DE857965C - Device for monitoring the heat supply to a forced flow boiler - Google Patents

Description

Einrichtung zur Überwachung der Wärmezufuhr zu einem Zwancqdurchlaufkessel Ein Zwangdurchlaufkessel stellt ein doppeltes Durchftußsystem dar. Der eine Teil des Systems ist der des Arbeitsmittels (Wasser, Dampf), der andere Teil der des Brennstoffes. Beide Systeme treten in Wechselwirkung zueinander insofern, als das eine (Brennstoff) seine Wärme an das andere (Arbeitsmittel) abgibt. Beide Systeme unterscheiden sich in einem Punkt grundsätzlich voneinander, niicnlicli hinsichtlich der Durchlaufzeit, die beim Brennstoffsystem nur wenige Sekunden, beim \\'asser-1)attipf-5ysteirt aber mehrere Minuten beträgt. Änderungen oder Störungen in einem der beiden Systeme wirken sich also entsprechend ihrer Zeitkonstante verschieden aus. Hieraus ergeben sich die bekannten Regelschwierigkeiten. Die Grundaufgabe der Regelung besteht darin, Brennstoffmenge und Arbeitsmittelmenge derart ins Gleichgewicht zueinander zu bringen, daß unabhängig von der jeweiligen Kesselbelastung Dampf eines bestimmten Zustandes geliefert wird, wobei der maßgebliche Regelwert die Temperatur ist. Die Einhaltung des Druckes kann bei den folgenden Ausführungen vernachlässigt werden, da sie kein besonderes Problem bietet.Device for monitoring the heat supply to a double-flow boiler A once-through boiler represents a double flow system. One part of the system is that of the working medium (water, steam), the other part of the Fuel. Both systems interact to the extent that that one (fuel) gives off its heat to the other (working medium). Both systems fundamentally differ from one another in one point, not in terms of the throughput time, which is only a few seconds with the fuel system and attipf-5ysteirt with the \\ 'ater-1) but is several minutes. Changes or malfunctions in one of the two systems thus have different effects according to their time constant. Result from this the known control problems. The basic task of the regulation is to To bring the amount of fuel and the amount of working fluid into balance in such a way that that regardless of the respective boiler load, steam of a certain state is delivered, whereby the relevant control value is the temperature. Compliance of the pressure can be neglected in the following explanations, as they do not have a offers particular problem.

Es soll also die Dampftemperatur am Kesselaustritt als maßgebliche Zustandsgröße überwacht werden. Die Lösung erscheint einfach: Ein Temperaturnießgerät am Kesselaustritt über%vacht die Temperatur und gibt bei Abweichungen vom Sollwert Regelbefehle. Der praktischen Verwendbarkeit dieser Regelung stehen jedoch die verschiedenen Durchlaufzeiten der beiden strömenden Mittel hindernd entgegen. Die lange Durchlaufzeit des Arbeitsmittels durch sein Durchflußsystem läßt Änderungen der Beheizung so spät erkennen, daß der Regelimpuls der eingetretenen Änderung des Erwärmungszustandes stark nacheilt. Die Regelung greift also zu spät ein.So the steam temperature at the boiler outlet should be decisive State variable are monitored. The solution seems simple: a temperature enjoyment device at the boiler outlet over% increases the temperature and gives if there are deviations from the setpoint Control commands. The practicality this regulation stand however, the different throughput times of the two flowing media are a hindrance. The long lead time of the working medium through its flow system allows changes recognize the heating so late that the control pulse of the change in the Warming state lags strongly. So the regulation intervenes too late.

Aus dieser Erkenntnis heraus hat man daran gedacht, den temperaturabhängigen Regelimpuls nicht am Kesselaustritt abzunehmen, sondern ihn entgegen der Durchflußrichtung nach dem Innern des Durchflußsystems hin zu verlegen. Dann würde es zwar an sich möglich sein, auftretende Störungen des Gleichgewichts zwischen Wasser und Brennstoff früher zu erkennen. Aber es besteht dann die Schwierigkeit, daß jetzt der hinter der Impulsentnahmestelle liegende Abschnitt des Durchflußsystems nicht mehr überwacht ist. Man muß erfahrungsgemäß damit rechnen, daß auch in diesem Abschnitt noch Temperaturänderungen eintreten, die zu einer Abweichung gegenüber der Solltemperatur am Kesselaustritt führen.From this knowledge one has thought of the temperature-dependent The control pulse should not be taken at the boiler outlet, but against the direction of flow to be laid inside the flow system. Then it would be true possible disturbances of the equilibrium between water and fuel to be recognized earlier. But then there is the difficulty that now the one behind The section of the flow system lying at the pulse extraction point is no longer monitored is. Experience has shown that temperature changes will still occur in this section occur that lead to a deviation from the setpoint temperature at the boiler outlet to lead.

