Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit einer Mehrzahl von einzelnen Stellen der Wärme austauschfläche zugeordneten örtlichen Temperatur- Signalgebern und mit einem Mittelwert-Signalgeber, welcher ein eine mittlere Temperatur der Wärme austauschfläche abbildendes Signal erzeugt, sowie mit Mitteln zur Beeinflussung der Temperatur der Wärmeaustauschfläche.
Die thermische Belastbarkeit von Wärmeaus tauschflächen wird im wesentlichen begrenzt durch die Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes der Aus tauschfläche. Um die Austauschfläche möglichst klein halten zu können, ist man bestrebt, die maximale Arbeitstemperatur möglichst nahe der für den betref fenden Werkstoff zulässigen Grenztemperatur zu wäh len. Hinzu kommt nun aber, dass infolge von nur schwer erfassbaren Erscheinungen örtliche Tempe raturspitzen auftreten können, die wesentlich über der mittleren Arbeitstemperatur der Austauschfläche lie gen.
Insbesondere bei in einzelne Rohre aufgeteilten Heizflächen von Dampferzeugern hat es sich gezeigt, dass zahlreiche, nicht kontrollierbare Erscheinungen die Arbeitsbedingungen verschieben können - z. B. Störungen einzelner Brenner, Verschlackung ein zelner Rohre, Störungen in der Sekundärluftzufuhr-, wobei einzelne Teile der Wärmeaustauschfläche vor übergehend oder aber auch während längerer Zeit verändert beheizt werden oder Veränderungen in der Arbeitsmittelzufuhr erleiden, so dass einzelne Teile der Wärmeaustauschfläche einer stärkeren thermischen Belastung ausgesetzt sind als andere.
Eine einzige Stelle der Austauschfläche zur Regelung des Betrie bes der gesamten Austauschfläche heranzuziehen, kann deshalb zu empfindlichen Temperaturverände rungen der gesamten Dampfmenge führen, wenn ge rade an der zur Regelung des Austauschers ausge wählten Stelle infolge einer Unregelmässigkeit oder Störung eine Veränderung der Beheizung eintritt.
Solche Temperaturveränderungen können Schäden verursachen, wenn sie nicht sofort entdeckt werden, insbesondere dann, wenn die betreffende Stelle relativ zu wenig beheizt wird und deshalb für die gesamte Austauschfläche eine zu niedrige Temperatur vor täuscht, womit die ganze Austauschfläche auf höhere Arbeitstemperatur gebracht wird.
Es ist denn auch bereits vorgeschlagen worden, in einem Zwangdurchfluss-Dampferzeuger mit im Be reich der Verdampfung und der beginnenden über hitzung in parallele Rohre aufgeteilter Wärmeaus tauschfläche einer grösseren Anzahl der parallelen Rohre Temperatur-Signalgeber zuzuordnen, wobei die Temperatur-Signalgeber über eine Sperrvorrichtung auf Mittel zur Vergrösserung der durchströmenden, zu erhitzenden Arbeitsmittelmenge einwirken und wobei die Sperrvorrichtung nur die Signalübertragung von demjenigen Signalgeber freigibt, der augenblick lich von der höchsten Temperatur beeinflusst wird.
Wenn es auch auf die geschilderte Weise gelingt, Schäden infolge übermässiger Temperaturbelastung zu vermeiden, ergibt sich als Nachteil, dass auch dann der die höchste Temperatur abbildende Signalgeber die Mittel zur Beeinflussung der Temperatur der Wärmeaustauschfläche beeinflusst, wenn diese höchste Temperatur sich nicht im Bereich der aus Festig keitsgründen zu vermeidenden Grenztemperatur be findet.
Insbesondere dann, wenn die festgestellte ört liche Maximaltemperatur die Folge einer Störung ist, bleibt die Betriebsführung in den übrigen Teilen der Wärmeaustauschfläche an diese keineswegs das Ge samtverhalten des Austauschers repräsentierende ört liche Maximaltemperatur als Führungsgrösse gebun den. Dies führt beispielsweise bei Dampferzeugern zu einer mittleren Temperatur des aus der betreffen den Heizfläche abströmenden Arbeitsmittels, die un- vereinbar ist mit den von der Kessel- bzw. Turbinen regelung verlangten Temperatur.
Die Erfindung ermöglicht, die geschilderten Nach teile auszuschalten. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert-Signalgeber undloder der jeweils den höchsten Temperaturwert abbildende örtliche Temperatur-Signalgeber auf die Mittel zur Beeinflus sung der Temperatur der Wärmeaustauschfläche ein wirken können, dass jedoch die Einwirkung des die höchste Temperatur abbildenden örtlichen Tempe- ratur-Signalgebers durch eine Sperrvorrichtung unter brochen ist, solange .dieser höchste Temperaturwert unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt.
