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Regelung von Zwangdurchlaufdampferzeugern Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Regeln eines bei hohem Druck - insbesondere bei überkritischem
Druck und mit Zwischenüberhitzungbetriebenen Zwangdurchlaufdampferzeugers einer
Dampfkraftanlage, wobei durch ein Laststeuergerät die Zufuhr von Betriebsmitteln
zum Dampferzeuger und der Dampfdruck nach Maßgabe der Belastung des Dampferzeugers
eingestellt werden.
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Ein solches bekanntes Verfahren ist das sogenannte Gleitdruckverfahren,
das darin besteht, daß man bei Belastungsänderung des Dampferzeugers die Betriebsmittelzufuhr
und den Dampfdruck gleichzeitig dem neuen Belastungszustand anpaßt, und zwar bei
größerer Belastung größerer Druck und umgekehrt, so daß im wesentlichen in jedem
Augenblick der Dampfdruck der jeweiligen Dampferzeugerbelastung entspricht. Der
Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß man mit ihm weitauseinanderliegende
Grenzlasten bei praktisch gleichbleibendem Turbinenwirkungsgrad beherrscht. Nachteilig
ist jedoch, daß das Gleitdruckverfahren sich nicht zur Deckung plötzlich und unerwartet
auftretender Laststöße und nicht zur Frequenzhaltung eignet. Dies rührt daher, daß
wegen der natürlichen Trägheit des Dampferzeugers eine gewisse Verzögerungszeit
vorhanden ist. Wenn z. B. die Last der Turbine größer wird, ist eine größere Dampfmenge
erforderlich und die Turbineneinlaßventile öffnen, was im Dampferzeuger eine Druckabnahme
hervorruft. Gleichzeitig bekommt der Dampferzeuger vom Laststeuergerät das Kommando
»größerer Druck«, so daß hierdurch die Störung des vorherigen Beharrungszustandes
zunächst noch verstärkt wird. Es braucht deshalb einen größeren Aufwand an Zeit
und regeltechnischen Mitteln, um die Anlage wieder in das Gleichgewicht zu bringen,
als wenn dies ohne die erwähnte Verstärkungserscheinung geschehen könnte.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß bei Belastungsänderung
zuerst nur durch Neueinstellen der Zufuhr der Betriebsmittel die Leistung der Anlage
der geänderten Belastung angepaßt wird und danach - wenn zwischen Betriebsmittelzufuhr
und Dampfabgabe wieder Gleichgewicht herrscht - der Dampfdruck auf einen der geänderten
Leistung zugeordneten neuen Wert eingestellt wird.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wenn z. B. die Belastung
der Turbine größer wird, die auch bei Zwangdurchlaufdampferzeugem in gewisser Größe
noch vorhandene Speicherfähigkeit für das Liefern der erforderlichen größeren Dampfmenge
ausgenutzt. Gleichzeitig wird der zum Erreichen des näheren Belastungszustandes
erforderliche Energieaufwand in zwei zeitlich nacheinander aufzubringende Anteile
unterteilt, von denen der erste Anteil zusammen mit der aus der Speicherfähigkeit
gewonnenen Energie zum Wiederherstellen des vor der Belastungserhöhung herrschenden
Dampfdruckes dient, während der zweite Energieanteil zur Anpassung des Dampfdruckes
an den höheren Belastungszustand dient. Durch die zeitliche Aufeinanderfolge der
beiden Maßnahmen ist die Feuerschwankung kleiner als bei dem bekannten Verfahren,
bei dem beide Energieanteile gleichzeitig aufgebracht werden müßten. Die kleinere
Feuerschwankung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat kleinere Regelschwingungen
im Dampferzeugersystem zur Folge, so daß der Dampferzeuger eine kürzere Zeit braucht,
um in den neuen Gleichgewichtszustand zu kommen und um die der neuen Belastung entsprechende,
größere Dampfmenge zu liefern, als dies bei dem bekannten Verfahren der Fall ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren treten also keine erheblichen regeltechnischen
Schwierigkeiten auf, so daß bei dem neuen Verfahren die Vorteile des Gleitdruckverfahrens
beibehalten, dessen Nachteile aber vermieden werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines
Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung.
