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Hochdruckröhrendampferzeuger mit ständiger Speisung unter Betriebsdruck
und ständigem Zusatz von Arbeitsmittel vor oder im Überhitzer zur Temperaturregelung
des austretenden Dampfes Bei Hochdruckröhrendampferzeugern, bei welchen nur die
Speiseflüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des 'im Rohrsystem fließenden
Arbeitsmittels geregelt wird, treten infolge der starken Verzögerungen durch die
im Rohrsystem und in der Ummauerung des Dampferzeugers aufgespeicherte Wärme und
infolge der für den Durchfluß des Arbeitsmittels benötigten Zeit große Verzögerungen
in der Regelung und,daher starke, den Betrieb sehr störende Schwankungen ein.
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Wird nur eine Menge beständig zusätzlich in das Rohrsystem eingespritzter
Speiseflüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur des durch den Erzeuger "fließenden
Arbeitsmittels geregelt, so kann ein Regeln nur innerhalb einer gewissen, sehr beschränkten
Leistungsgrenze erfolgen. Überschreiten aber die Leistungsschwankungen diese Grenze,
so kann der Zustand, im besonderen die Temperatur des aus dem Erzeuger austretenden
Dampfes, nicht mehr unveränderlich gehalten werden.
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Die Erfindung bezieht sich im besonderen auf Hochdruckröhrendampferzeuger
mit Ü.berhitzer und ständiger Speisung unter Betriebsdruck und bezweckt, die beschriebenen
Nachteile zu umgehen und dadurch die Empfindlichkeit der Temperaturregelung des
austretenden Dampfes zu erhöhen und zusammenhängend damit T2ruperaturschwankungen
zu vermeiden. Sie best^ht <i'L?"131, daß von zwei hintereinander vom Arbeitsmittel
beeinflußten Temperaturaufnahnievorrichtungen die eine die Speiseflüssigkeitsruenge
und die andere die Menge des beständig vor oder in dem Überhitzer zusätzlich zugeführten
Arbeitsmittels regelt. Vorteilhaft kann die die Menge des zusätzlichen Arbeitsmittels
regelnde Vorrichtung außerdem noch auf (iie Regelung der Speiseflüssigkeit einwirken.
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Zwei Beispiele des Erfindungsgegenstandes sind auf der Zeichnung schaubildlich
dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Hochdruckröhrendampferzeuger, bei welchem die Speiseflüssigkeitsmenge
und eine beständig zusätzlich zugeführte Arbeitsmittelmenge von zwei Temperaturaufnahmevorrichtungen
geregelt werden.
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Fig. 2 veranschaulicht ein Beispiel, bei welchem die auf die zusätzlich
zugeführte Arbeitsmittelmenge wirkende Vorrichtung noch auf die Speiseflüssigkeitsmenge
einwirkt.
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Die von der Speisepumpe i (Fig. i) in das Rohrsystem 2 des Dampferzeugers
eingeführte Flüssigkeit verdampft in dem Rohr-
System und ist bis
an die Stelle 3 in Sattdampf urigewandelt, worauf dieser Sattdampf in dem. anschließenden
Rohrsystem 4. überhitzt und durch die Leitung 5 an die Verbrauchsstellen geleitet
wird. Die Beheizung des Rohrsystems erfolgt durch,den Brenner 7. welchem in bekannter
Weise durch die Leitung 8 ein flüssiger, gasförmiger oder staubförmiger Brennstoff
und durch die Leitung 9 Verbrennungsluft zugeführt wird. Die bei der Verbrennung
entstehenden Rauchgase können durch eine Rauchgasleitung io an weitere Verbrauchsstellen
oder unmittelbar ins Freie geleitet werden.
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Eine weitere Speisepumpe i i fördert beständig eine zusätzliche Menge
Arbeitsmittel an der Einspritzstelle 12 in das Rohrsystem 4. des Überhitzers. Vor
dieser Einspritzstelle ist am Anfang des Rohrsystems 4 eine Temperaturaufnahmevorrichtung
13 und am Austritt aus dem Dampferzeuger eine weitere Temperaturaufnahmevorrichtung
14 eingebaut.
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Gemäß der Erfindung wird die Speiseflüssigkeitsmenge durch eine Drosselstelle
15 in Abhängigkeit von der Temperaturaufnahmevorrichtung 13 und die zusätzlich zugeführte
Menge Arbeitsmittel durch eine Drosselstelle 16 in Abhängigkeit von der Temperaturaufnahmevorrichtung
14 geregelt.