Die Erfindung bewirkt, dass auch bei örtlichen Temperaturunterschieden zwischen vergleichbaren Stellen der Wärmeaustauschfläche die Mittel zur Be einflussung der Temperatur der Wärmeaustausch fläche dem Einfluss einer mittleren Temperatur der Austauschfläche unterstehen, solange die höchste ört liche Temperatur sich ausserhalb der Gefahrenzone befindet. Erst wenn die jeweils festgestellte höchste örtliche Temperatur einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wird die Einwirkung des betreffenden Signalgebers auf die Mittel zur Beeinflussung der Temperatur der Austauschfläche freigegeben.
Auf diese Weise lässt sich ein wesentlich verbessertes Regelverhalten des Austauschers erreichen.
Der Wärmeaustauscher kann vorteilhaft - ins besondere bei Dampferzeugern - eine Mehrzahl par allel geschalteter Wärmeaustauschrohre aufweisen. Hierbei kann zweckmässig das Mittelwe-rtsignal durch Messung einer der mittleren Temperatur des aus den einzelnen Rohren abströmenden Arbeitsmittels entsprechenden Temperatur gebildet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Mittelwert-Signalgeber und der den höch sten Temperaturwert abbildende örtliche Tempera tur-Signalgeber auf ein und dasselbe Mittel zur Beein flussung der Temperatur der Wärmeaustauschfläche einwirken, z. B. auf Mittel, welche den Wärme zufluss oder die Wärmestrahlung vom heizenden Me dium an die Rohrwand beeinflussen. Es ist aber auch möglich, die beiden Signalgeber auf unterschied liche Mittel zur Beeinflussung der Temperatur der Wärmeaustauschfläche einwirken zu lassen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Einwirkung des Mittelwert-Signalgebers unterbrochen sein, solange der den höchsten Tem peraturwert abbildende örtliche Temperatur-Signal- geber auf die Mittel zur Beeinflussung der Tempe ratur der Wärmeaustauschfläche einwirkt.
Unter Umständen kann es sich auch empfehlen, bei einem mit einzelnen parallelen Rohren versehe- nen Wärmeaustauscher einem einzelnen Wärme austauschrohr mehr als einen örtlichen Temperatur- Signalgeber zuzuordnen. Schliesslich kann zweckmässig der Temperaturgrenzwert, welcher die Einwirkung des die höchste Temperatur abbildenden örtlichen Temperatur-Signalgebers auf die Mittel zur Beein flussung der Temperatur der Wärmeaustauschfläche bestimmt, einstellbar sein.
Besonders vorteilhaft kann eine Vorrichtung zur Verstellung dieses Grenzwertes in Abhängigkeit einer Betriebsgrösse des Austauschers oder der den Austauscher aufweisenden Anlage vor handen sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbei spiele näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: Fi.g. 1 eine erfindungsgemässe Anordnung für eine in parallele Rohre aufgeteilte Heizfläche eines Dampf erzeugers mit Mitteln zum Einspritzen kälteren Ar beitsmittels in die Zulaufleitung der Heizfläche, Fig.2 eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1,
je doch mit einer anders ausgebildeten Sperrvorrichtung in der Verbindung zwischen den örtlichen Tempera tur-Signalgebern und den Einspritzmitteln und Fig. 3 eine Heizfläche eines Dampferzeugers mit zwei verschiedenen Mitteln zum Beeinflussen der Temperatur der Austauschfläche.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 bildet der Wärme- austauscher eine überhitzerheizfläche eines Dampf erzeugers, der beispielsweise mit Zwangdurchfluss des Arbeitsmittels betrieben wird. Der Austauscher kann im Strahlungs- oder Berührungsteil liegen. Der Dampf strömt durch die Leitung 1 in den Verteiler 2 und hierauf durch die parallelen Rohre 3a,<I>b, c, d in</I> den Austrittssammler 4 und in die Abströmleitung 5.
Zur Regelung der Temperatur des abströmenden Dampfes bzw. der Wärmeaustauschfläche ist an die Leitung 1 eine Einspritzleitung 6 mit Regelventil 7 ange schlossen. Kälteres Arbeitsmittel - z. B. Wasser kann durch die Leitung 6 in die Leitung 1 einge spritzt werden.
Der Durchflussquerschnitt des Ventils 7 wird be- einflusst durch einen die Gemischtemperatur des Ar beitsmittels in der Leitung 5 überwachenden Mittel- wert-Signalgeber. Zu diesem Zweck wird die Ge mischtemperatur auf bekannte Weise durch Messung der Wärmedehnung eines Abschnittes der Leitung 5 mit Hilfe des Massstabes 8 gemessen. Jeder Tempera tur der Wand der Leitung 5 bzw. des durch die Leitung 5 strömenden Dampfes entspricht eine be stimmte Stellung der am einen Stabende drehbar gelagerten Schneide 9, die mit ihrem freien Ende über die Feder 10 auf dem im Zylinder 12 ver schiebbaren Kolben 11 abgestützt ist.
