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Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer aus parallel geschalteten
Einheiten bestehenden Kesselanlage für den Betrieb einer Heißwasserheizung Die Erfindung
bezieht sich auf die Regelung einer aus parallel geschalteten Einheiten bestehenden
Kesselanlage zum Betrieb einer Heißwasserheizung. Bei solchen Anlagen sind die einzelnen
Kessel, die dampfseitig durch eine Dampfsammelleitung (Druckausgleichleitung) und
wasserseitig durch eine Vorlaufverteilleitung und eine Rücklaufsammelleitung verbunden
sind, bekanntlich schwer aufeinander abzustimmen, weil sie entsprechend der Eigenart
der Heißwasserheizung gegenüber Dampfbetrieb einen sehr starken Wasserdurchlauf
haben, letzterer aber starken Schwankungen unterworfen ist. Die gesamte umlaufende
Wassermenge ändert sich dauernd je nach der Anzahl und Größe der jeweils angeschlossenen
Verbraucher. Es sind aber auch im Verhältnis zwischen den einzelnen Kesseln Schwankungen
des Wasserumlaufes unvermeidlich, die durch verschiedene Ursachen bedingt sind.
Schon durch die Bauart und spätere Einwirkungen ergeben -sich Zustandsänderungen
der einzelnen Kessel sowie ihrer Anschlußleitungen und Ventile, die eine Verschiedenheit
der dem Wasserdurchlauf gebotenen Widerstände hervorrufen. Von besonderem Einfluß
auf die Änderungen ist auch, ob die Kessel jeweils sämtlich oder nur teilweise (und
in letzterem Fall, ob diese oder jene Kessel) gekuppelt sind und ob jeweils der
eine oder andere Kessel während des Betriebes zu- oder abgeschaltet wird. Hierbei
ist zu beachten, daß, wenn auch der gesamte Widerstand; den das Heißwasser
beirn
Durchlaufen durch die- Kessel und,die Anschlußleitungen zu überwinden hat, gegenüber
:den für die .ganze Anlage zu beachtenden Widerstandsdrücken verhältnismäßig gering
ist, doch bereits kleine Abweichungen des Widerstandes zwischen einzelnen Kesseln
beträchtliche Verschiebungen des Wasserdurchlaufes, ,zwar nicht durch die gesamte
Anlage, aber, im Verhältnis zwischen den einzelnen Kesseln herbeiführen. Je stärker
nun der Wasserdurchlauf durch einen Kessel .ist, um so geringer wird unter sonst
gleichen Verhältnissen der in diesem Kessel erzeugte Druck, -d. h. der Gegendruck,
gegen den das Wasser aus der Rückläufleitung in diesen Kessel !hineinzudrücken ist:
Durch Verkleinerung dieses Gegendruckes ' in` .dein be= treffenden Kessel gegenüber
den anderen Einheiten wird die ihm zulaufende Wassermenge noch weitervergrößert,
wodurch der im Kessel erzeugte Druck ebenso wie @die Vorlauftemperatur noch mehr
sinkt. Diese Übelstände treten verschärft auf, wenn aus irgendeinem Grund die Feuerung
eines solchen Kessels gegenüber den anderen zurückbleibt. Die übliche Dampfausgleichleitung
genügt i#$bst bei reichlicher Bemessung nicht zur Behebung dieser Störungen. Durch
.den gesteigerten Wässerdurchlauf-bei gleichzeitig verringerterVorlauftemperatur
wird nämlich, wie auf Grund eingehender Versuche erkannt wurde, in dem betreffenden
Kessel eine verschärfte Kondensation herbeigeführt, und zwar nicht nur des bereits
in ihm vorhandenen Dampfes, sondern auch des aus der Aüsgleichleitung zur Auffüllung
des Druckes zuströmenden Dampfes. Diese Kondensation verhindert also den Druckausgleich.
Die Folge ist, daß Dampf aus der-Ausgleichleitun.g 'und aus dem oder den Kesseln
höheren Druckes plötzlich in den Kessel niederen Druckes abgesaugt wird, wodurch
scharfe, bedrohliche Schwankungen der Wasserstände entstehen; deren Beseitigung
auch ein -geschulter Kesselwärterim Augenblick nicht gewachsen ist.
