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Einrichtung zum automatischen An- und Abfahren von Zwangdurchlaufkesseln
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Autor matischen An- und Abfahren, von
Zwangdurchlaufkesseln für hohe Frischdampftemperaturen mit unterschiedlich einregelbaren
Durchflußmengen und hat eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung
derartiger Kessel zum Gegenstand, die es ermöglicht, daß derartige Kessel nicht
nur an- und abgefahren werden, können, ohne daß Beschädigungen der aus hochwertigen
Stählen bestehenden Übenhitzer und Rohrleitungen zu befürchten sind, sondern auch
alle Regelvorgänge durch Automatisierung weitgehend von Schaltfehlern und Störungen.
unabhängig gemacht werden.
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Bei bekannten Zwangdurchlaufkesseln waren eine oder mehrere An- und
Abfahrleitungen angeordnet, die infolge der Strömungsverhältnisse im Kessel nicht
zusammen betrieben werden konnten und deren Durchflußmengen von Hand geregelt werden
mußten. Beim Anfahren wurde die bisher am Kesselende angeordnete Anfahrleitung während
des Anfahrvorganges zunächst mit Wasser und zum Schluß mit Dampf durchfahren. Die
Ab.fahrleitung war dagegen an einer vor den letzten Heizflächen des Kessels liegenden
Stelle angeschlossen, und beim Abfahren wurde durch diese zunächst Dampf und dann.
bis zur Beendigung des Spülvorganges Speisewasser gefahren. Die Anordnung vor den
letzten Heizflächen sollte diese Heizflächen sowie die Frischdampfleitungen möglichst
vor Temperaturschocks bewahren.
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Dieses Verfahren hatte bei Zwangdurchlau.fkesseln für hohe Frischdampftemmperaturen,
bei denen, z. B. für einen Teil der Überhitzerheizflä.che sowie für die Frischdampfleitungen,
austenitische Stähle verwendet werden, den Nachteil, daß die austenitischen Rohrleitungen
beim Anfahren zunächst mit Speisewasser und dann mit Naßdampf durchfahren, wurden,
wobei die flüssige Phase des Wassers den Kornzerfall der austenitischen Stähle begünstigte.
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Da die austenitischen Stähle infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit
bei Erwärmung hohen. Spannungen ausgesetzt sind, ist für die Dauer des Anfahrvorganges
nur eine bestimmte Aufheizgesch-,vindigkeit zulässig. Ebenso darf beim Abfahren
eine bestimmte Abkühlungsgeschwindigkeit dieser Stähle nicht überschritten, werden.
Besonders gefährdet sind die austenitischen Stähle jedoch beim Wiederanfahren eines
betriebswarmen bzw. nur wenig ausgekühlten Kessels, da hierbei zunächst Speise-uvassar
durch die noch heißen bzw. verhältnismäßig warmen Austenitleitungen gefördert wird
und damit nicht nur deren Kornzerfall begünstigt wird, sondern. auch die Gefahr
von Temperaturschockrissen besteht.
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Die Gefahr von Temperaturschockrissen besteht auch für Kessel, deren
Frischdampftemperatur die Verwendung ferritischer Stähle noch erlaubt, da das Maximum
der Temperaturschockrißempfindlichkeit solcher Stähle bei etwa 500° C liegt.
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Alle diese Schwierigkeiten. und. Nachteile werden nach der Erfindung
durch eine Einrichtung beseitigt, die darin besteht, daß mehrere Anfahrleitungen
mit jeweils einem selbsttätig gesteuerten Ventil an das Durchflußsystem, und zwar
je eine zwischen hintereinanderliegenden Heizflächen. und eine hinter der letzten
Heizfläche bzw. der Heißdampfleitung, angeschlossen sind und die dazwischenliegenden.
Heizflächen je für sich regelbar beheizbar sind.
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Diese Einrichtung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß einmal
die beim An- und Abfahren der Zwangdurchlaufkessel entstehenden. Nachteule mit Sicherheit
beseitigt und zürn anderen die an den An-und Abfahrvorgang zu stellenden Anforderungen
voll und ganz erfüllt werden, wobei es von besonderem Vorteil ist, daß die an hintereinanderliegenden
Kesselheizflächen angeschlossenen An- und Abfahrleitungen gleichzeitig und mit unterschiedlich
einregelbaren Durchflußmengen betrieben werden können, während die dazwischenliegenden.
Heizflächen unterschiedlich und verschieden regelbar mit Zusatzfeuerungen beheizt
werden.. Zweckmäßig werden mit den am Anfang und Ende eines Heizflächenabschnittes
gemessenen Temperaturdifferenzen die durch die Anfahrleitungen strömenden Mengen
sowie die Leistung der Zusatzfeuerungen geregelt.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen,, daß durch
die austenitischen Rohrleitungen kein Wasser mehr strömen kann und so eine Beschädigung
dieser Werkstoffe, z. B, durch Kornzerfall als Folge des Wasserdurchflusses durch
die Leitungen, nicht auftreten kann.