In der Wand des Zylinders 12 ist eine Zuflussöffnung 13 und eine Abflussöffnung 14 für ein Druckmittel angeordnet. Der vom Kolben 11 abgeschlossene Zylinderraum ist über die Druckleitung 15 mit dem Druckraum des Servomotors 16 verbunden, derart, dass der durch die Leitung 15 übertragene Druck auf die Unter seite des durch die Feder 17 belasteten Kolbens 18 wirkt.
Die geschilderte Anordnung arbeitet so, dass jeder am Rohr 5 gemessenen Temperatur ein ganz be stimmter Druck in der Leitung 15 und damit eine ganz bestimmte Stellung des Kolbens 18 entspricht. Am Kolben 18 ist eine Stange 19 befestigt, welche für den gezeichneten Betriebsfall auf der Schienne 20 anliegt. Diese Schiene ist mit einer Stange 23 fest verbunden, die in den Lagern 21 und 22 schwenkbar gelagert ist. Die Stange -23 ist mit der nicht näher bezeichneten Ventilstange des Ventils 7 verbunden. Eine Druckfeder 24 sorgt dafür, dass die Schiene 20 allen Bewegungen der Stange 19 folgt.
Ein Ansteigen der Arbeitsmitteltemperatur in der Leitung 5, das heisst einer mittleren Temperatur der durch die Rohre 3 gebildeten Wärmeaustauschfläche über einen vor bestimmten Wert bewirkt ein Öffnen des Einspritz- ventils 7 und umgekehrt.
Jedem der Rohre 3a,<I>b, c, d</I> sind örtliche Tem- peratur-Signalgeber 25, 26, 27 bzw. 28 zugeordnet, die gleich aufgebaut sind wie der eben beschriebene Mittelwert-Signalgeber 9 bis 14. Diese örtlichen Tem- peratur-Signalgeber sind über Signalleitungen 29, 30, 31 bzw. 32 mit Servomotoren 33, 34, 35 bzw. 36 verbunden, die wiederum gleich gebaut sind wie der Servomotor 16. Die Federn der Servomotoren 33, 34, 35 und 36 sind jedoch stärker vorgespannt als die Feder 17 des Servomotors 16.
Die Kolbenstangen der Servomotoren 33 bis 36 können ebenfalls auf die Schiene 20 und damit auf das Einspritzventil 7 einwirken. Die Anordnung ist aber so getroffen, dass einerseits nur einer der Servo motoren 33 bis 36 mit dem grössten Ausschlag seiner Kolbenstange auf die Schiene einwirken kann und dass anderseits dieser Ausschlag grösser sein muss als derjenige des vom Mittelwert-Signalgeber beein flussten Servomotorkolbens 19, um die genannte Ein wirkung zu erzielen.
Die beschriebene Anordnung wirkt also als Sperrvorrichtung, wobei die Einwirkung des die höchste Temperatur abbildenden örtlichen Temperatur-Signalgebers unterbrochen ist, solange dieser höchste Temperaturwert unterhalb eines dem Unterschied der Vorspannung der Feder 17 des Servomotors 16 und der Vorspannung der Federn der Servomotoren 33 bis 36 entsprechenden Grenz wertes liegt.
Mit Hilfe der geschilderten Anordnung wird er reicht, dass die höchste Temperatur an irgendeinem Rohr sich um einen gewissen Mindestbetrag von der mittleren Temperatur nach dem Austrittssammler 4 unterscheiden muss, damit die letztere ihren Einfluss an die jeweils höchste Rohrtemperatur überträgt. Auf diese Weise wird die überhitzungstemperatur regel technisch einwandfrei so lange von der mittleren Temperatur an der Abströmleitung beeinflusst, als keine Rohrschäden infolge einer der eingangs er wähnten Störungen auftreten können.
Erreicht die Temperatur an einem einzelnen Rohr den vorbe stimmten zulässigen Grenzwert, kommt die Schiene 20 ausser Eingriff mit der Kolbenstange 19 und wird durch die Kolbenstange desjenigen Servomotors im Sinne einer Vergrösserung der Einspritzmenge ange hoben, der mit dem die höchste Temperatur abbilden den Temperatur-Signalgeber verbunden ist.
Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet auf ähnliche Weise wie diejenige nach Fig. 1. Der vorstehend be- schriebenen schwächeren Vorspannung der Servo- motorfeder entspricht hier die Addition eines kleinen Signals 4t zum Temperatursignal, der vom Mittel wert-Signalgeber 41 nach Massgabe der Gemischtem peratur in der Abströmleitung 40 der drei parallele Rohre<I>42a, b,</I> c umfassenden Heizfläche eines Dampf erzeugers gebildet wird.
