可复原过滤器的费用优化控制 费用优化地控制一种在热交换器水回路中的可复原过滤器的方法和设备。
本发明涉及一种用于费用优化地控制一种可复原的机械过滤器的方法，而且尤其是用于在热交换器之前的冷却水流中的污垢的过滤器，它有：
—设在冷却水泵与热交换器之间处于冷却水进口管地流路中的过滤器，过滤器有一个过滤器壳体，至少一个覆盖过滤器壳体横截面的过滤元件，至少一个作用在过滤元件上并冲去污垢的净化装置和至少一根冲洗水管，后者与冲洗配件相连并用于排出被冲洗下来的污垢；
—至少一个或多个监控设备运行状态的传感器，它们的信号线输出信号(S1，S2…Sn)，这些信号显示由于过滤器被污染而使由冷却水泵、过滤器和热交换器组成的总设备恶化了的运行状态；
—一个冲洗指令发生器，它一方面与输出信号的信号线连接，另一方面可在其指令线上发出冲洗指令(Sa)以冲洗过滤器；
—一个冲洗过程控制器，它与冲洗指令发生器的指令线连接，在指令线用信号传递方式接通冲洗指令的状态下，可通过打开冲洗配件和通过操纵净化装置实施冲洗过程。
此类设备长期以来是众所周知的。例如在公开出版物VGBKraftwerkstechnik 70(1990)第8卷681至688页A.Lange著的“Kosteneinsparungen durch verbesserten Betrieb der Kuehlrohr-Reinigungsanlage，Einsatz von Kuehlwasserfiltern und einer neuartigenKondensatorueberwachung”一文中，介绍了作为冷却水过滤器的这种已知类型的设备。过滤器位于热交换器之前，在这种情况下在冷却水进口管中安装一个用于冷凝离开涡轮的蒸汽的汽轮机冷凝器。对此过程必需的冷却水泵设在过滤器的上游，不过没有表示。此过滤器有一个覆盖过滤器壳体横截面称为筒式滤芯的过滤元件，有一个作用在过滤元件局部区上并冲洗掉污垢称为转子和带有转子驱动装置的净化装置，以及有一根穿过过滤器壳体壁的冲洗水管，它在热交换器下游连接在冷却水出口管上并可与一个称为排水配件的冲洗配件相连，用于导出冲洗下来的污垢。
此过滤设备有一个称为压差测量系统的监控设备运行状况的传感器，它的信号线输出一个电信号，信号表示由于过滤器污染而提高了的；过滤器的压差并因而表示了由冷却水泵、过滤器和热交换器组成的整个设备恶化了的运行状态。
冲洗指令发生器与冲洗过程控制器一起组合在一个称为控制柜的部件内，冲洗指令发生器一方面与发出信号的传感器信号线连接，另一方面将冲洗过滤器的冲洗指令传送给冲洗过程控制器，用以打开冲洗配件和操纵净化装置。
设备的控制这样进行，即，压差测量系统监控滤芯的污垢堵塞程度。若压差测量系统测出的过滤器的压差达到了一个调整好的极限值，冲洗指令发生器便向冲洗过程控制器发出冲洗指令，后者接通转子驱动装置和打开排水配件。
上述已知类型的设备的已知控制系统的另一种实施形式在日本专利文献61-38000中作了介绍。在那里的过滤元件是圆柱形的并例如由孔板构成。净化装置是直接位于过滤器进口前的节流阀，在过滤器冲洗时它产生一股高速紊流的环流，因此污垢从过滤元件上脱落并输往冲洗水管。此设备有一个压差测量系统和一个冷却水容积流量测量系统，作为监控设备运行状况的传感器。它们的信号线输出电信号，这些信号表示由于过滤器的污染使得由冷却水泵、过滤器和热交换器组成的整个设备恶化了的运行状况。冲洗指令发生器由函数存储器和比较仪组成，并与压差测量系统和冷却水容积流量测量系统的信号线相连。冲洗过程控制器与冲洗指令发生器的指令线连接。用于控制此设备的方法包括，在比较仪中，将过滤器的当前压差与在函数存储器中的一个取决于冷却水容积流量的预先给定的额定值进行比较，并在超过此额定额时向冲洗过程控制器发出用于冲洗过滤器的电的冲洗指令，冲洗过程控制器本身则通过打开冲洗配件和操纵节流阀开始进行过滤器的冲洗。