Wesentlich günstigere Ergebnisse hat man mit der sogenannten Nebenheizfläche erzielt. \l an bildet in einem besonderen Meßstrang die Wärmeaufnahme des gesamten Durchflußsvstems ab, sorgt jedoch dafür, daß die Durchlaufzeit dieses 1leßstranges nur ein Bruchteil der gesamten Durchlaufzeit des Arbeitsmittels durch den Kessel ist. Die Nebenheizfläche hat sich bisher als das sicherste Mittel zur Regelung eines Zwangdurchlaufkessefs erwiesen. Allerdings gibt auch sie nicht immer einwandfreie Werte, da ihre Anzeige durch Verschmutzung, Verlagerung der Flammenführung, Änderung des C02-Gehaltes usw. beeinflußt werden kann. Grundsätzlich richtig an der Nebenheizfläche ist jedoch der Gedanke, die Zeitkonstante des Regelvorganges zu verkleinern.Much more favorable results are obtained with the so-called auxiliary heating surface achieved. \ l an forms the heat absorption of the whole in a special measuring line Flow system, however, ensures that the throughput time of this 1leßstranges only a fraction of the total throughput time of the working medium through the boiler is. The auxiliary heating surface has so far proven to be the safest means of regulating a Proven through-flow kettles. However, they are not always perfect either Values as their display due to contamination, relocation of the flame guide, change the C02 content etc. can be influenced. Basically correct on the auxiliary heating surface however, the idea is to reduce the time constant of the control process.

Aus dieser Überlegung heraus wird 'gemäß der Erfindung vorgeschlagen, innerhalb einer Gesamtmeßstrecke mehrere Teilmeßstrec'ken kleinerer Zeitkonstante abzugrenzen und deren Meßwerte zu dem Meßwert der gesamten Strecke zu summieren. Die folgenden Ausführungen werden zeigen, dal3 es dabei von Vorteil ist, nicht gleiche, sondern entgegengesetzte Meßwerte zu summieren, so daß der Gesamtmeßwert die Differenz zweier oder mehrerer Meßwerte darstellt. Die Differenzbildung läßt sich sehr einfach durch Gegenschaltung von Thermoelementen erreichen.Based on this consideration, it is proposed according to the invention, within a total measuring section several partial measuring sections with smaller time constants to delimit and add their measured values to the measured value of the entire route. The following remarks will show that it is advantageous not to use the same rather, sum opposing readings so that the total reading is the difference represents two or more measured values. The formation of the difference is very easy by counter-switching thermocouples.

Die in Fig. i a dargestellte Strecke von der Länge l sei ein beheiztes Durchlaufsystem, innerhalb dessen das Arbeitsmittel Wärme aufnimmt. Es soll dabei flüssig bleiben, also nur fühlbar Wärme, nicht aber Verdampfungswärme aufnehmen. Dieser Fall wird später behandelt werden. denn während der Verdampfung tritt ja keine Temperaturänderung ein.The section of length l shown in Fig. 1a is a heated one Continuous system, within which the working medium absorbs heat. It should be there remain liquid, i.e. absorb only sensible heat, but not heat of evaporation. This case will be dealt with later. because yes occurs during evaporation no temperature change.

Das Arbeitsmittel trete mit ioo` C in das Durchflußsvstein ein und verlasse es mit 200° C. Das Durchflußsystem sei in allen Teilen gleichmäßig beheizt und nehme die Wärmemenge Otoo auf. Die Durchlaufzeit betrage ioo Sek. Am Eintritt und Austritt ist je ein Thermoelement angelegt. Die beiden Thermoelemente sind gegeneinander geschaltet, so daß ein Spannungsmesser die Differenzspannung anzeigt, z. B. 20 mV. Die Anzeige stellt also unmittelbar die Temperaturzunahme des Arbeitsmittels im Durchflußsvstem dar. Eine Änderung der Beheizung wird! sich entsprechend der Durchlaufzeit nach ioo Sek. bemerkbar machen und zu einer Änderung der Anzeige des Meßgerätes führen. Diese ioo Sek. sind für die Durchführung eines einwandfreien Kesselbetriebes zu lang.The working medium enters the flow stone at 100 ° C and leave it at 200 ° C. The flow system is evenly heated in all parts and absorb the amount of heat Otoo. The processing time is 100 seconds at the entrance and exit, a thermocouple is created. The two thermocouples are against each other switched so that a voltmeter shows the differential voltage, e.g. B. 20 mV. The display therefore immediately shows the temperature increase of the working medium in the Flow system. A change in the heating will! according to the lead time noticeable after 100 seconds and result in a change in the display of the measuring device to lead. These 100 seconds are for the proper operation of the boiler too long.

