Verfahren zur selbsttätigen Regelung des Betriebes von Dampferzeugungsanlagen. Im nachfolgenden soll ein neues Verfah ren zur Regelung des Betriebes von Dampf erzeugungsanlagen, insbesondere von Hoch druckdampfanlagen beschrieben werden, bei denen die Beheizung in Abhängigkeit von Dampfdruck und Dampfverbrauch geregelt wird.
Es sind Verfahren bekannt geworden, die den Dampfdruck zur Regelung benutzen, wo bei einige den Druck nicht im Kessel selbst, sondern hinter dem Überhitzer messen. Da-. durch wird der Dampfdruck etwas vom Dampfverbrauch beeinflusst. Dieser Einfluss des Dampfverbrauches auf den Druck ist nur sehr gering, quadratisch abhängig vom Dampfverbrauch, und bei jeder Anlage an ders, welche Umstände für eine einfache und sichere Regelung besonders bei Hochdruck dampfanlagen sehr ungünstig sind. Die qua dratische Abhängigkeit bewirkt, dass der Ein fluss des Dampfverbrauches bei geringem Ver brauch überhaupt nicht und bei grossem Ver brauch viel zu stark zum Ausdruck kommt.
Ferner sind Verfahren bekannt geworden, bei denen der Druckabfall der Verbrennungs- luft in den Heizkanälen zur Regelung heran gezogen wird. Dies erfordert wegen der Ge- ringfiigigkeit dieser Druckunterschiede aller feinste Messinstrumente, die sehr teuer und wenig widerstandsfähig sind.
Nach dem Erfindungsgedanken soll nun zur selbsttätigen Regelung. des Betriebes von Dampferzeugungsanlagen, bei denen die Be- heizung in Abhängigkeit von Dampfdruck und Dampfverbrauch geregelt wird, wenig stens eine der die Intensität der Beheizung und den. Gang der Verbrennung bestimmen den Grössen ausser in Abhängigkeit vom Dampfdruck und Dampfverbrauch noch von mindestens einer weiteren Betriebsgrösse der Dampferzeugungsanlage, die von der Feuer wirkung bestimmt wird, zusätzlich und unab hängig von andern Grössen geregelt werden.
Um eine zuverlässige Regelung zu ermög lichen, ist der Dampfverbrauch zum Beispiel durch den Druckabfall in der Dampfleitung, oder besser noch an einer besonderen Messstelle der Dampfleitung zum Beispiel mittelst einer Venturidüse, einer Stauscheibe oder derglei- chen zu messen. Man gelangt dadurch zu Regelapparaten, die in gleicher Ausführung für Dampferzeuger verschiedenster Art und Grösse verwendet werden können.
Ein Ausführungsbeispiel einer nach dem vorliegenden Verfahren arbeitenden Vorrich tung, bei der die einzelnen Regulierwirkun gen auf mechanischem Wege übertragen und gekuppelt werden, ist im nachfolgenden an hand von Abb. 1 beschrieben.
Die Veränderung des Dampfverbrauches und des Druckes wird innerhalb eines be stimmten Bereiches zur Regelung herangezo- ,.en, und zwar die Dampfverbrauchsänderung zwischen dem Mindest- und dem Höchstver brauch, der ein bestimmter Anzeigeweg t' entspricht, die Druckänderung zwischen dem niedrigsten für den Betrieb zulässigen Druck und dem höchsten Druck, bei dem die Anlage noch haltbar ist, welchem Druckunterschied ein Anzeigeweg D entspricht.
In Abb. 1 der Zeichnung sind die Regel wege D und I' der Druck- und der Dampf- verbrauchsmesseinrichtung dargestellt.
In einem bestimmten Betriebszustande sei der Dampfdruck cr, der Dampfverbrauch<I>b.</I> Diese beiden Stellungen verbindet ein Hebel 1 und von einem Punkte c dieses Hebels kann die sich aus Druck und Dampfverbrauch er gebende Regelwirkung weitergeleitet werden.
Steigt beispielsweise der Dampfverbrauch bei ##leichbleibendem Druck entsprechend dem Pfeilstrich bei b, dann geht der Hebel 1 nach oben und unter Vermittlung der Hebel und Stangen 2, 8, 4, 5, 6 wird dadurch die Brenn stoffzufuhr entsprechend der Pfeilrichtung bei B verstärkt. Ähnlich ist die Wirkung, wenn bei gleichbleibendem Dampfverbrauch der Druck sinkt. Gleichzeitig mit der Brennstoffänderung wird durch den Hebel 7 und die Stange 8 bei L die Luftmenge im Sinne des Pfeils vergrössert.
Werden Abgase mit zur Regelung der Feuerwirkung herange zogen, indem zum Beispiel aus dem Rauch kanal Abgase entnommen und der Verbren- nungsluft beigemengt werden, so kann gleich zeitig mit der Veränderung der Luftmenge auch diese Abgasmenge verändert werden. Der Grad der Luftverstellung wird gemäss Abb. 1 ausserdem durch die gebildete Kohlen säure- und Iiohlenolydmenge beeinflusst.
Zu diesem Zwecke greift an dem einen Ende iii eines Hebels 9 ein Iiohlensäuremesser und an dem andern Ende ri dieses Hebels ein Iiohlenozydmesser an; die resultierende Wir kung dieser beiden Apparate gelangt von der Zwischenstelle n des Hebels 9 unter Vermitt lung der Stange 11) an den Endpunkt l des Hebels 7, so dass die Luftmenge bei steigen dem Iiohlenoz\-dgehalt im Sinne des Pfeils bei ri, und ebenso bei steigendem Kohlen säuregelialt im Sinne des Pfeils bei in erhöht wird.
