FI63294B - Foerfarande och anordning foer styrning av temperaturen foer det medium som skall uppvaermas i en med aonga fungerande vaermevaexlare - Google Patents

Description

R5FH [B] (11)Kl,ULUTUSJULKAISU , „ 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,

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.

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.

Eräs tunnettu säätösysteemi on esitetty kuviossa 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.

Kalorisaattorissa 1 höyry muuttuu lauhteeksi, joka poistuu vapaasti systeemistä lauhteenerottajalla 6 varustetun poistojohdon 7 kautta.

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.

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.

Olisi siten edullista johtaa höyry lämmönvaihtimeen täydessä paineessaan ja hoitaa lämmönsiirron ohjaus eli kiertonesteen lämmityksen säätö jollakin toisella tavalla.

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.

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.

Uudishankinnoissa isokokoisen ja kalliin höyryn säätöventtii-lin sijasta voidaan valita pieni ja halpa lauhteen säätöventtiili. Energian säästön ohella myös investointikustannukset pienenevät.

Keksinnön kohteena on myös laite, jonka tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 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.

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.

Luovutettaessaan lämpöä lämmitettävälle väliaineelle höyry lauhtuu ja lauhteelle on järjestetty poistojohto 7 lämmönvaihtimen alaosaan.

Keksinnön mukaisesti lauhteen poistojohtoon 7 on järjestetty säätöventtiili 8, joka säätää lauhteen virtausta poistojohdossa. Säätöventtiili 8 saa ohjauksensa tuntoelimeen 3 kytketystä lämpö-tilansäätäjästä 2.

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.

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.

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).

On selvää, että keksintö soveltuu mihin tahansa höyrykäyt-töiseen lämmönvaihtimeen, myös lamellilämmönvaihtimiin ja vaaka-suuntaan asennettuihin lämmönvaihtimiin. Lämmitettävänä väliaineena voi olla myös kaasu.

Claims (4)

5 63294

1. Menetelmä lämmitettävän väliaineen lämpötilan ohjaamiseksi höyrykäyttöisessä lämmönvaihtimessa, jonka mukaan lämmön-vaihtimesta (1) poistuvan lämmitettävän väliaineen lämpötila mitataan ja mittaustulosta käytetään lämmönvaihtimessa lämmitettävään väliaineeseen siirtyvän lämpömäärän ohjaukseen säätämällä lämmönvaihtimen toimivan lämmönsiirtopinnan pinta-alaa# tunnet-t u siitä, että lämmitettävään väliaineeseen siirtyvää lämpömäärää ohjataan säätämällä käyttöhöyrystä muodostuneen lauhteen pinnan (9) korkeutta lämmönvaihtimessa (1) lauhteen poistojohdossa (7) olevan säätöventtiilin (8) avulla, jolloin lauhdepinnan (9) korkeuden vaihtelut aiheuttavat vaihtelua lämmönvaihtimen toimivan lämmönsiirtopinnan pinta-alassa.

2. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi höyrykäyttöisessä lämmönvaihtimessa, jossa laitteessa on tuntoelin (3) lämmönvaihtimesta (1) poistuvan lämmitettävän väliaineen lämpötilan toteamiseksi, välineet (2,8,10) lämmitettävään väliaineeseen siirtyvän lämpömäärän ohjaamiseksi tuntoelimen (3) antamista tiedoista riippuvaisesti sekä käyttöhöyrystä muodostuneen lauhteen poistojohto (7), tunnettu siitä, että lauhteen poistojohdossa (7) on säätöventtiili (8), jonka avulla lauhdepinnan (9) korkeus lämmönvaihtimessa (1) on säädettävissä lämmönvaihtimesta poistuvan lämmitettävän väliaineen lämpötilasta riippuvaisesti, jolloin lauhdepinnan korkeuden vaihtelut aiheuttavat vaihtelua lämmönvaihtimen toimivan lämmönsiirtopinnan pinta-alassa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että lämpötilan tuntoelimeen (3) kytketyn lämpötilansäätä-jän (2) ja lauhteen poistojohdossa (7) olevan säätöventtiilin (8) väliin on kytketty lauhdepinnan korkeuden säätäjä (10), joka toimii apusäätäjänä ja joka saa asetusarvonsa lämpötilansäätäjäitä.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että pitkänomainen lämmönvaihdin (1) on asennettu sinänsä tunnetulla tavalla pystyyn tai kaltevaan asentoon.