属于先有技术已知的还有一些设备，它们的冲洗水管不是连在冷却水出口管上，而是连接在一个开式的排水通道上或排水蓄水池上。过滤元件可以设计为完全不同的类型，例如设计为二维延伸的所谓表面滤器(例如由冲压孔板制造成平面形状或圆柱形或截球形)，或设计为例如由卷绕的纱线或由沙或活性炭的堆筑物制成的所谓的厚滤器(Tiefenfilter)。净化装置可以是如上述A.Lange的公开出版物中一样的逆流冲洗转子，如上述日本专利文献61-38000中一样的节流阀，或也可以由多个隔离蝶阀组成，借助于这些隔离蝶阀使部分过滤元件相继地在流入侧与冷却水流隔开，而与冲洗水管接通，因此，对于被隔开的过滤元件部分，从过滤器的出口那里用清洁的冷却水穿过过滤元件到冲洗水管从而形成逆流冲洗。过滤器壳体也可以由多个分壳组成，为了冲洗，它们可借助于隔离配件在过滤器的进口相继地与公共的冷却水进口管隔开，并可通过冲洗配件与公共的冲洗水管连接。本发明应涉及所有上面提到的和没有提到的用于液体的已知可复原的过滤器，而且应不仅限于冷却水设备。
除此以外还已知通过按钮或通过定时器手操纵发出冲洗指令，这些用于控制可复原的机械过滤器的已知方法具有共同之处，即，当由压差测量系统测得的过滤器或过滤元件的压差超出了一个固定的预给极限值(称冲洗工作点)，或在一种经改进的实施形式中超过了一个按与当前的冷却水容积流量的固定关系预给的极限值，便发出冲洗过滤器的冲洗指令，其中，冷却水容积流量可用不同类型的传感器测量。
由于滤芯被来自冷却水流中的污物堵塞，滤芯的压降增大。其结果是使具有非调节式驱动装置的冷却水泵减少了冷却水容积流量，这种减少造成热交换器降低热功率。在冷却水泵具有调节式驱动装置或具有轮叶转动装置时，可通过提高泵的功率，部分补偿冷却水容积流量的减少。总之，由于滤芯的污染降低了由冷却水泵、过滤器和热交换器组成的整个设备的效率，这一情况由作为监控设备运行状况的传感器的压差测量系统和必要时也由冷却水容积流量测量系统显示出来，并称为“由于过滤器污染引起的功率损失”。因此，滤芯应尽可能在只有少量堵塞的情况下便冲洗并因而应尽可能经常地冲洗，以达到尽可能小的过滤器污染引起的平均功率损失。
另一方面，在冲洗脏过滤器时供往热交换器的冷却水容积流量减少了一个相当于冲洗水流的量。这使热交换器损失了相应的热效率。总之，由于过滤器的冲洗降低了由冷却水泵、过滤器和热交换器组成的整个设备的效率，这一效率的降低称为“由于过滤器冲洗引起的功率损失”。因此过滤器尽可能少地冲洗，以达到总体上尽可能小的因过滤器冲洗引起的功率损失。
用于控制上述用于机械地净化液体的设备的已知方法中存在的缺点是：
—当为了达到较少冲洗过滤器而调整为较高的冲洗工作点时，会使由于过滤器污染引起的功率损失提高；
—但另一方面当为了达到因过滤器污染而引起的功率损失小调整为较低的冲洗工作点时，则经常冲洗过滤器会造成比较高的功率损失。
在频繁地冲洗过滤器，比较高的操纵能量和净化装置以及冲洗水配件的迅速磨损也都是缺点。