Jedem der drei Rohre ist ein örtlicher Temperatur-Signalgeber 43, 44 bzw. 45 zu geordnet, deren Signale zusammen mit dem um den Betrag 4t vergrösserten Mittelwertsignal auf die Ver gleichsvorrichtung 46 geleitet werden. Letztere er mittelt das der höchsten Temperatur an den verschie denen Messstellen entsprechende Signal und beein flusst nach Massgabe dieses Signals über die Signal- leitung 47 den Proportional-Integral-Charakter auf weisenden Regler 48, der seinerseits auf den Stell motor SM des Einspritzventils 49 einwirkt.
Zum Aus gang des Reglers 48 wird noch ein Vorsignal addiert, das mit Hilfe des Temperatur-Signalgebers 50 an einem der Eintrittsstelle des Arbeitsmittels in die Heizfläche näher gelegenen Punkt abgegriffen wird und über einen Proportional-Regler 51 in die zum Stellmotor SM führende Signalleitung 52 eingegeben wird.
Die Arbeitsweise ist wiederum so, dass die höchste örtliche Temperatur (t1, t, oder t3) sich um einen vorbestimmten Mindestbetrag - nämlich um 4t <I>-</I> von der an der Leitung 40 gemessenen Mittel werttemperatur unterscheiden muss, damit die Ein- spritzregelung in Abhängigkeit des jeweiligen Höchst wertes der örtlichen Temperaturen erfolgt.
Der zum Signal des Mittelwert-Signalgebers ad dierte Impuls<I>dt</I> kann mit Hilfe des Handrades 54 verstellt werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind zwei voneinander verschiedene Mittel zur Beeinflussung der Temperatur der Austauschfläche vorhanden, nämlich einerseits eine Regulierung der Feuerinten sität und anderseits die bereits erwähnte Einspritz- regulierung. Im Endabschnitt der die Wärmeaus tauschfläche bildenden parallelen Rohre 61a, b, c sind Temperatur-Signalgeber 62, 63 bzw.. 64 ange ordnet, welche über Signalleitungen 65, 66,
67 mit der den Mittelwert der eingehenden Signale bildenden Vorrichtung 68 verbunden sind. Nach Massgabe des jeweiligen Mittelwertes wird der proportional-integral wirkende Regler 69 über die Signalleitung 70 beein flusst; der Regler 69 wirkt derart auf das Einspritz ventil 71, dass beim Überschreiten des durch die Signalleitung 72 eingegebenen Sollwertes dieser mitt leren Temperatur das Einspritzventil stärker geöffnet wird und umgekehrt.
Gleichzeitig wird über den Temperatur-Signalgeber 73 und den Proportionalreg- ler 73a ein Vorsignal in die Signalleitung zwischen dem Regler 69 und dem Ventil 71 gegeben, um sich ändernde Betriebsbedingungen möglichst früh zeitig zu erfassen.
Jedem der Rohre<I>61a, b,</I> c ist ein örtlicher Tem- peratur-Signalgeber 74, 75 bzw. 76 zugeordnet, die über Signalleitungen 77, 78 bzw. 79 mit der Ver gleichsvorrichtung 80 verbunden sind. In diese Vor- richteng führen gleichzeitig auch die Signalleitungen 66 bis 68.
Das von der Vergleichsvorrichtung 80 ermittelte, die höchste Temperatur aller gemessenen Temperaturen abbildende Signal wird über die Signal leitung 81 in die Vorrichtung 82 gegeben, welche die Differenz zwischen dem betreffenden Höchstwert und dem mit Hilfe des Handrades 83 an der Vor richtung 84 eingestellten Grenzwert bildet.
Die Wir kungsweise ist derart, dass, sobald der Betrag der Differenz der Höchsttemperatur an irgendeiner Mess- stelle und dem eingestellten Temperatur-Grenzwert den Wert Null übersteigt, die Vorrichtung 82 über den Proportional-Integral-Differential-Regler 85 das Brennstoffventil 86 des Brenners 87 im Sinne einer Verminderung der zugeführten Brennstoffmenge be einflusst und somit die thermische Belastung der Wärmeaustauschfläche vermindert.
Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 tritt hier die Beeinflussung der Temperatur der Wärmeaustauschfläche durch den Mittelwert-Signalgeber nicht ausser Funktion, wenn eine Beeinflussung nach Massgabe eines örtlichen Temperatur-Höchstwertes erfolgt.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Wahl der Charakteristik der einzelnen Regler in. dem Sinne getroffen ist, dass die Beeinflussung der Temperatur der Wärmeaustausch fläche durch Änderung der Feuerintensität die Be einflussung durch Veränderung der Einspritzmenge in. gewissem Sinne übersteuert.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Aus führungsbeispiele beschränkt. Die Wärmeaustausch fläche kann auch eine grössere Anzahl von Rohren aufweisen als jeweils schematisch gezeigt wurde, wo bei nicht unbedingt alle Rohre mit örtlichen Tem- peratur-Signalgebern versehen zu sein brauchen, son- dern, z. B. nur jedes zweite oder dritte Rohr einer Heizfläche mit parallelen Rohren.