Weiterhin besteht der Vorteil,
daß die zulässige Aufheizungs- oder Abkühlungsgeschwindigkeit besonders im austenitischen
Teil des Kessels beim An- und Abfahren des Zwangdurchlaufkessels genau eingehalten
wird und dadurch Temperaturschockrisse nicht eintreten können. Eine besonders vorteilhafte
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erlaubt es, den Zwangdurchlaufkessel
automatisch an-und abzufahren.. Erst dadurch wird es möglich., die An- und Abfahrzeiten
bei größtmöglicher Schonung des Materials zu verkürzen und im Störungsfalle den
Kessel abzufahren, ohne daß Schäden durch Schaltfehler eintreten.
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Besonders zweckmäßig wird schließlich der Dampfdruck als Regelimpuls
verwendet, wobei ein Ansteigen des Drucks abhängig von der Frischdampftemperatur
nur so weit möglich ist, wie die Frischdampftemperatur mit ausreichendem Abstand,
über der Sattdampftemperatur des gemessenen Drucks liegt.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung läßt sich auch teilweise verwenden,
z. B. bei mehreren gleichzeitig und geregelt betriebenen Anfahrleitungen, deren
Durchflußmengen. über Regler von Temperaturdifferenzen gesteuert werden.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
ein, Z.wangdurchlau.fkessel mit drei Anfahrleitungen und zwei Zusatzfeuerungen schematisch
dargestellt.
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In, dem Kessel 1 mit einer üblichen. Kohlenstaub-oder Ölfeuerung 2
sind von dem Rohrsystem zwei Anfahrleitungen 4 und 10 abgezweigt. Eine dritte Anfahrlentung
17 ist so verlegt, daß der durch sie strömende Dampf, bevor er zum Entspanner 19
abströmen kann, zunächst noch den größeren Teil der Frischdampfleitungen beaufschlagt.
Die regelbaren Zusatzfeuerungen 6 und 12 dienen zur Beheizung der zwischen den,
Anfahrleitungen 4, 10 und 17 liegenden Heizflächen 23 und 24. Der Regler 8 erhält
seine Impulse von den Temperaturmeßstellen 3 und 9 sowie vom Regler 14 und-steuert
die Regelventile 5 und 7. Der Regler 14 erhält Impulse von dem. Temperaturmeßstellen
9 und 15 sowie von der Druckmeßstelle 16 und der Blende 21 und steuert die Ventile
11, 13 und 18. Darüber hinaus gibt er Impulse an den. Regler 8 und schaltet die
in der Zeichnung nicht dargestellten Mühlen für das Hauptfeuer zu oder ab-. Dieser
Regler 14 fährt entsprechend der zulässigen Temperaturänderungsgeschwindigkeit den.
Kessel temperaturseitig hoch oder herunter, je nachdem ob an- oder abgefahren. wird.
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Die Temperaturmeßstellen3, 9 und 15 sind so angeordnet, daß 3 in einem
Kesselteil liegt, der während des ganzen Lastbereichs und auch des Anfahrens Wasser
führt, während 15 in einem Gebiet überhitzten Dampfes liegt.
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Außerdem werden die bei 15 bestimmte Temperatur und der bei 16 gemessene
Druck so aufeinander abgestimmt, daß der im Kessel erzeugte Dampf immer leicht überhitzt
ist, d. h., der Druck des Dampferzeugers kann nur bei einer vorgeschriebenen Aufheiz-
oder Abkühlgeschwindigkeit der Frischdampftemperatur abhängig von dieser Aufheiz-
oder Abkühlgeschwindigkeit verändert werden.
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Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende: Der Kessel sei zu Beginn
des Anfahrens leer. Nachdem die Speisepumpe 20 eine bestimmte vorgegebene Speisewassermenge
in den Kessel eingespeist hat, die über die Blende 21 gemessen und aJs Impuls denn
Regler 14 aufgeschaltet wird, werden von diesem Regler 14 das Hauptfeuer 2 entsprechend
der Kesselmindestlast und außerdem die Zusatzfeuerungen 6 und 12 angefahren. Die
Speisepumpe 20 speist die zur Mindestlast gehörende Speisewassermenge ein, und die
An ,fahrventile 5, 11 und 18 werden, in eine bestimmte Stellung geöffnet. Entsprechend
dem Verhältnis der Strömungswiderstände der nachgeschalteten Kesselheizfläche 23
zu dem Strömungswiderstand der ersten Anfahrleitung 4 wird sich die Menge an der
Anschlußstelle dieser Anfahrleitung 4 aufteilen in eine größere Menge, die über
die erste Anfahrleitung 4 in den Entspanner 19 strömt, und eine kleinere, die in
die nächste Heizfläche 24 des Kessels eintritt.
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Der im Kessel 1 verbleibenden Menge wird durch die Zusatzfeuerung
6 eine bestimmte Wärmemenge zugeführt. Ergibt die zwischen 3 und 9 gemessene Temperaturdifferenz
keine ausreichende Erwärmung des Speisewassers, so wird die im Kesselt verbleibende
Menge durch weiteres Öffnen des Regelventils 5 und die damit erfolgende Veränderung
des oben beschriebenen W.iderstandsvenhältnisses vermindert. Ergibt die Temperaturdifferenz
zwischen Anfang und Ende des Heizflächenabsdhnittes 23 eine zu hohe Aufwärmung,
so wird das Regelventil s in Richturig »zu« gefahren und damit die durch den Kessel
strömende Wassermenge erhöht.