因此，已知方法的缺点的基本点在于，冲洗工作点是固定的或按一个与冷却水容积流量为固定的关系调整好的，而这样做并没有考虑在冷却水流中污物的聚积随时间的波动不定，亦即没有考虑冷却水流中污物浓度随时间的变化；因此，在污物量少时形成不均衡的较高的“过滤器污染引起的功率损失”，而在污物量多时形成不均衡的较高的“过滤器冲洗引起的功率损失”。总之，缺点在于，冲洗工作点的确定通常着眼点是技术上的，而并不是按照可能变化的能量准则以及按照与之相关的运行经济性的准则来进行的。
因此本发明的目的是创造一种用于费用低廉地控制在热交换器前冷却水流中污染物的可复原机械过滤器的方法。尤其是，过滤器的必要的冲洗不应在一个固定的冲洗工作点或按一种冲洗工作点与冷却水容积流量的固定关系来进行。确切地说，过滤器的冲洗应当在考虑到变换的运行条件，从能量和经济运行的观点看有利时进行。因此，冲洗工作点应自动适应在冷却水流中污物浓度的变化。本发明的目的还包括创造用于实施此方法的相应的设备。
按权利要求1所述的方法和按权利要求15所述的设备用来达到上述目的。在从属权利要求中说明了有利的设计。
本发明的基本特征在于，将过滤器的污染对整个设备的功率和运行费用的影响，包括在用来确定冲洗工作点的考虑因素之内，以及权衡过滤器冲洗本身的功率消耗以及必要时还有运行费用，从而在总体上在功率损失和运行费用方面达到一个最低值。
按本发明，至少将一个可以导出过滤器的污染状况的测量值输入指令发生器内，并由此测量值确定当前的污染状况。在这些测量值中，可以涉及压差、冷却水的流量、冷却水泵的转速或冷却水泵的轮叶位置或其它的测量值。借助于在冲洗指令发生器中所储存的数据和/或函数关系，将第一项由于过滤器被污染提高了压差和由此减少了冷却水容积流量造成的等于由冷却水泵功率改变和热交换器热功率下降之和的功率损失，与第二项功率损失和在冲洗脏过滤器时引起的其它运行费用互相比较。在指令线上在下述这一时刻发出冲洗指令，即，从这一时刻起与不冲洗继续工作相比，给过滤器冲洗总体上是节省能量和费用的。本发明的一个重要组成部分是，在按本发明的费用优化地控制过滤器时考虑了由于过滤器污染和过滤器冲洗带来的冷却水泵的功率变化和热交换器热功率的减小，令人意外地导致比按先有技术具有固定的冲洗工作点运行时一般而言更加频繁地冲洗过滤器。比较性计算表明，这样做可以显著地节省能量和费用。
权利要求1原则上说明了此方法的各个步骤，从属权利要求包括有利的细节。
按本发明的方法可以与完全不同的传感器和信号(S1，S2…Sn)配合工作，这些信号表示由于过滤器的污染引起由冷却水泵、过滤器和热交换器组成的总体设备恶化了的运行状况。在本发明的一种最佳实施形式中使用过滤器的压差(PP)，或在另一种最佳实施形式中使用过滤器的压差(DP)和冷却水容积流量(V)。
由于过滤器污染和过滤器冲洗而取决于过滤器的压差(DP)和冷却水容积流量(V)的功率损失，与整个设备的许多参数有关，例如冷却水泵特征线、热交换器的液压特征线和热力学数据、过滤器和冲洗水管的液压特征线等等，它们互相错综复杂。当人们遵循下列本发明的思想时，要确定这些关系便出人意料地不那么麻烦：对于各个具体的总设备，只要确定六个常数值(d；e；f；g；h；i)，它们具有足够精度地确定第一和第二个函数ΔN1＝f(DP；V)和ΔN2＝f(DP；V)为直线。