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Zur Vermeidung der genannten Störungen ist eine Abstimmung zwischen
den Einheiten der Kesselanlage durch eine die Vorlauftemperatur aller Kessel gleichhaltende
selbsttätige Regelung anzustreben. Bei einer derartigen Regelung wird die gesamte
Anlage betriebssicher; und die Ansprüche an die Dampfaüsgleichleitung werden verringert,
so daß diese Leitung verhältnismäßig klein bemessen werden kann.
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Einer solchen Regelung treten aber eine Reihe von Schwierigkeiten
entgegen, die unter anderem folgende sind: Die für den Beharrungszustand erwünschte
Vor' lauftemperatur beträgt beispielsweise i5o° C,@wäh= rend beim Anheizen die Vorlauftemperaturen
aller Kessel etwa iao° C betragen. Die auf i 5o° C eingestellten Temperaturregler
werden dann; einerlei mit welchen Mitteln die Regelung im einzelnen durchgeführt
wird, dahin arbeiten, daß jeder,Regler den zu ihm-gehörigen Kessel möglichst schnell'auf
die verlangte Vorlauftemperatur von i5o° C bringt. In diesem Bereich zwischen izo
und i 5o° C ist aber dann wieder Raum für alle die obengenannten S't'örungen. 'Das-
Gleiche tritt ein, wenn der Beharrungszustand bei allen Kesseln erreicht ist, die
Anlage aber plötzlich zusätzlich stärk belastet wird, sei.es durch Zuschaltung eines
großen Verbrauchers der Heißwasserheizung oder durch Dampfentnahme für irgendwelche
Zwecke aus der .Anlage. In diesen Fällen ist auch nach Erreichen des Beharrungszustandes
eine Minderung des Druckes und der Vorlauftemperatur in der Kesselanlage unvermeidlich,
so daß der Beharrungszustand unterbrochen und bis zu seiner Wiedererreichung erneuter
Anlaß zu Störungen zwischen den einzelnen Kesseln gegeben ist.
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Erfindungsgemäß wird daher die Regelung derart dürchgiführt, däß entsprechend
der jeweiligen Vorlauftemperatur eines der Kessel die Vorlauftemperatur aller anderen
Kessel selbsttätig geregelt wird.
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Bei diesem Verfahren ist es einerlei, ob in dem angezogenen Beispiel
die Vorlauftemperatur des maßgebenden, gewissermaßen führenden Kessels 120,
130, 140 oder i5ö° C beträgt, denn in jedem Fall stellen sich selbsttätig
,die Regler aller anderen Kessel auf- dick-Vorlauftemperatur ein, so daß mit Hilfe
bekannter Regeleinrichtungen, die beispielsweise auf die Feuerung oderlund auf die
umlaufende Wassermenge wirken, das selbsttätige Einhalten einer gleichbleibenden
Vorlauftemperatur bei allen Einheiten der Anlage gesichert ist, Der Kessel-Wärter
braucht also nur einen einzigen Kessel auf seine Vorlauftemperatur zu warten, während
die Regelung aller anderen Kessel ohne weiteres selbsttätig erfolgt.
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Die Vorlauftemperatur der einzelnen Kessel wird erfindungsgemäß in
auch an sich neuer Weise derart geregelt, daß der Heißwasserrücklauf in die .einzelnen
Kessel selbsttätig gedrosselt bzw. verstärkt wird, wenn die jeweils zu erreichende
VorlaufteMperatur unter- bzw: überschritten wird, und daß die Feuerung selbsttätig
verstärkt bzw. geschwächt wird, wenn der Rücklauf des betreffenden Kessels im Bereich
zwischen der engsten uni der Normalstellung gedrosselt bzw. im Bereich zwischen
der normalen und der weitesten Stellung geöffnet ist. Durch diese Art der Regelung
wird jeder Kessel bei Abweichung von der ihm jeweils vorgeschriebenen Temperatur
zunächst auf schnellstem Wege, nämlich durch :sofortige Änderung der durchlaufenden
Wassermenge, ent-bzw: belastet; des weiteren zielt die Beeinflussung der Feuerung
darauf ab, die Innehaltung der jeweils vorgeschriebenen Vorlauftemperatur durchweg
bei ungefährer Normalstellung der Rücklaufventile zu erreichen.