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Beim Steigen der Temperatur ,des erzeugten Dampfes vergrößert die
Temperaturaufriahmevorrichtung 14 den Durchflußquerschnitt der Drosselstelle 16.
Die Pumpe ii fördert dadurch eine größere Menge Flüssigkeit durch die Einspritzstelle
12 in das RohrsYstem .4, der durch den Üfierhitzer strömende Dampf wird entsprechend
der Einspritzmenge abgekühlt, bis seine Austrittstemperatur auf das gewöhnliche
Maß erniedrigt ist.
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Wenn jedoch die Temperatur des erzeugten Dampfes trotz dieser Regelung
noch nicht auf den üblichen Wert zurückgeführt worden ist, fängt die Temperatur
am Anfang des Oberhitzers auch an zu steigen. Die Temperaturaufnahmevorrichtung
13 erteilt dann einen Impuls auf die Drosselstelle 15, welche die dem Dampferzeuger
mittels der Pumpe i zugeführte Speiseflüssigkeitsmerige vergrößert und die Dampftemperatur
wieder auf die urspringliche Höhe einstellt.
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Denn in Fig. 2 dargestellten Dampferzeuger wird die Speiseflüssigkeit
aus dem Behälter 2o mittels der Speisepumpe 21 durch die Leitungen 22 und -23 über
die Drosselvorrichtung 15 zugeführt. Eine aus der Leitung 22 abgezweigte Menge Flüssigkeit
wird durch die Leitung 24, die Drosselvorrichtung 16 und eine Leitung 25 an der
Einspritzstelle 12 in das Rohrsystem 4 des Überhitzers eingeführt. Zum Steuern der
Drosselvorrichtung 15 ist eine Temperaturaufnahmevorrichtung i3 zu Anfang des überhitzers
vorgesehen. Die in die zu den Verbrauchsstellen führende Dampfleitung 5 eingebaute
Temperaturaufnahmevorrichtung 14 steuert die Drosselvorrichtung 16. Beiide Temperaturaufnahmevorrichtungen
13 und 14 steuern zunächst den Druck der Steuerflüssigkeit in den Impulsübertragungsleitungen
26 und 27, welche die Aufnahmevorrichtungen mit den Steuereinrichtungen verbinden.
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Den Steuervorrichtungen 28 und 29 wird durch die Leitungen 3o bzw.
31 Steuerflüssigkeit von einem bestimmten unveränderlichen Druck zugeführt, während
die anfallende Ablaufflüssigkeit durch Leitungen 32 und 33 beispielsweise in einen
Behälter zurückgeführt wird. Durch die Leitungen 34 und 35 wird die von den Steuervorrichtungen
28 und 29 beeinflußte Steuerflüssigkeit unter die federbelasteten Kolben der Servomotoren
36 und 37 geführt. Die Kolben dieser Servomotoren steuern durch Gestänge 38 und
39 die Ventile der Drosselvorrichtungen 15 und 16.
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Bei einer Erhöhung der Temperatur in der zu den Verbrauchsstellen
führenden Leitung 5 überträgt die Temperaturaufnahmevorrichtung 14 einen erhöhten
Steuerdruck durch die Impulsü.bertra-gungsleitung 27 in die Steuervorrichtung 29,
wodurch- der Schieberkol.ben 4.o entgegen der Feder 41 angehoben wird. Bei dieser
Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 40 wind für die Steuerflüssigkeit aus der Leitung
31 der Weg durch die Leitung 35 unter den Kolben des Servomotors 37 freigelegt,
der Kolben entgegen der auf ihn drückenden Feder angehoben und somit das Ventil
der -Drosselvorrichtung 16 geöffnet. Dabei vergrößert sich der Durchflußquerschnitt
für die durch die Leitung 25 an der Einspritzstelle 12 in den Überhitzer eingeführte
Menge Flüssigkeit. Die Temperatur des erzeugten Dampfes wird durch die vergrößerte
Einspritzmenge verkleinert und wieder auf den üblichen Wert zurückgeführt.
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Gleichzeitig verschiebt die aufwärts gehende Bewegung des Gestänges
3-9 den Hebel -.2, welcher sich uni den festen Drehpunkt 43 dreht und dadurch mittels
Übertragung des an der Stelle 45 für .diesen Fall unbeweglich gelagerten Hebels
44 die Feder 41 zusammendrückt. Der Kolbenschieber 40 wird somit entgegen seiner
anfänglichen, diese Regelung einleitenden Aufwärtsbewegung wieder abwärts gedrückt,
wodurch die ganze Regelbewegung rückgeführt ist.