Bei als überhitzer in Dampferzeugern ausgebildeten Wärmeaustausch flächen wäre es ferner möglich, einen Teil der Aus tauschfläche in den Strahlungsteil und einen an schliessenden Teil in den Berührungsteil des Dampf erzeugers zu legen, wo die Wärmeabgabe vorwiegend durch Rauchgase erfolgt.
Bei einer solchen An ordnung sind vornehmlich die im Strahlungsteil be findlichen Rohre gefährdet; es empfiehlt sich deshalb, die örtlichen Temperatur-Signalgeber ebenfalls in diesem Bereich vorzusehen, während anderseits der Mittelwert-Signalgeber dem Berührungsteil zugeord net sein könnte.
Weiter wäre es auch möglich, das Mittelwertsignal an einem Zwischenbereich der gesamten Austausch fläche zu bilden, das heisst dort, wo die Tempera tur des zu erhitzenden Arbeitsmittels noch nicht den Endwert erreicht hat. Ferner ist es nicht nötig, dass die Wärmeaustauschfläche durch einzelne parallele Rohre gebildet wird; ganz allgemein kann die Erfin dung auf jede beliebige Form einer Austauschfläche angewendet werden, welche an einzelnen Stellen ört liche Temperatur-Signalgeber aufweist.
Bei Dampf erzeugern könnte die Erfindung auch auf andere Heizflächen als Überhitzer-Heizflächen angewendet werden, z. B. auf Heizflächen, die im Bereich der Verdampfung liegen.
Bei Dampferzeugern wie auch bei anderen Zwek- ken dienenden Wärmeaustauschflächen können auch andere als die beschriebenen Mittel zur Beeinflus sung der Temperatur der Wärmeaustauschfläche vor gesehen sein. Hierunter fallen alle Mittel, welche den Wärmefluss vom heizenden Medium an die Aus tauschfläche vermindern, nämlich Absenken der Temperatur des Heizmediums oder Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit oder des Druckes des Heizmediums.
Als weitere Mittel seien genannt eine örtliche Verlagerung der Flamme relativ zur Aus tauschfläche, eine Veränderung der Karburierung des Brennstoffes oder eine Abschirmung der Austausch fläche; diese Mittel vermindern oder beeinflussen die Wärmezustrahlung zur Austauschfläche. Ferner können solche Mittel herangezogen werden, die den Wärmeabfluss aus der Austauschwand erhöhen, wie Absenken der Temperatur des zu erhitzenden Me diums, Erhöhung dessen Strömungsgeschwindigkeit oder Druckes und Vergrösserung der spezifischen Wärme des zu erhitzenden Mediums. Schliesslich kön nen allgemein solche Mittel benützt werden, welche die Wärmeabstrahlung verbessern.
Der jeweilige vorbestimmte Grenzwert für die höchste' örtliche Temperatur der Wärmeaustausch fläche muss nicht unbedingt einen gleichbleibenden Wert aufweisen. Besonders vorteilhaft ist eine Ver stellung des Grenzwertes in Funktion einer Betriebs grösse des Austauschers oder der diesen enthaltenden Anlage, bei Dampferzeugern beispielsweise in Funk tion der Kesselbelastung. Hier kann z.
B. der Grenz wert bei jeweils nur kurze Zeit andauernder Spitzen last höher liegen als im hauptsächlich vorherrschen den tieferen Lastbereich, und zwar mit Rücksicht darauf, dass die Gefährdung der Rohre durch über mässig hohe Temperatur auch eine Funktion der Erhitzungsdauer ist und im wesentlichen durch das Zeitstandverhalten der verwendeten warmfesten Werkstoffe bestimmt ist.
Weiter wäre es auch möglich, bei einer in Rohre aufgeteilten Wärmeaustauschfläche pro Rohr meh rere örtliche Temperatur-Signalgeber vorzusehen. Wertvoll wäre auch eine Warnvorrichtung, die aku stische oder optische Signale erzeugt, sobald der zulässige Temperatur-Grenzwert überschritten wird.
Schliesslich ist die Erfindung auch nicht auf die besondere Art der Ermittlung der in Frage kom menden Temperaturen beschränkt. Diese Tempera turen können auch so durch Signale abgebildet wer den, dass die Temperatur des wärmeaufnehmenden Mittels auf der einen Seite der Austauschfläche an der jeweiligen Stelle gemessen wird.
Heat exchanger The invention relates to a heat exchanger with a plurality of individual points of the heat exchange surface assigned local temperature signal generators and with an average signal generator which generates a signal representing an average temperature of the heat exchange surface, and with means for influencing the temperature of the heat exchange surface.