Hierbei überwiegt die -\Virkung des auftretenden Ilohlenoxydgehaltes derartig, dass der damit zusammenhängende Rückgang des Kohlensäuregehaltes mehr als ausgegli chen und nennenswerte hohlenoxydbildung verhindert wird.
Von Dampfverbrauch und Druck können gleichzeiti- auch andere Betriebsgrössen des Dampferzeugers selbsttätig beeinflusst wer den, wie die Speisewassermenge S oder bei Da mpferzeugungsverfahren, wo Dampf zwangsläufig umgepumpt und überhitzt wird, die umgepumpte Dampfmenge P. Dies ist in Abb. 1 dadurch zum Ausdruck gebracht, dass die Stange 6, die die Brennstoffmenge ver ändert, den einarmigen Hebel 11 betätigt, von dessen Zwischenpunkt p aus die Speise wassermenge im Sinne des Pfeils vergrössert wird.
Diese Regelung der Speisetvassermenge kann auch von andern Stellen des durehlau- fenden Feuergestänges zur Veränderung der Bren.nstoffmenue ss abgeleitet werden. Die Beeinflussung der umzupumpenden Dampf menge P wird beispielsweise von der Stelle d bezw. von der Zwisehenstelle r des Hebels l? aus abgeleitet. Diese Verstellung der Menge P wird zusätzlich beeinflusst von der Höhe der Überhitzungstemperatur' des Dampfes.
Zu diesem Zwecke wird der Endpunkt q des Hebels <B>12</B> von der Anzeigevorrichtung für die Überhitzun-stemperatur innerhalb der Regelgrenzen dieser Temperatur verstellt, so dass beim Steigen der Vberhitzungstempera- tur im Sinne des Pfeils bei q die umgepumpte Menge P im Sinne des Pfeils vergrössert und damit die Überhitzung wieder auf das ge wünschte Mass zurückgebracht wird.
Anstatt der beschriebenen mechanischen Kupplung der Regelwirkungen von Druck und Dampf verbrauch, von Kohlensäure- und Kohlen- oxy dgehalt der Feuergase usw. können auch elektrische, hydraulische. oder dergleichen Einrichtungen verwendet werden.
Die Veränderung der Brennstoffmenge B erfolgt im allgemeinen durch Veränderung eines Durchgangsquerschnittes für den Brenn stoff, mänchmal auch durch Zumessung des Brennstoffvolumens, zum Beispiel mittelst Förderschnecke oder dergleichen.
In beiden Fällen kann die Korngrösse des Brennstoffes, der bei Verwendung verschie dener Brennstoffsorten veränderliche Heiz wert oder der verschiedene Wassergehalt des Brennstoffes usw. die Regelwirkung stören, indem bei gleichem Weg der Regelstange 6 bei B verschiedene Heizwirkungen entstehen. Ohne zusätzliche Regelung würde hierdurch der gewünschte Normaldruck der Anlage er heblich geändert werden. Es würde dann der Angriffspunkt a des Hebels 1 solange stei gen oder fallen, bis die erwähnte Verände rung der Heizwirkung durch zusätzliches Verstellen bei B wieder ausgeglichen ist. Dies ist aber nur bei vorübergehender der artiger Veränderung der Heizwirkung er wünscht.
Treten solche Betriebsveränderun gen für voraussichtlich längere Dauer ein, dann kann die unerwünschte Veränderung des Druckes der Anlage dadurch nach Mög lichkeit verhütet werden, dass die Verstellung der Brennstoffmenge B von verschiedenen Angriffspunkten f des einarmigen Hebels 3 abgeleitet wird.
Es ist unvorteilhaft, die Feuerung wäh rend des Anheizens in Abhängigkeit von Druck und Dampfverbrauch zu regeln. Es ist im Gegenteil wegen der Einfachheit und Genauigkeit der Apparate, insbesondere des Druckmessers, zweckmässig, den Wirkungs bereich dieser Apparate auf zulässige Be triebsdrücke zu beschränken. Zu diesem Zwecke lässt sich die Regelvorrichtung so ausbilden, dass es möglich ist, die Regelung durch Druck und Dampfverbrauch während des Anheizens auszuschalten und erst bei Erreichung eines gewünschten Betriebs druckes entweder von Hand aus oder selbst tätig durch den Druck (am besten abgeleitet vom Druckmesser) einzuschalten..
Bei Hochdruckdampànlagen, bei denen Dampf im Kreislauf durch eine Pumpe zwangsläufig bewegt und dabei überhitzt wird, ist es zweckmässig, während des An heizens unter Abschaltung der normalen Re gelung eine besondere Anheizregelvorrich- tung zu benutzen, bei welcher die Feuerwir kung durch Veränderung der Brennstoff und Luftmenge usw. in Abhängigkeit von der Temperatur des Dampfes beispielsweise am Ende des Überhitzers geregelt wird.
Da aber während des Anheizens unter Umstän den die Temperatur in der Mitte des Über- hitzers grösser sein kann als am Ende, ist es in diesem Falle zweckmässig, zur Anheizrege- lung ausserdem noch die Temperatur in der Mitte des Überhitzers heranzuziehen.