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Ebenfalls wird durch diese Bewegung des Hebels 42 der Hebel 47 mittels
des Gestänges 46 angehoben. Der Hebel 47 ist an dem Punkt 48 fest gelagert, so daß
durch das Gestänge 49 und den Hebel So, dessen fester
Drehpunkt
für diesen Fall im Punkt 51 liegt, die Feder 52 entspannt wird. Dabei zeigt der
Schieberkolben 53 das Bestreben, sich aufwärts zu bewegen, und fängt an, nachdem
seine Überdeckung nicht mehr genügt, um die steuernden Kanten zu decken, die Steuerflüssigkeit
aus der Leitung 3o durch die Leitung 34 unter den federbelasteten Kolben des Servomotors
36 zu leiten. Entsprechend den Hebelverhältnissen der Hebel 42, 47 und 50 wird die
Regelbewegung, die durch das Gestänge 39 ausgeführt wird, natürlich nur in stark
verkleinertem Maß auf die Steuervorrichtung 28, und auf den Servomotor 36 übertragen,
so daß eine ganz .geringe Bewegung des Gestänges 38 nach oben genügt, um diese Bewegung
mittels des Hebels 54 auf den Hebel 5o und auf die Feder 5a wieder rückzuführen.
-Bei dieser Steuerbewegung wird also der Drosselquerschnitt der Drosselvorrichtung
15
in einem entsprechenden Maß vergrößert und die anfänglich von der Vorrichtung
16 ausgeführte Regelung der Temperatur nunmehr auf die Vorrichtung 15 übertragen.
Zugleich wird bei dieser Regelbewegung mittels des Gestänges 55 die Feder 41 wieder
stärker gespannt, so daß die Lage des Steuerschiebers 4o und des Kolbens im Servomotor
37 in die anfängliche, vor der Einleitung der Regelung inn.egehabte Lage zurückverstellt
werden.
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Bei diesem Regelungsvorgang, welcher allein von der einen Temperaturaufnahmevorrichtung
eingeleitet worden ist, -ist also die Temperatur zuerst durch Einspritzen von zusätzlicher
Flüssigkeit an der Stelle r2 wieder auf das übliche Maß verkleinert worden. Die
Stelle 12 kann so nahe an dem Austritt aus dem Erzeuger angeordnet werden, daß eine
durch die Zeit für die Bewegung des Arbeitsmittels von der Stelle r2 bis an die
Stelle der Temperaturaufnahmevorrichtung 14 bedingte Temperaturschwankung im Betrieb
nicht mehr spürbar ist. Nachdem aber die Temperatur rechtzeitig durch diese Stelle
12 geregelt worden ist, wird die Regelung weiter auf die Drosselvorrichtung
15 für die Speiseflüssigkeit übertragen und allmählich die Regelverstellung
der Drosselvorrichtung 16 wieder rückgeführt, d. h. in die Ausgangsstellung zurückverstellt.
Durch Einfügen von Blenden in die Steuerleitungen und Anbringen von Bremsen an den
Steuergestängen kann die Geschwindigkeit dieser Regelvorgänge so gewählt werden,
daß während der Verschiebung der Regeleinwirkungen keine Schwankungen fühlbar werden.
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Größere Temperaturschwankungen werden natürlich auch an der Stelle
der Temperaturaufnahmevorrichtung 13 bemerkbar, so daß beispielsweise bei Temperaturerhöhungen
der Druck in der Impulsübertragungsleitung 26 ebenfalls erhöht und der Kolbenschieber
53 angehoben wird. Dadurch- wird für die durch die Leitung 3o zugeführte Arbeitsflüssigkeit
der Weg durch die Leitung 34 unter den Kolben des Servomotors 36 freigelegt und
dieser angehoben, wodurch dem Dampferzeuger mehr Speiseflüssigkeit zugeführt wind.
In entsprechender Weise wird diese Steuerbewegung durch die Hebel 54 und 5o wieder
auf die Feder 52 rückgeführt, so daß die ganze Regelvorrichtung nach Einstellen
der ursprünglich einzustellenden Temperatur nicht weiter verstellt wird.
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Einen entsprechenden Regelvorgang, jedoch mit entgegengesetztem Bewegungssinn,
führt diese Regelungsvorrichtung bei Verkleinerung der Temperaturen des erzeugten
Dampfs aus, so daß durch Zuführen von weniger zusätzlichem Arbeitsmittel und weniger-Speiseflüssigkeit
die Temperatur des erzeugten Dampfes wieder auf den ursprünglichen Betrag erhöht
wird.