The thermal load capacity of Wärmeaus exchange surfaces is essentially limited by the strength properties of the material of the exchange surface. In order to be able to keep the exchange area as small as possible, efforts are made to select the maximum working temperature as close as possible to the limit temperature permissible for the material in question. In addition, however, as a result of phenomena that are difficult to detect, local temperature peaks can occur that are significantly above the mean working temperature of the exchange surface.
In particular with heating surfaces of steam generators that are divided into individual tubes, it has been shown that numerous, uncontrollable phenomena can shift the working conditions - e.g. B. Faults in individual burners, slagging of individual pipes, faults in the secondary air supply, with individual parts of the heat exchange surface being heated temporarily or for a longer period of time or changes in the supply of working medium suffer, so that individual parts of the heat exchange surface are subject to greater thermal stress are exposed than others.
Using a single point on the exchange area to control the operation of the entire exchange area can therefore lead to sensitive temperature changes in the total amount of steam if the heating changes at the point selected to control the exchanger due to an irregularity or malfunction.
Such temperature changes can cause damage if they are not discovered immediately, especially if the point in question is heated relatively too little and therefore simulates a temperature that is too low for the entire exchange surface, which brings the entire exchange surface to a higher working temperature.
It has also already been proposed, in a forced-flow steam generator with in the area of evaporation and the beginning of overheating in parallel tubes, heat exchange area divided into a larger number of parallel tubes to assign temperature signal generators, the temperature signal generators via a locking device Means act to increase the amount of working medium flowing through and to be heated and the locking device only enables the signal transmission from that signal transmitter which is currently influenced by the highest temperature.
If it is possible to avoid damage as a result of excessive temperature stress in the manner described, the disadvantage is that the signal transmitter representing the highest temperature also influences the means for influencing the temperature of the heat exchange surface if this highest temperature is not in the range of For reasons of strength, the limit temperature to be avoided is found.
In particular, if the determined local maximum temperature is the result of a disturbance, the operational management in the remaining parts of the heat exchange surface remains bound to this local maximum temperature, which by no means represents the overall behavior of the exchanger, as a reference variable. In the case of steam generators, for example, this leads to an average temperature of the working medium flowing out of the relevant heating surface, which is incompatible with the temperature required by the boiler or turbine control.
The invention makes it possible to turn off the described after parts. It is characterized in that the mean value signal transmitter and / or the local temperature signal transmitter representing the highest temperature value can act on the means for influencing the temperature of the heat exchange surface, but that the effect of the local temperature signal transmitter representing the highest temperature is interrupted by a locking device as long as .this highest temperature value is below a predetermined limit value.
The invention has the effect that even with local temperature differences between comparable points of the heat exchange surface, the means for influencing the temperature of the heat exchange surface are subject to the influence of an average temperature of the exchange surface, as long as the highest local temperature is outside the danger zone. Only when the highest local temperature determined in each case exceeds a predetermined limit value is the effect of the relevant signal transmitter on the means for influencing the temperature of the exchange surface released.
In this way, a significantly improved control behavior of the exchanger can be achieved.
The heat exchanger can advantageously - in particular in the case of steam generators - have a plurality of heat exchange tubes connected in parallel. Here, the mean value signal can expediently be formed by measuring a temperature corresponding to the mean temperature of the working medium flowing out of the individual pipes.
In a further preferred embodiment, the average signal transmitter and the highest temperature value mapping local temperature signal transmitter can act on one and the same means for influencing the temperature of the heat exchange surface, eg. B. on agents that affect the heat inflow or the heat radiation from the heating Me medium to the pipe wall. But it is also possible to let the two signal transmitters act on different means for influencing the temperature of the heat exchange surface.
In a further advantageous embodiment, the action of the mean value signal transmitter can be interrupted as long as the local temperature signal transmitter representing the highest temperature value acts on the means for influencing the temperature of the heat exchange surface.
Under certain circumstances, it can also be advisable to assign more than one local temperature signal transmitter to a single heat exchange pipe in a heat exchanger provided with individual parallel pipes. Finally, the temperature limit value, which determines the effect of the local temperature signal transmitter representing the highest temperature on the means for influencing the temperature of the heat exchange surface, can expediently be adjustable.
A device for adjusting this limit value as a function of an operating variable of the exchanger or of the system having the exchanger can be particularly advantageous.
The invention is explained in more detail below with reference to the Ausführungsbei games illustrated in the drawing. It shows in a schematic representation: Fi.g. 1 an arrangement according to the invention for a heating surface of a steam generator divided into parallel tubes with means for injecting colder Ar processing medium into the supply line of the heating surface, FIG. 2 an arrangement similar to FIG. 1,
but with a differently designed locking device in the connection between the local temperature signal generators and the injection means and Fig. 3 shows a heating surface of a steam generator with two different means for influencing the temperature of the exchange surface.
In the arrangement according to FIG. 1, the heat exchanger forms a superheater heating surface of a steam generator which is operated, for example, with a forced flow of the working medium. The exchanger can be in the radiation or contact part. The steam flows through the line 1 into the distributor 2 and then through the parallel pipes 3a, b, c, d into the outlet header 4 and into the outflow line 5.