In Abb. 1 ist die Abschaltung der normalen Regelung während des Anheizens gekennzeichnet durch die strichpunktierte Lage 5' der Stange 5, wobei die Stange 5 an der Stelle g von der normalen Regeleinrichtung, abhängig vom Dampfverbrauch und Druck, abgekuppelt und bei g' unter Vermittlung der Stange 13 bei t mit dem Hebel 14 verbunden wird, an dessen einem Ende v die Regelvorrichtung<I>Ü,</I> beeinflusst von der Temperatur am Ende des Überhitzers, und an dessen anderem Ende w die Regelvorrichtung Ü', beeinflusst von der Temperatur in der Mitte des Überhitzers,
an greift. Hierdurch wird die Feuerwirkung bei steigender Überhitzung im Sinne der Pfeile bei<I>v</I> und<I>w</I> verringert.
Durch die Regeleinrichtung können auch beispielsweise in und vor Grenzstellun- gen optische und akustische Signale ge geben werden. Ausserdem ist es mög lich, in gefährlichen Grenzstellungen un abhängig von der normalen Regelung zu sätzlich derart einzugreifen, dass entweder vorübergehende Massnahmen eingeleitet wer- den oder der Betrieb durch Abstellung der Feuerung ganz unterbrochen wird. So kön nen zum Beispiel in den Stangen 6 und 8 Spannschlösser i. und i' angeordnet werden, von denen das erstere in der Abb. 2 besonders dargestellt ist.
Durch den an dem Spa.nn- schloss angreifenden Zahntrieb 15, 15' kann eine gewünschte zusätzliche Beeinflussung der Feuerwirkung durch Verkürzung oder Verlängerung der Stangenlänge 6 erreicht werden. Selbstverständlich kann man diese Wirkung auch durch andere Ausführungs formen, beispielsweise auf elektrischem MTege, erzielen.
In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Druck- und Dampfverbrauchsregelein- richtung dargestellt, bei welcher der Drucli und der Dampfverbrauch durch Messvorricli- tungen mit rotierenden Kolben gemessen wer den, derart, dass eine Messvorrichtung den Kesseldruck unmittelbar, eine zweite Mess- vorrichtung mittelst zweier gegeneinander wirkenden Kolben einen vom Dampfver brauch abhängigen Differenzdruck und durch eine Zwischenübersetzung den Dampfver brauch selbst linear anzeigt,
wobei alle Kol ben von einer gemeinsamen Stelle aus in Umdrehung versetzt werden. Es bedeutet 16 das Druckgefäss, in welchem der Dampfdruck unter Vermittlung von gekühltem Kondensat auf einen durch Stopfbüchsen oder derglei chen abgedichteten Kolben 17 wirkt. Der Gegendruck wird am günstigsten in zwei Teilen aufgenommen. Ein Gewicht 18 er zeugt den konstanten Gegendruck, der dem Druck entspricht, bei welchem die Einschal tung der Druckmessvorrichtung aus der An- heizregelstellung erfolgen soll.
Der Betriebs druck selbst wird zusätzlich durch die Feder 19 ausgeglichen, deren Zusa.mmen drückung den Anzeigeweg D ergibt, wobei zum Beispiel an der Stelle a des einarmigen Gewichtshebels 20 der Hebel 1 entsprechend Abb. 1 angreifen kann. Der Gewichtshebel ist durch den Lenker 21 am Gehäuse 16 ab gestützt. Es bedeuten 22 und 23 Druckge fässe, in denen die gegeneinander wirkenden Kolben 24 und 25 durch Stopfbüchsen oder dergleichen abgedichtet sind. Diese Kolben dienen zur Messung des Differenzdrucke zwecks Bestimmung des Dampfverbrauches.
Der Differenzdrucl; wird durch die Stangen und Hebel 26,<B>27,</B> 28, 29, 30 auf den zwei armigen Hebel 31 übertragen, an dem einer seits das dem jeweiligen Differenzdruck das Gleichgewicht haltende Belastungsgewicht 32 und die Stange 30, anderseits bei b der Regulierhebel 1. entsprechend Abb. 1 an greift. Durch den Aussehlag des Hebels 31. wird der gesamte Dampfverbrauch V gemes sen. Die Stangen 29 und 30 arbeiten mittelst der Rolle 34 derart zusammen, dass diese Rolle an der festen Rollkurve 35 abrollt.
Hierdurch wird die mit dem Dampfverbrauch quadratische Änderung des Differenzdruclzes vermittelst des CTestänges 27, 28, 29, 30 und 31 in eine lineare Anzeige V an der Stelle b des Regulierhebels 1 übergeführt. Eine der artige Umwandlung in die lineare Anzeige lä,sst sich selbstverständlich auch durch an dere Einrichtun@oen ähnlicher Art, zum Bei spiel durch entsprechende Schränkung von Hebeln, durch elektrische oder durch Flüs sigkeitsübertragung, bewirken.
Von der Stelle c wird die Regelwirkung mittelst der Stange 2 entsprechend Abb. 1 in der schon beschriebenen Weise abgeleitet.
Der Kolben 17 einerseits und die beiden Kolben 24 und 25 unter Vermitt lung der Kolbentange 26 anderseits wer den unter Vermittlung der Zahnräder 33 in ständige Drehung versetzt, um in be kannter Weise die Verschiebungsreibung der Kolben auf ein Minimum zu brin gen. Die Drehung der Zahnräder 33 kann von einem Elektromotor abgeleitet werden. Bei Dampferzeugern, bei denen Dampf durch eine besondere Pumpe umgewälzt wird, ist es zweckmässig, die Drehung durch den An trieb dieser Pumpe zu bewirken, weil die Um wälzpumpe ununterbrochen im Betriebe ist, solange der Kessel befeuert wird.