Es sei jetzt Fig. 11) betrachtet. Die Gesamtlänge sei in fünf gleiche Teile unterteilt. jeder Teil nimmt dann eine @'\'ärmemenge QZg auf. J e am Anfang und Ende einer solchen Teilstrecke liegt ein Thermoelement. Die Thermoelemente sind jeweils gegeneinandergeschaltet, -die Thermoelementpaare dagegen hintereinander. Da sich gegenüber dem in Fig. i a angenommenen Betriebszustand nichts geändert haben soll, wird der Spannungsmesser auch jetzt wieder 20 niV anzeigen. Aber jetzt ist gegenüber der Anordnung nach Fig. i a eine wesentliche Änderung eingetreten. Denn innerhalb jedes Teilabschnittes beträgt die Durchlaufzeit nur noch `/5 von ioo Sek., also 20 Sek. Das bedeutet aber, daß sich auch die Anzeige am Spannungsmesser bei einer etwaigen Änderung der Beheizung bereits nach 20 Sek. einstellt und nicht erst nach ioo Sek. Die Abgrenzung einzelner Teilabschnitte innerhalb der gesamten Meßstrecke und die Summierung ihrer Meßwerte zu dem Gesamtmeßwert hat also tatsächlich die Möglichkeit geschaffen, die gesamte Regelzeit auf einen Bruchteil Herabzudrücken. An Hand der Fig. i c sei der Fall betrachtet, claß eine Änderung der Wärmezufuhr eingetreten sei. Es soll je Teilabschnitt nicht mehr die Wärme O"" sondern Q2,1 zugeführt «erden. Die Durchlaufzeit des Wärmeträgers sei, wie schon eingangs gesagt, wegen ihrer Kleinheit vernachlässigt. Die Austrittstemperatur des Arbeitsmittels aus dem Meßstrang ist jetzt nicht mehr 200° C, sondern 225° C, die Anzeige am Meßgerät dementsprechend jetzt 25 mV. Aber an der Meßzeit von 2o Sek. hat sich nichts geändert, denn die Durchlaufgeschwindigkeit innerhalb der einzelnen Teilabschnitte ist gleichgeblieben.It is now Fig. 1 1) considered. The total length is divided into five equal parts. each part then absorbs a @ '\' amount of heat QZg. A thermocouple is located at the beginning and end of such a section. The thermocouples are connected to one another, while the thermocouple pairs are connected one behind the other. Since nothing should have changed compared to the operating state assumed in FIG. 1 a, the voltmeter will now display 20 niV again. But now, compared to the arrangement according to FIG. 1, a substantial change has occurred. Because within each section the processing time is only 1/5 of 100 seconds, i.e. 20 seconds. However, this means that the display on the voltmeter is also set after 20 seconds if the heating changes, and not after 100 seconds The delimitation of individual sections within the entire measuring section and the summation of their measured values to form the total measured value has actually created the possibility of reducing the total control time to a fraction. The case is considered with reference to FIG. 1C where a change in the supply of heat has occurred. For each section, the heat O "" should no longer be fed in, but rather Q2,1. As mentioned at the beginning, the passage time of the heat transfer medium is neglected because of its small size. The outlet temperature of the working medium from the measuring line is now no longer 200 ° C, but 225 ° C, and the display on the measuring device is accordingly now 25 mV. But nothing has changed in the measuring time of 20 seconds, because the throughput speed within the individual sections has remained the same.