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Der mit 1 bezeichnete Dampferzeuger enthält den Vorwärmteil2, den
Verdampfungsteil3, den Überhitzerteil4 sowie den Zwischenüberhitzerteil5. Das
flüssige
Arbeitsmittel wird über die mit dem Speisewasserregelventil 6 versehene Leitung
7 zugeführt. Der erzeugte Dampf wird über die Leitung 8 den hier nicht dargestellten
Verbrauchsstellen zugeleitet. Der Brennstoff wird dem Dampferzeuger über die mit
dem Regelorgan 9 versehene Leitung 10, die für die Verbrennung benötigte
Luft durch die mit dem Regelorgan 11 versehene Leitung 12 zugeführt. Mit 13 ist
die Steuereinrichtung bezeichnet, die in einen zur Leistungseinstellung dienenden
Teil 14 und in einen zur Sollwerteinstellung dienenden Teil 15, wie durch
die gestrichelte Linie angedeutet, unterteilt ist.
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Zu dem Teil 14 gehört die mittels Handrades 16 verstellbare Nockenwelle
17 mit den auf ihr befestigten drei Nockenscheiben 18, 19, 20, die über die gestrichelt
gezeichneten Impulsleitungen 21, 22 und 23
mit den Verstelleinrichtungen
24, 25 und 26 in Wirkungsverbindung stehen. Die Verstelleinrichtung 24 wirkt über
die Übertragungseinrichtung, zum Beispiel ein Gestänge 27 auf das Speisewasserregelventil
6, die Verstelleinrichtung 25 verstellt über die Übertragungseinrichtung 28 das
Regelorgan 11 für die Luftzuführung und die Verstelleinrichtung 26 beeinflußt über
die Übertragungseinrichtung 29 das Regelorgan 9 für den Brennstoff. Das Handrad
16 steht ferner noch in Wirkungsverbindung mit der Anzeigevorrichtung 31. An der
Steuereinrichtung 13 ist ferner die Anzeigevorrichtung 32 untergebracht; mit der
die Impulsleitung 33 in Verbindung steht, über welche die durch den Differenzdruckempfänger
oder Dampfmengenmesser 34 erhaltenen Meßwerte übertragen werden. Der Mengenmesser
34 ist über die vor und hinter der Meßblende 37 angeordneten Leitungen 35, 36 an
die Hauptdampfleitung 8 angeschlossen.
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Zu dem Teil 15 der Steuereinrichtung gehört die mittels Handrades
38 verstellbare Nockenwelle 39 mit den auf ihr befestigten vier Nockenscheiben
40,
41, 42 und 43. Die Nockenscheibe 40 steht über die gestrichelt gezeichnete
Impulsleitung 44 in Wirkungsverbindung mit dem Druckempfänger 45, dem über die Übertragungseinrichtung
46 der an der Stelle 47 in der Hauptdampfleitung 8 herrschende Druck übermittelt
wird. Von dem Druckempfänger 45 zweigt die gestrichelte Impulsleitung 48 zu der
Verstelleinrichtung 49 ab, die über die Übertragungseinrichtung 50 das in der Hauptdampfleitung
8 angeordnete Regelorgan 51 beeinflußt. Die Nockenscheibe 41 steht über die
gestrichelt gezeichnete Impulsleitung 52 mit dem Thermostat 53 in Verbindung, der
an die Hauptdampfleitung 8 an der Stelle 54 ihres Austrittes aus der Kesselanlage
angeordnet ist. Der Thermostat 53 steht ferner über die gestrichelt gezeichnete
Impulsleitung 55 in Wirkungsverbindung mit der Verstelleinrichtung 56, die über
die übertragungseinrichtung 57 das Regelorgan 58 in der in den überhitzer 4 führenden
Einspritzleitung 59 beeinflußt. Die Nockenscheibe 42 steht über die gestrichelt
gezeichnete Impulsleitung 60 mit dem Thermostat 61 in Verbindung, der am Ausgang
62 des Zwischenüberhitzers 5 angeordnet ist. Von dem Thermostat 61 führt die Impulsleitung
63 zu der Verstelleinrichtung 64, die über die Übertragungseinrichtung 65 mit dem
Regelorgan 66 der in den Zwischenüberhitzer führenden Einspritzleitung 67 verbunden
ist. Die Nockenscheibe 43 steht über die gestrichelt gezeichnete Impulsleitung 68
in Wirkungsverbindung mit dem Thermostat 69, der an der zwischen dem Verdampferteil
3 und dem überhitzerteil 4 gelegenen Stelle 70 des Rohrsystems des Dampferzeugers
angeordnet ist. Von dem Thermostat 69 zweigt ferner die gestrichelte Impulsleitung71
zu der Verstelleinrichtung24 für das Speisewasserregelorgan 6 ab. Mit dem Handrad
38 steht ferner noch die Anzeigevorrichtung 72 in Wirkungsverbindung.