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Diese Regelung wirkt sich wie folgt aus. Bleibt die Vorlauftemperatur
eines Kessels zurück, so ist dies-ein Zeichen dafür, daß die Belastung des Kessels
größer als seine Wärmeleistung ist. Solange nun der Rückläufquerschnitt größer als
normal ist, ist die Belastung des Kessels als übernormal anzusehen; daher wird in
diesem Bereich nur die Belastung geändert, :d. h, .durch Drosselung des Rücklaufes
vermindert. Ist der Rücklaufquerschnitt dagegen kleiner als normal, so ist die Belastung
als
zu gering anzusehen; daher wird in diesem Bereich die Wärmeleistung
des Kessels durch Beeinflussung der Feuerung erhöht, damit auch bei normaler Belastung
des Kessels die verlangte Vorlauftemperatur erzielt werden kann. Die gleichzeitig
erfolgende Entlastung des Kessels durch Drosselung des Rücklaufes ist also in diesem
Fall nur vorübergehend.
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Auf diese `'eise wird erreicht, daß die Regler durchweg nahe der Normalstellung
der Rücklaufventile arbeiten, so daß für plötzliche Notfälle der maximale Regelbereich
nach oben und nach unten verfügbar ist, außerdem aber unnützes Hinundherpen:deln
.der Regler vermieden und somit ein ruhiges Arbeiten gewährleistet ist.
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Die gleichen Erwägungen gelten für den Fall, daß die Vorlauftemperatur
eines Kessels voreilt, daß also die Belastung des Kessels geringer als seine Wärmeleistung
ist. Ist dabei der Rücklaufquerschnitt unternormal, so wird nur die Belastung erhöht,
d. h. nur der Rücklauf .geöffnet; ist dagegen der Rücklaufquerschnitt übernormal,
so wird außerdem die Feuerung geschwächt, damit die Normalstellung es Rückkaufes
möglichst bald erreicht wird.
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Selbstverständlich gestattet die Erfindung auch eine selbsttätige
Regelung .der Vorlauftemperatur des führenden Kessels; sie kann in gleicher Weise
wie z. B. die vorstehend beschriebene Regelung der anderen Kessel erfolgen, aber
auch hei unveränderlichem Rücklaufquerschnitt des führenden Kessels nur durch Beeinflussung
seiner Feuerung. Zwar wird dadurch entsprechend der Trägheit, mit der die Feuerregelung
sich auswirkt, die Erreichung der Vorlauftemperatur, auf die der führende Kessel
jeweils eingestellt ist, etwas verzögert; gleichwohl sind aber Störungen zwischen
den einzelnen Kesseln ausgeschlossen, weil die anderen Kessel dem führenden stets
unverzüglich folgen.
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Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Regehtng werden die einzelnen
Kessel zweckmäßig mit Vorlauftemperaturreglern ausgerüstet, deren Temperaturfühler
durch eine mechanische, hydraulische oder elektrische Kupplung in Abhängigkeit von
der jeweiligen Vorlauftemperatur eines Kessels gemeinsam verstellt werden.
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Welcher Kessel die Führung übernimmt, kann von Fall zu Fall bestimmt
werden, aber auch im Sinne der Erfindung dem Betrieb selber in der Art überlassen
bleiben, daß derjenige Kessel, der jeweils die höchste Vorlauftemperatur hat, selbsttätig
die Führung übernimmt. Wenn also beispielsweise die Vorlauftemperatur aller Kessel
beim Anheizen etwa 12o° C beträgt und die Vorlauftemperatur im Beharrungszustand
i5o° C betragen soll, dann wird beim Anheizen bald die Vorlauftemperatur des einen
bald die des anderen voreilen. Die jeweils höchste Vorlauftemperatur ist alsdann
maßgebend für die selbsttätige Einstellung der Regler der jeweils anderen Kessel.