Bei den Fällen i a, 1 1i 1 c war vorausgesetzt, daß die Gesamtlänge I des Durchflußsvstems in einzelne, aneinanderstoßende Teilmeßstrecken unterteilt sei, in denen jeweils eine Temperatursteigerung des Arbeitsmittels eintritt. Diese Voraussetzung liegt beim ZNvangdurchlaufkessel nicht vor. Auf den Vorwärmer, in dem die Temperatur des Arbeitsmittels mit fortschreitender Strömung ansteigt, folgt der Teil des Rohrsystems, in dein das :\rheitsmittel verdampft. Seine Temperatur bleibt hierbei gleich, und eine Cherwachung von Temperaturänderungen infolge :ich ändernder Beheizun wäre nichtmöglich, Temperaturänderungen können erst wieder hinter dem \'erdampfungsteil im Cberhitzer eintreten. Dieses verschiedenartige Verhalten der Ileizflächenteile schließt jedoch die Anwendung der I?rfindung nicht aus, wie Fig. i d zeigt. Es ist dabei angenommen, daß der erste Teil des Vorwärmers für die Messung nicht interessiert, so daß die gesamte Meßlänge auf den Wert i' verkürzt werden konnte. Die Zahl der Teilstrecken ist auf zwei beschränkt, eine am Anfang, die andere am Ende der Meßlänge. Die zwischen den Teilmeßstrecken liegende Rohrstrecke ist gewissermaßen überbrückt. Im übrigen sind die Voraussetzungen die gleichen wie im Falle i a. Zwar ist der Gesamtmeßwert jetzt nicht mehr 20 mV, sondern nur noch 8 mV, aber die Regelzeit beträgt wie bisher nur 20 Sek. Die absolute Höhe des '_1leßw-ertes, oh 20 mV oder 8 mA', ist unerheblich.In cases i a, 1 1i 1 c it was assumed that the total length I of the flow system is divided into individual, contiguous partial measuring sections in each of which there is an increase in the temperature of the working medium. These There is no prerequisite for the ZNvang once-through boiler. On the preheater, in which the temperature of the working fluid rises as the flow progresses, follows the part of the pipe system in which the: \ urinary fluid evaporates. Its temperature remains the same, and a monitoring of temperature changes as a result: i changing heating would not be possible, temperature changes can only be made behind enter the evaporation part in the superheater. This diverse behavior the However, parts of the iliac surface do not exclude the application of the invention, as is shown in FIG. i d shows. It is assumed that the first part of the preheater for the measurement not interested, so that the entire measuring length can be shortened to the value i ' could. The number of sections is limited to two, one at the beginning and the other at the end of the measuring length. The pipe section lying between the partial measuring sections is bridged so to speak. Otherwise the requirements are the same as in Case i a. The total measured value is no longer 20 mV, but only 8 mV, but the control time is only 20 seconds as before. The absolute level of the '_1 reading, oh 20 mV or 8 mA 'is irrelevant.

In Fig. i e ist schließlich noch ein besonders interessierender Fall dargestellt, nämlich daß sich die zugeführte Wärmemenge Qloo ungleichmäßig auf die einzelnen Abschnitte des Durchflußsy-stems verteilt. Die angenommenen Verteilungswerte sind eingezeichnet. Jetzt ist zwar der Meßwert nicht mehr genau 8 mV, sondern 8,2 mV, aber die Abweichung ist so gering, daß sie praktisch keine Rolle spielt.Finally, there is still a particularly interesting case in FIG shown, namely that the amount of heat supplied Qloo unevenly on the individual sections of the flow system distributed. The assumed distribution values are shown. Now the measured value is no longer exactly 8 mV, but 8.2 mV, but the deviation is so small that it is practically irrelevant.

Wie groß man die Zahl der Teilmeßstrecken wählt und wo man -sie anbringt, ist im übrigen eine Frage der Zweckmäßigkeit, die nach den Betriebsbedingungen des Kessels zu beurteilen ist. Ausschlaggebend ist hierbei der Wunsch, die Zeitkonstante des Regelverfahrens möglichst zu verkleinern durch eine entsprechende Vergrößerung der Teilmeßstrecken.How large you choose the number of measuring sections and where you attach them, is also a question of expediency, which depends on the operating conditions of the Boiler is to be assessed. The decisive factor here is the desire, the time constant of the control process to be reduced as much as possible by increasing the size accordingly the partial measuring sections.