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Im Normalbetrieb der Kesselanlage sind jedem Lastwert die den jeweiligen
Beharrungszuständen entsprechenden Sollwerte der Regelorgane zugeordnet. Dies bedeutet,
daß an der Steuereinrichtung 13 die Zeigerstellungen der drei Anzeigevorrichtungen
31, 32 und 72 übereinstimmen. In dem Ausführungsbeispiel stehen die Zeiger der Anzeigevorrichtungen,
die mit der zum Beispiel den Lastprozenten entsprechenden Markierung 30, 70 und
110 versehen sind, auf 70.
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Bei einer gewünschten Laständerung, zum Beispiel Laststeigerung, muß
eine neue Leistungseinstellung der Dampferzeugungsanlage vorgenommen werden. Dies
erfolgt durch Betätigen des Handrades 16. Es wird dabei die die Steuernocken 18,
19 und 20 tragende Welle 17 gedreht, bis etwa der Zeiger dar Anzeigevorrichtung
sich in der gestrichelt gezeic4 neten Lage befindet. Durch die Bewegung der Steuernocken
werden die hier nicht gezeigten Übertragungseinrichtungen, zum Beispiel die Geberschieber
von hydraulisch wirkenden Übertragungseinrch"t@,ngen, mehr oder weniger stark belastet
und damit die Steuerdrücke in den Impulsleitungen 21, 22 und 23 entsprechend verändert.
Über die Impulsleitung 21 wird das ebenfalls vom Thermostat 69 über die Leitung
71 beeinflußte Speisewasserregelorgan 24 im Sinne einer vermehrten Zufuhr von Speisewasser
verstellt. In entsprechender Weise wird auch die Zufuhr
von Brennstoff und
Luft durch Verstellen der Regelorgane 26 und 25 infolge der über die Impulsleitungen
23 und 22 übertragenen Impulse geändert. Die jetzt vermehrte Dampfleistung wird
vom Dampfmengenmesser 34 festgestellt, der mittels hier ebenfalls nicht gezeigter,
zum Beispiel hydraulisch wirkender Übertragungseinrichtungen über die Impulsleitung
33 den Zeiger der Anzeigevorrichtung 32 in die gestrichelt gezeichnete Stellung
bringt, so daß schließlich die gleiche Anzeige auf den Anzeigevorrichtungen 31 und
32 vorhanden ist.