在本发明另一种实施形式中，其中冷却水容积流量(V)不是作为电信号存在，当工作中引起(V)改变时，改变后的值用键盘手操纵输入。在本发明另一种最佳实施形式中，通过每一次紧接在冲洗过程结束后计算洁净过滤器压差(DPc)的改变来确定冷却水容积流量(V)的变化。在这种情况下此洁净的过滤器看作是一种具有常数压力损失系数类型的流量孔板，由它的压差改变可以导出冷却水容积流量的变化。
权利要求15及其以下的权利要求说明了一种适用于实施按本发明方法的按本发明的设备。
在图1至4中表示了按本发明用于控制一种机械式净化液体的设备的方法的工作方式。图中表示：
图1用于机械式净化液体的已知设备流程图；
图2功率损失DN1和DN2作为压差DP和冷却水容积流量V的函数的变化曲线举例；
图3表示功率损失和能量损失随时间的变化和作为最有利冲洗时刻的最小平均功率损失ΔNm(min)；
图4示意表示用于实施按本发明方法的设备。
图1表示一种已知的具有在热交换器前冷却水流中污染物可复原机械过滤器的总设备流程图，它有热交换器(1)、冷却水进口管(2)、冷却水出口管(3)、具有驱动电机的冷却水泵(4)以及过滤器(5)。过滤器(5)由过滤器壳体(6)、过滤元件(7)、带驱动轴和驱动电机(9a)的净化装置(9)、冲洗水管(10)的冲洗配件(11)。此设备配备有压差测量系统(18)和冷却水容积流量测量系统(19)作为监控设备运行状态的传感器(12)，它们的信号线(13)输出电信号(S1；S2)并与冲洗指令发生器(14)连接，冲洗指令发生器另一方面通过其指令线(15)与冲洗过程控制器(16)连接，并可将冲洗指令(Sa)电接通以便冲洗过滤器(5)。此外，由图中可看出污垢(8)，它们被过滤元件(7)滞留。冷却水容积流量(V)和冲洗水流(Vs)用箭头表示。在图中没有专门表示的是，由于冲洗弄脏了的过滤器(5)，显然，压差降低到洁净过滤器(5)的压差(DPc)，然后由于冷却水容积流量(V)中污垢(8)的集结使压差重新增加，直至它在总的时间范围(ΔT1)的末尾达到调整好的固定的冲洗工作点(DPs)为止。为了冲洗需要冲洗时间(ΔT2)。在总的时间范围(ΔT1)期间，第一项功率损失(ΔN1)由于过滤器(5)的压力损失(DP)增加和由此减少了的冷却水容积流量(V)作为由冷却水泵(4)的功率变化和热交换器(1)热功率减小之和增加。在冲洗时间(ΔT2)的冲洗期间，由于冲洗水流(Vs)绕过热交换器(1)形成的第二项功率损失(ΔN2)等于冷却水泵(4)的功率变化和热交换器(1)热功率减少之和。紧接着在冲洗结束后，在洁净过滤器(5)中第一项功率损失(ΔN1)重新处于低值，然后重新增加。为了减少由于过滤器(5)的压力损失(DP)增加引起的第一项功率损失(ΔN1)，人们可以将冲洗工作点(DPs)调整为一个较低的值。然而当冲洗工作点(DPs)调整为这种低值但却出现污垢(8)的高浓度时，致使冲洗工作点提前达到，于是过滤器(5)频繁冲洗。在污垢(8)浓度高的情况下，过滤器(5)如此经常地冲洗，以致产生非常高的“由于过滤器冲洗引起的功率损失”，它对较低的“由于过滤器污染引起的功率损失”造成过补偿。因此将冲洗工作点(DPs)调整为这种低值不但没有带来任何改善，而是造成了恶化。这种具有固定的调整好冲洗工作点的用于机械净化液体的设备的已知控制方法，没能考虑在冷却水流中污物浓度随时间的变动，并因而不可能是一种对于所有的运行条件都有利的具有低的能量损失的冲洗工作点的设定。在图1中表示的设备具有冷却水容积流量测量系统(19)的这一配置也没有对上述种种缺点带来任何改善。