Eine Möglichkeit ist in der Fig.2 an Hand eines Zw angdurchlaufkessels schematisch dargestellt. Das Wasser tritt in den im Berührungsteil liegenden Vorwärmerteil i ein, wird dann in den Strahlungsteil 2 geführt, in dem der erste Teil des Verdampfungsvorganges vor sich geht, strömt dann zurück in den Restverdampfer 3 im Berührungsteil und gelangt schließlich über den Vorüberhitzer 4 und den Endüberhitzer 5 zum Verbraucher. Der Vollständigkeit halber ist auch noch die Nebenheizfläche io eingezeidhnet. Meßwerte im Sinne der Erfindung kann man, wie bereits ausgeführt wurde, dort abnehmen, wo mit einer Wärmezufuhr auch eine Temperaturänderung und nicht nur eine Änderung des Aggregatzustandes verbunden ist. Die möglichen Strecken sind durch dickere Striche hervorgehoben. Es sind dies die Strecke 6 im Vorwärmer, die Strecke 7 am Anfang des Strahlungsteiles. wo noch keine Verdampfung erfolgt, die Strecke 8 im Vorüberhitzer und die Strecke 9 im Endüberhitzer. Man kann nun alle diese Strecken zur Summenbildung hintereinanderschalten, kann sich aber, wie bereits im Zusammenhang mit den Fig. i d und i e erläutert wurde, auch mit einigen davon begnügen. Es kann z. B. ausreichend sein, die Meßwerte nur an der Strecke 6 und an der Strecke 9 abzunehmen. Die Wahl der Strecken und ihre .Anzahl hängt, wie gesagt, von den Betriebsbedingungen und den Anforderungen an die Regelung ab. Diese Anzahl kann durch weitere Unterteilung dieser Strecken beliebig erhöht und damit die ll-Ießzeit beliebig verkürzt werden.One possibility is shown in FIG. 2 using a flow-through boiler shown schematically. The water enters the preheater part located in the contact part i a, is then passed into the radiation part 2, in which the first part of the evaporation process goes on, then flows back into the residual evaporator 3 in the contact part and finally reaches the consumer via the pre-superheater 4 and the final superheater 5. For the sake of completeness, the auxiliary heating surface is also indicated. Readings Within the meaning of the invention, as has already been stated, you can pick up where with the addition of heat there is also a change in temperature and not just a change in the State of aggregation is connected. The possible routes are indicated by thick lines highlighted. These are section 6 in the preheater, section 7 at the beginning of the radiation part. where no evaporation has yet taken place, line 8 in the preheater and line 9 in the final superheater. You can now use all of these routes for summation one after the other, but can, as already in connection with Figs. i d and i e have to be satisfied with some of them. It can e.g. B. sufficient be to take the measured values only on line 6 and line 9. The vote of the routes and their number depends, as I said, on the operating conditions and the requirements for the regulation. This number can be further subdivided these distances can be increased as desired and thus the measurement time can be shortened as desired.

Man kann aber die neue Anordnung auch an der Nebenheizfläche selbst treffen, d. h. ihre Regelwerte nicht nur am Anfang und Ende dieser Meßstrecke abnehmen, sondern auch sie wieder in einzelne Meßstrecken unterteilen, deren ließwerte zusammengeschaltet werden.But you can also use the new arrangement on the auxiliary heating surface itself meet, d. H. their control values not only decrease at the beginning and end of this measuring section, but also subdivide them again into individual measuring sections, the readings of which are interconnected will.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Überwachung der Wärmezufuhr in einem Zwangdurchlauf'kessel, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Durchflußsystems eine Überwachungsstrecke abgegrenzt ist, in der mindestens am Anfang und am Ende zwei Teilmeßstrecken von gegenüber der Gesamtmeßlänge wesentlich kleinerer Erstreckung abgeteilt sind, deren Temperaturmeßwerte zu einem Gesamttemperaturmeßwert zusammengesetzt werden. PATENT CLAIMS: i. Device for monitoring the heat supply in a forced flow boiler, characterized in that within the flow system a monitoring path is delimited, in which at least the beginning and the end two partial measuring sections of a considerably smaller extent compared to the total measuring length are divided, the temperature values of which are combined to form a total temperature value will. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtmeßwert durch die -Meßwertsummen einer Anzahl von Thermoelementpaaren gebildet wird, wobei innerhalb der Paare die Thermoelemente jeweils gegeneinandergeschaltet sind. 2. Device according to claim i, characterized in that the total measured value is formed by the measurement sums of a number of thermocouple pairs, where within the pairs the thermocouples are connected to one another. 3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelkennwerte der einzelnen Teilstrecken auf die Mengen- oder Gewichtseinheit des Arbeitsmittels bezogen sind. 3. Arrangement according to claim i or 2, characterized in that the control parameters of the individual sections to the unit of quantity or weight of the work equipment are related. 4. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Kesselfluß selbst wie auch in einem besonderen Meßstrang (Nebenheizfläche) mindestens je eine 1leßstrecke angeordnet ist. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 1 975 o95.4. Arrangement according to claim i and 2, characterized in that both in the boiler flow itself as well as in a special measuring line (auxiliary heating surface) at least each one 1leßabschnitt is arranged. References Cited: United States Patent Specification No. 1 975 o95.