In Abb. 4 und 5 ist ein Ausführungsbei spiel der Vorrichtung zum Umschalten der Regelung von Anheizen auf Betrieb oder um gekehrt dargestellt. Darin bedeuten die mit Ziffern bezeichneten Teile dasselbe wie in Abb. 1. Die Stangen 4 bezw. 13 sind an den Stellen g und g' an eine Lasche 36 angelenkt, wobei die Stangen 4 und 13 in Lagern 37 parallel geführt sind. An der Lasche 36 glei tet der Schuh 38, an dessen Seitenzapfen die Stange 5 angreift.
Durch die Blechschilde 39, welche mittelst Zapfenstücken 40 in den La gern 41 in der Längsrichtung verschiebbar sind, kann der Schuh längs der Lasche 36 mittelst seiner Zapfen entweder in Grenzlage bei g (Regelung im Betrieb) oder bei g' (Regelung bei Anheizen) gebracht werden.
Bei Regelung im Betrieb zum Beispiel ar beitet wohl die Stange 13 weiter, wirkt aber nicht auf die Stange 5 ein, sondern die Lasche 36 macht eine Leerbewegung. Der Längs schlitz 42 in den Blechen 39 ermöglicht die freie Beweglichkeit der Stange 5 gegenüber dem senkrecht dazu in den Lagern 41 geführ ten Blechstück.
Die Seitenverschiebung von Anheizen auf Betrieb kann von Hand aus oder selbsttätig durch Hubmagnet, Elektromotor, hydrau lischen Servomotor oder dergleichen ausgelöst durch das Erreichen des gewünschten Grenz- druckes, zum Beispiel durch das Anspringen des Druckmessers 16 (Abb. 3), bewirkt wer den.
An Stelle des beschriebenen mechanischen Apparates für die Druck- und Dampfver- brauchsanzeige kann man auch ein gewöhn liches Manometer und einen der gebräuch lichen Dampfmengenmesser mit elektrischer oder hydraulischer Fernübertragung verwen den, wobei die beiden Anzeiger erst nach der Fernübertragung zur zusammenfassenden Wirkung verbünden werden. Auch bei dem.
in Abb. 3 dargestellten Messapparat können die Anzeigewege des Kolbens 17 bezw. der Stange 26 statt durch direkte Kupplung mit- telst der beschriebenen Gestänge und Hebel elektrisch oder hydraulisch übertragen und dann kombiniert werden.
Durch die Fern übertragung kann auch anstatt der Propor- tionalbewegung des Hebelendpunktes a in Abhängigkeit vom Druck mittelst der bei Drehzahlregelung von Maschinen bekannten Arten von gompensations-, Überkompenss,- tions- und Rückführungsvorrichtungen be wirkt werden, dass der gewünschte Normal druck stets und unter allen Umständen einge stellt wird.
Bei der in Abb. 1 und 3 dargestellten Vor richtung ist der Regelweg proportional dem Druck und die Regelung setzt daher bei je der Veränderung der Betriebsverhältnisse, welche den Druck beeinflusst, eine bestimmte zulässig geringe Veränderung des Druckes gegenüber dem Normaldruck voraus, welche solange bestehen bleibt, bis die Ursachen der Veränderung der Betriebsverhältnisse beho ben sind.
Sinngemäss gilt die beschriebene Art der Übertragung des Reguliereinflusses des Druckes auch für alle andern in Abb. 1 dar gestellten Regelwirkungen, beispielsweise für die des Kohlensäuremessers, des Kohlenoxyd messers, der von der Überhitzungstempera tur beeinflussten Vorrichtung.
Die Regüliereinflüsse lassen sich auch in besonders einfacher Weise auf elektrischem Wege übertragen und kuppeln mit den glei chen Wirkungen wie bei der vorstehend be schriebenen Art der mechanischen Übertra gung.
Ein Ausführungsbeispiel einer Proportio- nalfernübertragung mittelst elektrischen Ser vomotors ist in Abb. 6 schematisch darge stellt, zum Beispiel für die Regelwirkung der Kohlensäureanzeiger. Der Kohlensäuremesser gibt bei seinen Anzeigen unter Vermittlung eines Kontaktgleitstückes 43 an den Kon takten 44 Stromimpulse, die einen Elektro motor 45 zwingen, mittelst einer Schrauben spindel 46 eine Mutter 47 solange zu ver schieben, bis das an der Mutter befestigte Kontaktstück den der Anzeige der Kohlen säure entsprechenden Kontakt 48 berührt.
Durch die Mutter 47 können auch unmittel bar Kräfte zur Stellung von Regulierklappen oder dergleichen abgeleitet werden.
Die beschriebene Regelungsform, abgelei tet von Druck und Dampfverbrauch, gestattet auch eine Sicherung der Regelung insofern, als beim Versagen der Dampfverbrauchsmes- sung (zum Beispiel wenn Punkt b ir gendvro stehen bleibt) die Feuerung durch Heran ziehung des im normalen Betriebe nicht voll ausgenutzten Druckmessweges D vom An griffspunkte a. der Druckmessung allein aus beeinflusst wird, das heisst durch eine Verle gung des verschiebbar angeordneten Punkte: c derart, dass er mit dem Punkt; a zusammen fällt.
Durch Verschieben des Punktes c zwi.- schen den beiden Punkten a und b lässt sich auch der Einfluss des Dampfdruckes auf die Feuerung gegenüber dem Einfluss des Dampf verbrauches einstellen. Durch die Parallel führung beispielsweise der Punkte a, b, c des Regelgestänges wird die proportionale Über tragung der Wege von a und b auf c erreicht. Es sind aber auch noch andere Ausführungs formen möglich, bei denen zum Beispiel der Punkt c nicht parallel zu den Wegen von a und b geführt wird, sondern in der Art, dass die Entfernung des Punktes c von a auf dem Hebel 1 konstant bleibt.