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Nachdem somit durch die Zufuhr der Betriebsmittel die Leistung der
Anlage der geänderten Be=-lastung angepaßt ist, werden die Sollwerte der Regelorgane
entsprechend der neuen Belastung verstellt, wobei vor allem auch der Dampfdruck
auf den der geänderten Leistung zugeordneten Wert eingestellt wird. Zu diesem Zweck
wird durch das Bedienungspersonal das Handrad 38 so lange betätigt, bis der Zeiger
der Anzeigevorrichtung 72 in der gestriehelt gezeichneten Lage steht und somit auch
hier die Zeigerstellung mit den beiden anderen Anzeigevorrichtungen 31 und 32 in
Übereinstimmung gebracht ist. Es wird hierbei die Nockenwelle 39 mit den Nocken
40 bis 43 verdreht. Hierdurch werden mittels nicht gezeigter, zum Beispiel hydraulisch
wirkender Übertragungseinrichtungen Änderungen der Steuerdrücke in den Impulsleitungen
44, 52, 60 und 68 erzeugt, die sich auf die an diese Impulsleitungen angeschlossenen
Verstelleinrichtungen auswirken. Die Verdrehung der Nocke 40 bewirkt über die Impulsleitung
44 eine Änderung des Sollwertes des Druckempfängers 45, der daraufhin über die Verstelleinrichtung
49 das Regelorgan 51 derart verstellt, daß
der Dampfdruck an dieser
Stelle der Hauptdampfleitung auf den Wert gebracht wird, der dem der geänderten
Leistung zugeordneten Wert entspricht. In entsprechender Weise verändert die Nocke
43 über die Impulsleitung 68 den Sollwert des Thermostaten 69, von dem aus die Zufuhr
des Speisewassers beeinflußt wird. Die Drehung der Nocke 41 verändert ferner auch
den Steuerdruck in der Impulsleitung 52, wodurch der Sollwert des Thermostaten 53,
der die Einspritzung in den überhitzerteil4 kontrolliert, auf den der neuen Leistung
angepaßten Wert verstellt wird. Durch die Drehung der Nocke 42 schließlich
wird auch der Steuerdruck in der Impulsleitung 60 verändert und damit auch der Sollwert
des Thermostaten 61 verstellt, der die Zwischenüberhitzungstemperatur kontrolliert,
die von der über die Leitung 67 in den Zwischenüberhitzer eingeführten zusätzlichen
Arbeitsmittelmenge beeinflußt wird.
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Ein gleicher Regelvorgang mit umgekehrten Regelbewegungen wird durchgeführt,
wenn: durch die Steuereinrichtung 13 eine geringere Leistung eingestellt werden
soll. In diesem Fall werden zuerst Brennstoff-, Luft- und Wassermenge vermindert
und erst dann, wenn die Zeiger der beiden Anzeigegeräte 31 und 32 wieder übereinstimmen,
wird das Anzeigegerät 72 auf den Anzeigestand der beiden anderen gebracht, womit
dann auch der Dampfdruck auf einen der verminderten Leistung zugeordneten Wert eingestellt
ist.
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Während nach dem Beispiel die Sollwertverstellung des Kesselenddruck-Reglers
beschrieben ist, kann in der gleichen Weise auch die Sollwertverstellung des hier
nicht gezeigten Turbineneinlaßdruckreglers durchgeführt werden. Die Steuereinrichtung
kann auch so eingerichtet sein, daß mit ihr die Sollwerteinstellvorrichtungen mehrerer
Temperaturregler, die von an verschiedenen Stellen im Rohrsystem des Dampferzeugers
angeordneten Meßorganen beeinflußt sind, nach Maßgabe von Belastungsänderungen eingestellt
werden können. Dies kann zum Beispiel besonders zweckmäßig sein, wenn eine zweifache
Zwischenüberhitzung vorgesehen ist, wie sie für mit überkritischem Druck betriebene
Dampferzeuger angewendet wird. Es ist auch möglich, die in dem Beispiel gezeigten
Steuernocken nicht auf einer gemeinsamen Welle anzuordnen, sondern für jede Nocke
eine besondere Antriebswelle mit Handrad zu verwenden, wodurch man es in der Hand
hat, nur das eine oder das andere Organ je nach Zweckmäßigkeit zu benutzen. Es liegt
im Rahmen der Erfindung, die Steuereinrichtung anstatt mittels des Handantriebes
mit einer automatischen Antriebseinrichtung zu betreiben. An Stelle der erwähnten
hydraulischen übertragungseinrichtungen für die Impulse können auch pneumatische
oder elektrische übertragungseinrichtungen verwendet werden.
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Das neue Verfahren, bei dem man dem Sinne nach von einem Stufendruckverfahren
sprechen kann, vereinigt somit die Vorteile des Festdruckverfahrens, die dieses
besonders bei Anfahrvorgängen und bei Laständerungen besitzt, mit den Vorteilen
des Gleitdruckverfahrens, das dem Festdruckverfahren gegenüber einen besseren thermodynamischen
Wirkungsgrad im Beharrungszustand aufweist.