. die Wärme aufweist und jeder Fühler (F) zur Übertragung von Meßdaten mit einer Daten verarbeitungsanlage (DV) verbunden ist, daß die Zuleitung (Zu) zur Zentralanlage (ZA) einen Druckfühler (P) oder Mengenmesser aufweist, der mit der Datenverarbeitungsanlage (DV) in Datenübertragungsverbindung steht, daß die Daten verarbeitungsanlage (DV) einen Rechner aufweist, der eine Gewichtung der von den Fühlern (F) eintreffenden Meßdaten nach dem Verschmutzungsgrad (c_i), der Wärme (T_i) und/oder der Menge (_i) des betreffenden Prozeßfluidums vornimmt, und daß die Datenverarbeitungsanlage (DV) eine Steuervor richtung (St) betätigt, welche die Abgabe von Prozeßfluidum der Vorrichtungen (V) zur Zuleitung (Zu) zur Zentralanlage (ZA) und/oder den Betrieb der Vorrichtungen (V) steuert.