Dadurch wird zwar eine Abvv eichung von der linearen L?bertra- gung herbeigeführt, aber der Vorteil erreicht, dass die Einwirkung in den Grenzlagen ver stärkt wird, was zum Beispiel besonders beim Versagen des Dampfverbrauchsmessers wich tig ist.
Alle die gekennzeichneten, für die Rege lung wichtigen Apparate: Druckmessvorrieh- tung, Dampfverbrauchsmessvorrichtung usw. können auch dazu dienen, die Veränderung der betreffenden Betriebsgrössen, wie Druck, Dampfverbrauch usw., optisch anzuzeigen und aufzuzeichnen. Hierbei können die sonst bei solchen Messungen notwendigen elektri schen Fernschreiber entfallen, da ja die vor handenen Verstellwege der Regeleinrichtung zum Aufschreiben der betreffenden Betriebs -rössen unmittelbar herangezogen werden können.
In besonders vorteilhafter Weise lässt sich der Dampfverbrauch anzeigen, registrie ren und die Verbrauchsmenge in lig zählen. Zur genauen Zählung in kg ist eine Kor- rektur der Volumangabe des Messers durch Druck und Temperatur des Dampfes notwen dig. Diese linear prozentual vorzunehmende Korrektur lässt sich mit den vorhandenen Apparaten in cinfaclier Weise erreichen.
In Abb. 1 ist, ein Beispiel einer hierzu geeigneten ineehanischen Anzeigevorrichtung dargestellt. Die Angabe des Dampfvolum- messers in kg kann bei b abgelesen werden. Um diese Angabe nun bei einer Verminde- rung des Druckes D oder einer Vergrösserung der Ü berliitzunstemperatur L' entsprechend zu reduzieren,' wird der Dampfverbrauch nicht, an der Stelle 1), sondern bei b' abgelesen.
Bei dieser Vorrielitung übertragen die Stan gen 63 und 65 vermittelst des Winkelhebels 6-1 die Bewegungen des Punktes y auf das seitlich bewegliche Schubstück 66, das in d en Gleitlagern. 6 7 und 68 geführt ist. Der Zapfen b' ist auf dem Hebel 69 gleitend ver schiebbar.
Er kommt dem einen fest,---ehalt,,- nen Ende des Hebels <B>69</B> um so näher, ;je hil- her der vom Vberhitzungsmesser und Druck messer gemeinsam bewegte Zwischenpunk .t g gehoben wird, das heisst je höher rlie I'ber- hitzungstemperatur und je niedriger der Druck ist.
Xuf diese Weise werden die An gaben des Da.mpfverbrauchmessers I' in line a- rer prozentualer @N,'cise derart korrigiert, dass in b' der Dampfverhra.ucll in kg gemes sen und "ezählt wird.
Es wird nämlich mit fallendem Dampfdruck und steigender Tem peratur des Dampfes die durch die Hebel- u Ütbersetzung <B>69</B> in und für sieh reduziert(-- i <B>Z,</B> _Angabe des Dampfverbrauches entsprechend verkleinert und umgekehrt.
Es kann aber ancli in gewissen Fällen ein besonderer Apparat zur Mengenmessung zwecks Zählung des Dampfverbrauches in kg mit der :Korrektur durch die Druclz- und Temperaturmessung des Dampfes verwendet werden.
Die Betriebsbedingungen verlangen mit unter eine zeitweise Ausschaltung der auto matischen Regel-#virl#.ung und die Möglichkeit, von Hand aus die gewünschte Beeinflussung beispielsweise der Feuerwirkung durch Ver änderung der Brennstoffmenge oder der Luft menge zu bewirken. In Abb. i ist eine Uni- schaltvorrichtung beispielsweise für die Ver änderung der Brennstoffmenge B dargestellt. Es bedeutet 6 entsprechend Abb. 1 die Regel stange für die Veränderung des Brennstoffes bei B. Diese Stange besitzt am Ende eine Verzahnung, mittelst deren das Zahnrad 49 gedreht wird.
Mit dem Zahnrad ist eine Klauenkupplung 50 verbunden, durch welche die Welle 51 mitgenommen wird, die mittelst Federkeils ein Zahnrad 52 und die Stange 53 mitnimmt, die die gewünschte Verände rung der Brennstoffmenge schliesslich herbei führt. Durch Herausziehen des mit der Welle 51 verbundenen Händrades 54 wird die Klauenkupplung gelöst, und es kann nun mehr vermittelst des Handrades 54 die Brenn stoffmenge von Hand beeinflusst werden, wo bei die automatische Verstellung ohne Wir kung weiterarbeiten kann.
Die Grösse des Regelweges der automatischen bezw. Hand beeinflussung kann durch die Zeiger 55 und 56 derart angezeigt werden, dass im Falle automatischen Betriebes nur der Zeiger 56 aussen sichtbar ist, während im Falle von Handbetrieb durch Aufleuchten der Lampe 57 auch der Zeiger 55, beispielsweise durch die zwischengestellte Mattscheibe 58 mit Tei lung hindurch, sichtbar wird.