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Es können natürlich anstatt nur einer Einspritzstelle in bekannter
Weise auch mehrere Einspritzstellen vorgesehen sein, deren Drosselvorrichtungen
in entsprechender Weise durch entsprechende Vorrichtungen in Abhängigkeit von der
Temperatur des .erzeugten Dampfes verstellt werden. Dabei kann die zunächst der
Austrittsstelle aus dem Dampferzeuger angeordnete Einspritzvorrichtung unmittelbar
von der Temperaturaufnahmevorrichtung beeinflußt werden und ihrerseits dann die
unmittelbar vorangehende Einspritzvorrichtung beeinflussen, welche wiederum die
vor ihr gelegene Einspritzvorrichtung verstellt usw., bis schließlich die dem Eintritt
der Speiseflüssigkeit im Dampferzeuger zunächst gelegene Einspritzvorrichtung verstellt
wird. Die Anordnung mehrerer Einspritzstellen lohnt sich besonders dann, wenn die
Länge des Rohrsystems vom Dampferzeuger sehr groß wird, z. B. bei Dampferzeugern
für hohen Druck, für hohe Überhitzungen und große Leistungen. -Auch können in üblicher
Weise die Fördermengen durch Regeln der in den Speiseleitungen und Einspritzleitungen
angeordneten Fördermaschinen in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen beeinflußt
werden, wenn beispielsweise Kolbenpumpen mit veränderlicher Geschwindigkeit oder
mit veränderlichem Hub oder Drehkolbenmaschinen mit veränderlichem Mittenabstand
oder Kreiselmaschinen mit Regelung in der Saugleitung und ähnliche Fördermaschinen
vorhanden sind. Ebenso können in den Förderleitungen Leerlaufvorrichtungen vorgesehen
sein, welche die zuviel geförderte Speiseflüssigkeit an die Anfangsstellen zurückströmen
lassen.
Anstatt nur ein einziges Rohrsystem für die Verdampfung
zu benutzen, können auch mehrere gleichlaufend geführte Rohrsysteme vorgesehen werden,
von denen der erzeugte Dampf gesammelt wird. Zur Beheizung des Kessels können außer
den erwähnten Brennern für flüssigen, gasförmigen oder staubförmigen Brennstoff
auch Rostfeuerungen, Unterschubfeuerungen, Treppenrost- oder Wanderrostfeuerungen
mit festen Brennstoffen angewendet werden.
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Natürlich kann die eine Temperaturaufnahmevorrichtung anstatt am Anfang
des Überhitzers auch im Erhitzer, d. h. in derjenigen Zone des Rohrsystems angeordnet
werden, in welcher die Flüssigkeit auf die Siedetemperatur erhitzt wird. Diese Anordnung
bietet den Vorteil, daß diese Temperaturaufnahmevorrichtung im besonderen die Temperaturänderungen
berücksichtigt, welche durch eine Veränderung der Brennstoffeigenschaften bedingt
werden. Schließlich kann auch das zusätzlich zugeführte Arbeitsmittel in bekannter
Weise in Form von Naßdampf zugeführt werden, was eine besonders feine Temperaturregelung
gewährleistet.
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Da in den Wandungen des Rohrsystems und in der Ummauerung des Dampferzeugers
eine beträchtliche Wärmemenge aufgespeichert wird, muß bei einer plötzlichen Temperaturänderung
natürlich erst die aufgespeicherte Wärme dem neuen Zustand angepaßt werden, ehe
die Temperatur des erzeugten Dampfes auf ihren üblichen Wert zurückgeführt werden
kann, was beträchtliche Verzögerungen zwischen Einleiten und Wirken der Regelung
und damit empfindliche Temperaturschwankungen verursacht. Solche Temperaturschwankungen
werden noch dadurch vergrößert, daß das Arbeitsmittel eine ganz beträchtliche Zeit
benötigt, um das Rohrsystem des Dampferzeugers vollständig zu durchqueren.
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Diese Nachteile sollen durch die Erfindung vermieden werden, indem
das Regeln der Temperatur zuerst an einer Stelle nahe dem Austritt erfolgt, so daß
nur ein Bruchteil der aufgespeicherten Wärme und ein Bruchteil der für das Durchqueren
des Rohrsystems durch das Arbeitsmittel benötigten Zeit von der ersten Temperaturregelung
ausgeglichen werden muß. Erst nachdem diese Ausgleichung bereits schon zur Wirkung
gelangt ist, wird die Regelung langsam auf die vorangehenden Regelstellen übertragen,
so daß dann allmählich das ganze Rohrsystem des Dampferzeugers auf den neuen Betriebszustand
umgestellt werden kann.