To regulate the temperature of the outflowing steam or the heat exchange surface, an injection line 6 with control valve 7 is connected to line 1. Colder work equipment - e.g. B. Water can be injected through line 6 into line 1 is.
The flow cross-section of the valve 7 is influenced by a mean value signal transmitter which monitors the mixed temperature of the working medium in the line 5. For this purpose, the Ge mixed temperature is measured in a known manner by measuring the thermal expansion of a section of the line 5 with the aid of the scale 8. Each tempera ture of the wall of the line 5 or the steam flowing through the line 5 corresponds to a certain position of the rotatably mounted blade 9 at one end of the rod, which is supported with its free end via the spring 10 on the piston 11 ver in the cylinder 12 is.
An inflow opening 13 and an outflow opening 14 for a pressure medium are arranged in the wall of the cylinder 12. The cylinder space closed off by the piston 11 is connected to the pressure space of the servomotor 16 via the pressure line 15 in such a way that the pressure transmitted through the line 15 acts on the underside of the piston 18 loaded by the spring 17.
The arrangement described works in such a way that each temperature measured on the pipe 5 corresponds to a very specific pressure in the line 15 and thus a very specific position of the piston 18. A rod 19 is attached to the piston 18 and rests on the rail 20 for the operating case shown. This rail is firmly connected to a rod 23 which is pivotably mounted in the bearings 21 and 22. The rod -23 is connected to the valve rod of the valve 7, which is not designated in any more detail. A compression spring 24 ensures that the rail 20 follows all movements of the rod 19.
An increase in the working medium temperature in the line 5, that is to say an average temperature of the heat exchange surface formed by the tubes 3 above a certain value, causes the injection valve 7 to open and vice versa.
Each of the tubes 3a, b, c, d is assigned local temperature signal generators 25, 26, 27 and 28, which are constructed in the same way as the mean value signal generators 9 to 14 just described Local temperature signal generators are connected via signal lines 29, 30, 31 and 32 to servomotors 33, 34, 35 and 36, which in turn are constructed in the same way as servomotor 16. The springs of servomotors 33, 34, 35 and 36 however, are more strongly preloaded than the spring 17 of the servo motor 16.
The piston rods of the servomotors 33 to 36 can also act on the rail 20 and thus on the injection valve 7. The arrangement is such that, on the one hand, only one of the servomotors 33 to 36 can act on the rail with the greatest deflection of its piston rod and, on the other hand, this deflection must be greater than that of the servomotor piston 19, which is influenced by the mean value signal generator, in order to achieve the to achieve said effect.
The arrangement described thus acts as a locking device, the action of the local temperature signal transmitter representing the highest temperature being interrupted as long as this highest temperature value is below the difference between the preload of the spring 17 of the servo motor 16 and the preload of the springs of the servo motors 33 to 36 Limit value lies.
With the help of the described arrangement it is sufficient that the highest temperature at any pipe must differ by a certain minimum amount from the mean temperature after the outlet header 4 so that the latter transfers its influence to the highest pipe temperature. In this way, the overheating temperature is technically flawlessly influenced by the mean temperature at the discharge line as long as no pipe damage can occur as a result of one of the malfunctions mentioned at the beginning.
If the temperature of a single pipe reaches the predetermined permissible limit value, the rail 20 comes out of engagement with the piston rod 19 and is raised by the piston rod of that servomotor in the sense of increasing the injection quantity, which is the temperature signal transmitter with the highest temperature connected is.
The arrangement according to FIG. 2 works in a similar manner to that according to FIG. 1. The weaker bias of the servomotor spring described above corresponds to the addition of a small signal 4t to the temperature signal from the mean value signal generator 41 according to the mixed temperature in the discharge line 40 of the three parallel tubes <I> 42a, b, </I> c comprehensive heating surface of a steam generator is formed.
A local temperature signal generator 43, 44 or 45 is assigned to each of the three tubes, the signals of which are passed to the comparison device 46 together with the mean value signal increased by the amount 4t. The latter averages the signal corresponding to the highest temperature at the various measuring points and, based on this signal, influences the proportional-integral character on the controller 48 via the signal line 47, which in turn acts on the servomotor SM of the injection valve 49.
From the output of the controller 48, a preliminary signal is added, which is tapped with the help of the temperature signal generator 50 at a point closer to the point of entry of the working medium into the heating surface and entered via a proportional controller 51 into the signal line 52 leading to the servomotor SM becomes.
The mode of operation is again such that the highest local temperature (t1, t, or t3) must differ by a predetermined minimum amount - namely by 4t <I> - </I> from the mean temperature measured on the line 40 so that the Injection control takes place depending on the respective maximum value of the local temperatures.
The pulse <I> dt </I> added to the signal of the mean value signal transmitter can be adjusted with the aid of the handwheel 54.