Bei einer Batterie von mehreren Dampf erzeugern, die auf eine gemeinsame Haupt- da.mpfleitung der Verbrauchsstelle arbeiten, ist es zweckmässig, nur einen Regelapparat für Druck und Gesamtdampfverbrauch zu verwenden, beispielsweise nach Abb. 3. Jeder Kessel erhält dann eine automatische Regel anlage nach Abb. 1, die so eingerichtet ist, dass der resultierende Regelweg von Druck und Dampfverbrauch des gemeinsamen Reg lers bei jedem Dampferzeuger direkt auf das Stangenende d des Hebels 3 bezw. 12 nach Abb. 1 einwirkt.
Sind die Betriebsverhältnisse und damit die Leistungsfähigkeit der einzelnen Dampf erzeuger durch die verschiedene Grösse der Dampferzeuger, ihre verschiedene Beschaffen heit, zum Beispiel die Verlegung der Rohre, Heizkanäle usw. verschieden, dann ist es not wendig, die Regelungseinrichtung der Lei stungsfähigkeit des betreffenden Dampfer zeugers anzupassen. Zu diesem Zwecke kann nach Abb. 8 in das Regelgestänge zwischen den Hebelendpunkten<I>f</I> und<I>g</I> entsprechend Abb. 1 eine Hebelübersetzung mittelst der Ge stänge 59, 60, 61 eingeschaltet werden. Durch Verschiebung des Angriffspunktes x der Stange 61 auf dem einarmigen Hebel 60 kann der Regelweg entsprechend der ge wünschten Leistungsfähigkeit des betreffen den Dampferzeugers eingestellt werden.
Anstatt die Anpassung an die Brennstoff- heizwirkung durch Verstellung des Angriffs punktes f der Stange 4 (Abb. 1) und die An passung des Dampferzeugers an seine Lei stungsfähigkeit durch Verstellung des An griffspunktes der Stange 61 (Abb. 8) zu be wirken, kann man auch denselben Erfolg er zielen, indem man entweder nur den Punkt f der Stange 4 oder nur den Angriffspunkt der Stange 61 verstellt.
Für die Bewegung des Punktes g, welche massgebend für die Ver änderung der Brennstoffmenge und der Luft menge ist, ist es nämlich gleichgültig, ob zum Beispiel nach Abb. 1 die Bewegung des An griffspunktes f der Stange 4 dadurch verklei nert wird, dass er näher an den Drehpunkt e der Stange 3 heranbewegt wird, oder ob nach Abb. 8 die Bewegung des Punktes f durch eine Übersetzung auf einen Punkt übertragen wird, der seinerseits erst den Punkt g bewegt. Die in Abb. 8 dargestellte Zwischenschaltung der Hebel 59, 60 vermehrt die Stellen, von denen aus man Einfluss auf die Wirksamkeit der Regelung ausüben kann.
Process for the automatic control of the operation of steam generating systems. In the following a new procedural ren for regulating the operation of steam generating plants, in particular high pressure steam plants, is to be described, in which the heating is controlled depending on steam pressure and steam consumption.
There are methods known that use the steam pressure for regulation, where some measure the pressure not in the boiler itself, but behind the superheater. There-. the steam pressure is influenced somewhat by the steam consumption. This influence of the steam consumption on the pressure is only very small, depending on the square of the steam consumption, and for each system differently, which circumstances are very unfavorable for a simple and safe control, especially with high pressure steam systems. The square dependency has the effect that the influence of steam consumption is not expressed at all when consumption is low and is expressed far too strongly when consumption is high.
Furthermore, methods have become known in which the pressure drop in the combustion air in the heating ducts is used for regulation. Because of the smallness of these pressure differences, this requires all of the finest measuring instruments, which are very expensive and not very resistant.
According to the idea of the invention, it should now be used for automatic control. the operation of steam generating systems in which the heating is regulated depending on steam pressure and steam consumption, at least one of the intensity of the heating and the. The course of the combustion determines the variables, apart from depending on the steam pressure and steam consumption, also on at least one other operating variable of the steam generation plant, which is determined by the fire effect, and can also be regulated independently of other variables.
In order to enable reliable regulation, the steam consumption can be measured, for example, through the pressure drop in the steam line, or better still at a special measuring point on the steam line, for example by means of a venturi nozzle, a baffle plate or the like. This leads to control devices that can be used in the same design for steam generators of various types and sizes.
An exemplary embodiment of a device operating according to the present method, in which the individual regulating effects are transmitted and coupled mechanically, is described below with reference to FIG.
The change in steam consumption and pressure is used within a certain range for regulation, namely the steam consumption change between the minimum and maximum consumption, which corresponds to a certain display path t ', the pressure change between the lowest for operation permissible pressure and the highest pressure at which the system can still be used, which pressure difference a display path D corresponds to.
In Fig. 1 of the drawing, the control paths D and I 'of the pressure and steam consumption measuring device are shown.
In a certain operating state, let the steam pressure cr, the steam consumption <I> b. </I> These two positions are connected by a lever 1 and the control effect resulting from the pressure and steam consumption can be passed on from a point c of this lever.
If, for example, the steam consumption increases at ## constant pressure according to the arrow at b, then the lever 1 goes up and through the intermediary of the levers and rods 2, 8, 4, 5, 6, the fuel supply is increased according to the direction of the arrow at B. The effect is similar if the pressure drops while the steam consumption remains constant. Simultaneously with the change in fuel, the lever 7 and the rod 8 at L increase the amount of air in the direction of the arrow.
If exhaust gases are used to regulate the effect of the fire, for example by taking exhaust gases from the smoke duct and adding them to the combustion air, this amount of exhaust gas can also be changed at the same time as the air volume is changed. The degree of air adjustment is also influenced by the amount of carbonic acid and Iiohlenolyd formed as shown in Fig. 1.