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Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die Verwendung bestimmter
Regler beschränkt; unter Abschwächung der erfindungsgemäß gesicherten Vorteile kann
auch die Verwendung selbsttätiger Anzeige- und Regelvorrichtungen eingeschränkt
werden. Grundlegend ist die Lehre, die Vorlauftemperatur aller .anderen Kessel entsprechend
der Vorlauftemperatur eines führenden Kessels zu regeln. Als Maßstab für die Vorlauftemperatur
des führenden Kessels kann auch der von ihm erzeugte Dampfdruck gewählt werden.
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In der Zeichnung ist eine Ausführung einer erfindungsgemäß geregelten
Kesselanlage einer Heißwasserheizung mit drei von beispielsweise zehn Kesseln dargestellt.
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Jeder der Kessel I II, III ... ist an eine gemeinsame Dampfausgleichleitung
i angeschlossen. Jeder Kessel hat ein Ist Anzeigethermometer 2 in seinem Vorlaufstutzen
3, eine selbsttätig verstellbare Drosselvorrichtung d. (im folgenden Rücklaufklappe
genannt) in seinem Rücklaufstutzen 5, einen Wanderrost 6 mit selbsttätig einstellbarer
Geschwindigkeit und ein Soll-.@lnzeigethermometer 7, das sich selbsttätig auf die
Temperatur einstellt, die das Ist-Anzeigethermometer des führenden Kessels anzeigt.
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Bei allen Kesseln, mit Ausniahme des führenden erfolgt die Regelung
der Rostgeschwindigkeit und der Rücklaufklappenstellung selbsttätig in Albhängigkeit
von den Soll-Temperaturanzeigern, die sich entsprechend .der Temperaturdes Ist Anzeigers
des führenden Kessels einstellen.
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In dem zu erläuternden Beispiel soll der Kessel I die Führung haben.
Bei ihm sind die selbsttätigen Verstellmittel für die Rostgeschwindigkeit und die
Rücklaufklappe ausgeschaltet, er wird also von Hand geregelt. Dagegen sind bei den
Kesseln II bis N die von den Ist-Tempenaturanzeigern 2 ausgehenden Impulsgeber abgestellt.
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Die Soll-Temperaturanzeiger 7 der Kessel 1I bis K stellen sich auf
die Temperatur des Ist-Anzeigers 2 .des Kessels I ein. Liegt bei einem oder mehreren
der Kessel II bis X die Ist-Temperatur unter der Soll-Temperatur, so wird bei ihm
oder ihnen durch .den Schalter a1 :der Stromkreis, durch .den der Rost beschleunigt
wird, geschlossen und gleichzeitig über die zwischen 7 und q. vorgesehene Geberleitung
die Rücklaufklappe .4 auf Drosselung gesteuert. Der Stromkreis für die Beschleunigung
des Rostes hat noch einen zweiten Unterbrecher b1, -der erst dann geschlossen wird,
wenn die Rückliauf'klappe weniger als normal offen ist. Befindet sich die Ist-Temperatur
bei einem oder mehreren der Kessel II bis K über der Soll-Temperatur, so wird durch
Schalter a. der Stromkreis, durch den der Rost verlangsamt wird, geschlossen und
gleichzeitig über die genannte Geberleitung die Rücklaufklappe .l auf Öffnung gesteuert.
Der Stromkreis für die Verlangsamung des Rostes hat noch einen zweiten Unterbrecher
b." der dann geschlossen wird, wenn die Rücklaufklappe mehr als normal offen ist.
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Sind die Ist-Temperatur und die Soll-Temperatur ungefähr gleich, so
"werden beide Roststrornkreise .durch Schalterar und a2 geschlossen, während der
Impulsgeber für die Rücklaufklappe außer
Tätigkeit bleibt. Ist dabei
die Rücklaufklappe .4 in Normalstellung, so unterbrechen :die Schalter bl und b2
beide Roststromkreise. Ist die Klappe weniger als normal offen, so wind der Beschleunigungsstromkreis
für den Rost durch Schalter bi geschlossen; ist,die Klappe mehr als normaloffen,
so wird der Verlangsamungsstromkreis für den Rost .durch Schalter b2 geschlossen.