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An der Anschlußstelle der zweiten Anfahrleitung 10 an den Kessel 1
wird diese Wassermenge wiederum im Verhältnis der Strömungswiderstände aufgeteilt,
so daß nur noch eine geringe Wassermenge in die nächsten Kesselheizflächen 24 eintritt.
Diese geringe Wassermenge wird von der durch die Zusatzfeuerung 12 geführten Wassermenge
verdampft und um einen bestimmten Betrag überhitzt.
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Wiederum ist die Temperaturdifferenz, dieses Mal zwischen deal Temperaturstellen
9 und 15 maßgebend für die Regelung des Anfahrregelventils 11 in der zweiten Anfahrleitung
10.
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Der Regler 14 greift dann ein, wenn bei 15 nicht die vorgeschriebene
Temperaturänderung je Zeiteinheit gemessen wird.
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Nach Erreichen einer festzulegenden. Temperatur bei 15 beginnt der
Regler 14 die Anlage auf Druck zu fahren, wobei das Anfahrventi118 in der dritten
Anfahrleitung 17 gedrosselt wird. Dadurch wird bei gleicher Stellung der Anfaahrven.tile
5 und 13 der Strömungswiderstand des Kessels 1 größer, d.. h., die an den Abzweigstellen
der An.fahrleitungen 4 und 10 im Kessel verbleibenden Mengen werden geringer. Da
die mit den Zusatzbrennern. 6 und 12 dem; Heizflächenabschnitten 23 und 24 zugeführten
Wärmemengen jedoch glei.chbleiben, werden die bei 9 und 15 gemessenen Temperaturen
schneller steigen, worauf die.Regler 8 und 14 mit einem weiteren Drosseln der Ventile
5 und 11 reagieren, damit sich die ursprünglichen Mengenverhältnisse wiederherstellen
und die erste Druckerhöhung erfolgt.
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Durch stetiges Drosseln des Ventils 18 läßt sich so der gewünschte
Druck aufbauen. Damit der Druck nicht schneller steigt, als nach dem vorgeschriebenen
Temperaturanstieg bei 15 zulässig ist, um den aus dem Kessel auftretenden Dampf
im überhitzten Zustand zu belassen, wird bei 16 eine Druckmessung vorgenommen, deren.
Ergebnis mit den Temperaturmessungen im Regler 14 so, abgeglichen. wird, daß der
Dampf immer' ausreichend überhitzt ist.
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Sollen dagegen Druck und Temperatur nicht abgeglichen werden, dann
muß- der Kessel 1 drucklos bis zur Überrschreitung der Sattdampftemperatur bei 15
des zur Kleinlast gehörenden Druckes angefahren
werden und kann.
erst dann auf Druck gebracht werden.
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Wenn die zur Kleinlast des Kessels gehörende Frischdampftemperatur
erreicht ist, dann steuern die Regler 14 und 8 die Ventile 11 und 5 weiter in Richtung
»zu«, um die bei 15 gemessene Temperatur zu halten. Gleichzeitig wird unter lCons.tanthaltung
des Frischdampfdruckes bei steigender Dampfabgabe am Kesselende das Ventil 18 wieder
aufgefahren. Sind die Ventile 5 und 11 beim Schließen über eine vorgegebene Marke
weggefahren, dann werden von den Reglern 8 und 14 die Zusatzfeiler 6 und 12 zurückgenommen,
so daß schließlich die Ventile 5, 7, 11 und 13 geschlossen sind. Der Kessel 1 fährt
jetzt mit Kleinstlast über die dritte Anfahrleitung 17 und kann auf die Turbine
geschaltet werden.
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Wird während des Anfahrvorganges Dampf zur Vorwärmung der Turbine
entnommen, so reagiert die Anfahrregelung dadurch, daß das Venti118 weiter gedrosselt
wird.
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Die Temperaturmeßstelle 3 liegt immer in dem vom Wasser durchströmten
Kesselteil, während die Temperaturmeßstelle 15 in einem Gebiet überhitzten Dampfes
liegt. Bei .der Temperaturmeßstelle 9 wird jedoch ein Übergang von Wasser zu NaBdampf
und möglicherweise Sattdampf stattfinden. Da aber im Sattdampfgebiet Druck und Temperatur
nicht zur Entha,lpiebestimmung ausreichen und damit aus den Temperaturdifferenzen
die durchströmende Menge bei gleicher Wänn.ezufuhr nicht bestimmt werden kann, verändert
der Regler 14 über den Regler 8 die Stellung des Ventils 5, wenn das Ventil 11 bestimmte
Stellungen und Regelgeschwindigkeiten überschreitet.
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Entsprechend dem Anfahren. eines Kessels aus dem kalten Zustand läßt
sich auch das Abfahren eines Kessels bzw. das Wiederanfahren aus betriehswarmem
Zustand durchführen.