For this purpose, at one end iii of a lever 9, an ionic acid knife engages and at the other end ri of this lever an ionic acid knife; The resulting action of these two devices comes from the intermediate point n of the lever 9 through the intermediary of the rod 11) to the end point l of the lever 7, so that the amount of air increases with the Iiohlenoz \ -dhalt in the direction of the arrow at ri, and also with increasing carbon acid gel in the direction of the arrow at in is increased.
Here, the effect of the ilium oxide content that occurs predominates to such an extent that the associated decrease in the carbonic acid content is more than compensated for and significant hollow oxide formation is prevented.
Steam consumption and pressure can also automatically influence other operating variables of the steam generator, such as the feed water quantity S or, in the case of steam generation processes where steam is inevitably circulated and overheated, the circulated steam quantity P. This is expressed in Fig. 1 by that the rod 6, which changes the amount of fuel ver, actuates the one-armed lever 11, from the intermediate point p of the feed water amount is increased in the direction of the arrow.
This regulation of the feed water quantity can also be derived from other points of the running fire rod to change the fuel menu. The influencing of the amount of steam P to be pumped is, for example, from point d respectively. of the intermediate r of the lever l? derived from. This adjustment of the amount P is also influenced by the level of the superheating temperature of the steam.
For this purpose, the end point q of the lever <B> 12 </B> is adjusted by the display device for the overheating temperature within the control limits of this temperature, so that when the overheating temperature rises in the direction of the arrow at q, the circulated amount P enlarged in the direction of the arrow and thus the overheating is brought back to the desired level.
Instead of the mechanical coupling of the control effects of pressure and steam consumption, of the carbon dioxide and carbon dioxide content of the fire gases, etc., electrical, hydraulic. or the like means can be used.
The change in the amount of fuel B is generally done by changing a passage cross-section for the fuel, sometimes also by metering the fuel volume, for example by means of a screw conveyor or the like.
In both cases, the grain size of the fuel, the variable calorific value when using different types of fuel or the different water content of the fuel, etc. can interfere with the control effect by producing different heating effects with the same path of the control rod 6 at B. Without additional regulation, the desired normal pressure of the system would be changed considerably. The point of application a of the lever 1 would then rise or fall until the aforementioned change in the heating effect is compensated for by additional adjustment at B. But this is only a temporary change in the heating effect he wishes.
If such operational changes occur for a likely longer duration, then the undesired change in the pressure of the system can be prevented as far as possible in that the adjustment of the fuel quantity B is derived from different points of application f of the one-armed lever 3.
It is unfavorable to regulate the furnace during heating up depending on pressure and steam consumption. On the contrary, because of the simplicity and accuracy of the apparatus, especially the pressure gauge, it is advisable to limit the range of action of these apparatus to permissible operating pressures. For this purpose, the control device can be designed in such a way that it is possible to switch off the control by pressure and steam consumption during heating and only when a desired operating pressure is reached, either manually or actively using the pressure (best derived from the pressure gauge) to switch on ..
In the case of high-pressure steam systems in which steam is inevitably moved in a circuit by a pump and is thereby overheated, it is advisable to use a special heating control device during the heating-up with the normal control switched off, in which the fire effect is achieved by changing the fuel and The amount of air, etc. is regulated depending on the temperature of the steam, for example at the end of the superheater.
However, since the temperature in the middle of the superheater can under certain circumstances be higher than at the end during heating up, it is advisable in this case to also use the temperature in the middle of the superheater for heating control.
In Fig. 1, the shutdown of the normal control during heating up is indicated by the dash-dotted position 5 'of the rod 5, the rod 5 being disconnected from the normal control device at point g, depending on the steam consumption and pressure, and at g' under mediation the rod 13 is connected at t to the lever 14, at one end v of which the control device <I> Ü, </I> is influenced by the temperature at the end of the superheater, and at the other end w the control device Ü ', influenced by the temperature in the middle of the superheater,
attacks. This reduces the fire effect with increasing overheating in the sense of the arrows at <I> v </I> and <I> w </I>.
The control device can also give optical and acoustic signals, for example, in and in front of limit positions. It is also possible to intervene in dangerous limit positions, independent of the normal control, in such a way that either temporary measures are initiated or operation is completely interrupted by switching off the furnace. For example, turnbuckles can be used in rods 6 and 8. and i ', of which the former is particularly shown in FIG.
With the pinion 15, 15 'engaging the lock, a desired additional influencing of the fire effect by shortening or lengthening the rod length 6 can be achieved. Of course, this effect can also be achieved through other execution forms, for example on electrical MTege.
In Fig. 3 an embodiment of the pressure and steam consumption control device is shown in which the pressure and the steam consumption are measured by measuring devices with rotating pistons, such that one measuring device measures the boiler pressure directly and a second measuring device uses two piston acting against one another shows a differential pressure dependent on the steam consumption and, through an intermediate transmission, the steam consumption itself linearly,
whereby all Kol ben are set in rotation from a common point. It means 16 the pressure vessel in which the steam pressure acts on a piston 17 sealed by stuffing boxes or the like, through the intermediary of cooled condensate. The back pressure is best absorbed in two parts. A weight 18 generates the constant counter pressure, which corresponds to the pressure at which the pressure measuring device is to be switched on from the heating control position.
The operating pressure itself is also compensated for by the spring 19, the compression of which results in the display path D, whereby, for example, at point a of the one-armed weight lever 20, the lever 1 can act as shown in FIG. The weight lever is supported by the handlebar 21 on the housing 16 from. It means 22 and 23 Druckge vessels in which the opposing pistons 24 and 25 are sealed by stuffing boxes or the like. These pistons are used to measure the differential pressure in order to determine the steam consumption.