In the embodiment according to FIG. 3, there are two different means for influencing the temperature of the exchange surface, namely on the one hand a regulation of the fire intensity and on the other hand the already mentioned injection regulation. In the end section of the parallel tubes 61a, b, c forming the heat exchange surface, temperature signal transmitters 62, 63 or. 64 are arranged, which via signal lines 65, 66,
67 are connected to the device 68 which averages the incoming signals. According to the respective mean value, the proportionally-integrally acting controller 69 is influenced via the signal line 70; The controller 69 acts on the injection valve 71 in such a way that the injection valve is opened to a greater extent when the setpoint value entered via the signal line 72 is exceeded, and vice versa.
At the same time, via the temperature signal transmitter 73 and the proportional controller 73a, a pre-signal is sent into the signal line between the controller 69 and the valve 71 in order to detect changing operating conditions as early as possible.
A local temperature signal transmitter 74, 75 and 76 is assigned to each of the pipes 61a, b, </I> c, which are connected to the comparison device 80 via signal lines 77, 78 and 79, respectively. The signal lines 66 to 68 also lead into this device at the same time.
The signal determined by the comparison device 80, depicting the highest temperature of all measured temperatures, is sent via the signal line 81 to the device 82, which forms the difference between the relevant maximum value and the limit value set on the device 84 using the handwheel 83.
The mode of operation is such that as soon as the amount of the difference between the maximum temperature at any measuring point and the set temperature limit value exceeds zero, the device 82 controls the fuel valve 86 of the burner 87 via the proportional-integral-derivative controller 85 in the sense of a reduction in the amount of fuel supplied, thus reducing the thermal load on the heat exchange surface.
In contrast to the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2, the influencing of the temperature of the heat exchange surface by the mean value signal generator does not become inoperative here if an influencing takes place in accordance with a local maximum temperature value.
It should also be pointed out that the selection of the characteristics of the individual controllers is made in the sense that influencing the temperature of the heat exchange surface by changing the fire intensity overrides the influencing by changing the injection quantity in a certain sense.
The invention is not limited to the exemplary embodiments described. The heat exchange surface can also have a larger number of tubes than has been shown in each case schematically, where not all tubes necessarily need to be provided with local temperature signal transmitters, but B. only every second or third tube of a heating surface with parallel tubes.
When formed as a superheater in steam generator heat exchange surfaces, it would also be possible to place part of the exchange area in the radiation part and a closing part in the contact part of the steam generator, where the heat is mainly emitted by flue gases.
In such an order, the pipes in the radiation section are primarily at risk; it is therefore advisable to also provide the local temperature signal transmitter in this area, while on the other hand the average signal transmitter could be assigned to the contact part.
Furthermore, it would also be possible to form the mean value signal at an intermediate area of the entire exchange surface, that is to say where the temperature of the working medium to be heated has not yet reached the end value. Furthermore, it is not necessary for the heat exchange surface to be formed by individual parallel tubes; In general, the invention can be applied to any form of exchange surface which has local temperature signal generators at individual points.
When generating steam, the invention could also be applied to heating surfaces other than superheater heating surfaces, e.g. B. on heating surfaces that are in the area of evaporation.
In the case of steam generators as well as other heat exchange surfaces serving other purposes, means other than those described for influencing the temperature of the heat exchange surface can also be provided. This includes all means that reduce the heat flow from the heating medium to the exchange area, namely lowering the temperature of the heating medium or reducing the flow rate or the pressure of the heating medium.
Other means that may be mentioned are a local shift of the flame relative to the exchange area, a change in the carburization of the fuel or a shielding of the exchange area; these means reduce or influence the radiation of heat to the exchange surface. Furthermore, such means can be used that increase the heat flow from the exchange wall, such as lowering the temperature of the medium to be heated, increasing its flow rate or pressure and increasing the specific heat of the medium to be heated. Finally, generally those means can be used which improve the heat radiation.
The respective predetermined limit value for the highest 'local temperature of the heat exchange surface does not necessarily have to have a constant value. It is particularly advantageous to adjust the limit value as a function of an operating variable of the exchanger or the system containing it, in the case of steam generators, for example, as a function of the boiler load. Here z.
For example, if the peak load lasts only for a short time, the limit value will be higher than in the predominantly lower load range, taking into account that the risk to the pipes from excessively high temperature is also a function of the heating time and essentially due to the Creep behavior of the heat-resistant materials used is determined.
Furthermore, it would also be possible to provide several local temperature signal transmitters with a heat exchange surface divided into tubes per tube. A warning device that generates acoustic or optical signals as soon as the permissible temperature limit is exceeded would also be valuable.
Finally, the invention is also not restricted to the particular type of determination of the temperatures in question. These temperatures can also be mapped by signals so that the temperature of the heat-absorbing agent is measured on one side of the exchange surface at the respective point.