它只能使冲洗工作点与冷却水容积流量(V)的不同值相匹配。冷却水容积流量(V)的这种改变由操作人员进行，以便将设备调整为不同的负载状态和冷却水温度。因此，希望冲洗工作点能自动与冷却水容积流量(V)的不同值相匹配，例如为了在较小的冷却水容积流量(V)的情况下避免过滤元件(7)被污垢(8)过分堵塞：在较小的冷却水容积流量(V)时，只有在过滤元件(7)严重堵塞时，才能达到与在大的冷却水容积流量(V)时有同样高的冲洗工作点(DPs)。
图2中表示了对于本发明的一种最佳实施形式作的举例的第一个函数(ΔN1＝f(DP；V))和第二个函数(ΔN2＝f(DP；V))随压差(DP)的变化曲线，其中，在此最佳实施形式中为了简化计算和输入以便在函数存储器(17)中储存，这些函数表示为具有V作为参数的直线(ΔN1＝a*DP和ΔN2＝b*DP+c)。第一和第二个函数(ΔN1；ΔN2)举例表示为针对三个冷却水容积流量的值(V1；V2；V3)。作为最低可能产生的洁净过滤器(5)的压差(DPc)表示了三个压差值(DPc1；DPc2；DPc3)。作为直线储存可使计算简单，因为一根直线用2个点便可确定，因此为了确定只需要2个具有不同压差的工作点。通过本发明另一种最佳实施形式，将常数(a；b；c)代入一个没有表示的与冷却水容积流量(V)的线性关系中，可以得到进一步的简化。总之，为了确定第一和第二项功率损失(ΔN1；ΔN2)，在此本发明特殊的实施形式中，只需确定6个常数值(d；e；f；g；h；i)。
在图3中表示了按本发明方法的进一步的步骤。其中图的上部表示第一和第二项功率损失(ΔN1；ΔN2)随时间(t)的变化曲线，图的下部表示平均功率损失(ΔNm)随时间(t)的变化曲线。借助于储存的第一个函数(ΔN1＝f(S1，S2…Sn))并在由一系列接连排列的时间间隔(ΔTa)中每一个时间间隔(ΔTa)的末尾，通过测定当前的测量信号(S1，S2…Sn)，首先计算当前的第一功率损失，然后按公式ΔE1a＝ΔTa*(ΔN1(n)+ΔN1(n-1))/2计算在时间间隔(ΔTa)内由于脏的过滤器引起的当前第一项能量损失(ΔE1a)，等于第一项功率损失(DN1)沿时间(t)的变化曲线下方的面积。在这之后，通过累积所有的自上一次冲洗过程以来的全部时间范围(ΔT1)内多个时间间隔(ΔTa)中产生的总的当时的第一项能量损失(ΔE1a)形成能量和(ΔE1)。然后，假定过滤器(5)在这一时刻将被冲洗，借助于储存的第二个函数(ΔN2＝f(S1，S2…Sn))通过测定当前的测量信号(S1，S2，…Sn)，确定冲洗时间(ΔT2)一开始时的当前第二项功率损失(ΔN2(a))，并假设过滤器(5)在此冲洗时间(ΔT2)的末尾达到第二个功率损失(ΔN2)在整个时间范围(DT1)开始时的同一个值，亦即在冲洗时间末尾时有关的当前第二项功率损失(ΔN2(b))。在冲洗时间(ΔT2)内的冲洗过程中产生的第二项能量损失(ΔE2)，在假设过滤器(5)在这一时刻将冲洗的情况下，由具有冲洗时间(ΔT2)的宽度的第二项功率损失(ΔN2)随时间(t)的变化曲线下方的面积来确定。按本发明用于控制用于机械式净化液体的设备的方法的进一步的步骤为，按未表示的方式得出损失和(∑ΔE)，它是包括未表示的能量消耗(Ex)在内的总的能量损失，并按公式ΔNm＝∑ΔE/(ΔT1+ΔT2)计算平均功率损失。将针对目前的总的时间范围(ΔT1(n))确定的平均功率损失(ΔNm(n))与在前一个总的时间范围(ΔT1(n-1))内确定的平均功率损失(ΔNm(n-1))作比较，并在满足条件ΔNm(n)＞ΔNm(n-1)时发出冲洗过滤器(5)的冲洗指令(Sa)。在图中表示的举例中恰好达到了平均功率损失(ΔNm)的最小可能值，并通过指令线(15)发出冲洗指令(Sa)。
图4表示了用于实施此方法的仅表示为实施例的按本发明的设备。两个设计为压差测量系统(18)和冷却水容积流量测量系统(19)的传感器(12)，通过信号线(13)与冲洗指令发生器(14)的测量值入口(21)连接。测量值(DP；V)通过测量值入口(21)输入计算装置(23)，用于计算和用于比较当前的第一和第二项功率损失(ΔN1(n)；ΔN1(n-1)；ΔN2(a)；ΔN2(b))、能量损失(ΔE1a；ΔE2)、能量和(ΔE1)、损失和(∑ΔE)和平均功率损失(ΔNm)、总时间范围(ΔT1)，以及用于通过信号出口(26)在指令线(15)上发出冲洗指令(Sa)和控制显示器(24)，此计算装置(23)与非易失存储器(22)和尤其与函数存储器(17)相连，前者用于储存可预给的值包括时间间隔(ΔTa)、冲洗时间(ΔT2)、能量消耗(Ex)、币值系数(GW)、维护费用(W)和/或参数的函数关系，后者用于储存作为信号(S1、S2…Sn)的函数的第一和第二项功率损失(ΔN1；ΔN2)。数据的输入单元(20)有用于手动输入的键盘(25)。显示器(24)用于检查通过输入单元(20)输入的数据和用于表示过滤器的运行状态，例如表示当前的平均功率损失(ΔNm)。
本发明重要的组成部分是，按本发明的方法评估自上一次净化热交换器以来直至目前这一时刻，亦即过去这一段时间内，由于过滤器污染引起的功率损失(ΔN1)的变化，并由此推断未来。实现这一点是基于这样的假设，即，过滤器冲洗结束后的工作循环，在污染过程和冷却水容积流量随时间的发展变化，具有与下一个在结束冲洗后的工作循环相似的特征。这是尽可能最好地接近实际情况和是本发明的重要组成部分。本发明的重要组成部分还包括，变动的运行条件的总谱通过按本发明的积分过程和紧接着的微分，费用低廉地纳入检验中加以评估，而这一点在按已知的先有技术一般仅监控过滤器压差的瞬时值的情况下是完全不可能做到的。
总之，通过使用按本发明的用于费用低廉地控制在热交换器前过滤冷却水流中污物的可复原的机械过滤器的方法，在冷却水中污物浓度低时可以是一个较低的冲洗工作点，在浓度较高时可以是一个较高的冲洗工作点，因此可以是一种与污物的沉积相对应的冲洗方式，并在总体上具有尽可能最低的能量损失，这些能量损失一方面由于过滤器污染和另一方面由于过滤器冲洗造成的。所介绍的这种设备可以实施此方法。
此方法不限于在净化冷却水流中污物时使用，也不限于所介绍的这种过滤器的实施形式。确切地说，它可以使用于所有流体和所有的过滤器，只要其中积聚的污物使压差增加以及在冲洗过程中冲洗的流体流离开了在其下游的设备并因而脱离了整个过程。
符号表1 热交换器 20 输入单元2 冷却水进口管 21 测量值入口3 冷却水出口管 22 非易失存储器4 冷却水泵 23 计算装置5 过滤器 24 显示器6 过滤器壳体 25 键盘7 过滤元件 26 信号出口8 污垢9 净化装置10 冲洗水管11 冲洗配件12 传感器13 信号线14 冲洗指令发生器15 指令线16 冲洗过程控制器17 函数存储器18 测量系统19 冷却水容积流量测量系统