The differential pressure; is transmitted through the rods and levers 26, 27, 28, 29, 30 to the two-armed lever 31, on the one hand the load weight 32, which maintains the balance of the respective differential pressure, and the rod 30, on the other hand b the regulating lever 1. as shown in Fig. 1 engages. The total steam consumption V is measured by the failure of the lever 31. The rods 29 and 30 work together by means of the roller 34 in such a way that this roller rolls on the fixed rolling curve 35.
As a result, the change in the differential pressure, which is the square of the steam consumption, is converted into a linear display V at point b of the regulating lever 1 by means of the C rods 27, 28, 29, 30 and 31. Such a conversion into the linear display can of course also be brought about by other devices of a similar type, for example by appropriately turning levers, by electrical or liquid transfer.
The control effect is derived from the point c by means of the rod 2 according to Fig. 1 in the manner already described.
The piston 17 on the one hand and the two pistons 24 and 25 under mediation of the piston rod 26 on the other hand who put the mediation of the gears 33 in constant rotation to bring the displacement friction of the piston to a minimum in a known manner. The rotation of the gears 33 can be derived from an electric motor. In steam generators in which steam is circulated by a special pump, it is useful to cause the rotation through the drive to this pump because the circulation pump is continuously in operation as long as the boiler is fired.
In Fig. 4 and 5, a Ausführungsbei is shown game of the device for switching the control from heating to operation or vice versa. The parts marked with numbers mean the same as in Fig. 1. The rods 4 respectively. 13 are hinged to a bracket 36 at points g and g ', the rods 4 and 13 being guided in parallel in bearings 37. On the tab 36 glides the shoe 38, on whose side pin the rod 5 engages.
Through the metal shields 39, which can be moved in the longitudinal direction by means of pegs 40 in the bearings 41, the shoe can either be brought into the limit position at g (control during operation) or at g '(control when heating up) by means of its pegs along the tab 36 will.
In the case of control during operation, for example, the rod 13 continues to work, but does not act on the rod 5, but the tab 36 makes an idle movement. The longitudinal slot 42 in the sheets 39 allows the free mobility of the rod 5 relative to the perpendicular to it in the bearings 41 th sheet piece.
The lateral shift from heating to operation can be effected manually or automatically by a lifting magnet, electric motor, hydraulic servo motor or the like by reaching the desired limit pressure, for example when the pressure gauge 16 (Fig. 3) starts.
Instead of the mechanical apparatus described for the pressure and steam consumption display, you can also use a conventional manometer and one of the conventional steam flow meters with electrical or hydraulic remote transmission, whereby the two indicators are only linked after the remote transmission for a comprehensive effect. Even with that.
The measuring device shown in Fig. 3 can bezw the display paths of the piston 17. the rod 26 can be transmitted electrically or hydraulically by means of the described linkage and lever instead of by direct coupling and then combined.
Through the remote transmission, instead of the proportional movement of the lever end point a depending on the pressure, the types of compensation, overcompensation, overcompensation and feedback devices known from the speed control of machines can be used to ensure that the desired normal pressure is always and under all Circumstances is set.
In the device shown in Fig. 1 and 3, the control path is proportional to the pressure and the control therefore requires a certain permissible small change in pressure compared to normal pressure for each change in the operating conditions that affects the pressure, which remains as long as it is until the causes of the change in operating conditions have been resolved.
The described type of transmission of the regulating influence of the pressure also applies analogously to all the other regulating effects shown in Fig. 1, for example those of the carbon dioxide meter, the carbon dioxide meter, the device influenced by the overheating temperature.
The control influences can also be transmitted electrically in a particularly simple manner and coupled with the same effects as in the case of the type of mechanical transmission described above.
An exemplary embodiment of a proportional remote transmission by means of electric servomotors is shown schematically in Fig. 6, for example for the regulating effect of the carbon dioxide indicator. The carbon dioxide meter gives in his ads by means of a contact sliding piece 43 to the con tacts 44 current pulses that force an electric motor 45 to push a nut 47 by means of a screw spindle 46 until the contact piece attached to the nut is the display of the coals acid corresponding contact 48 touched.
Through the nut 47 can also be derived immediacy bar forces for the position of regulating flaps or the like.
The form of regulation described, derived from pressure and steam consumption, also allows the regulation to be safeguarded insofar as if the steam consumption measurement fails (for example if point b remains in front of it) the furnace is fired by using the pressure measurement path that is not fully used in normal operations D from attack points a. the pressure measurement is influenced solely from, that is, by relocating the displaceably arranged point: c in such a way that it corresponds to the point; a coincides.
By moving point c between the two points a and b, the influence of the steam pressure on the furnace can also be set in relation to the influence of steam consumption. By running parallel, for example, points a, b, c of the control linkage, the proportional transfer of the paths from a and b to c is achieved. But there are also other forms of execution possible, in which, for example, point c is not guided parallel to the paths of a and b, but in such a way that the distance of point c from a on lever 1 remains constant.
Although this causes a deviation from the linear transmission, the advantage achieved is that the effect is increased in the limit positions, which is particularly important if the steam consumption meter fails, for example.
All of the marked devices important for control: pressure measuring device, steam consumption measuring device, etc. can also be used to visually display and record changes in the relevant operating parameters, such as pressure, steam consumption, etc. The electrical teleprinters otherwise required for such measurements can be omitted here, since the existing adjustment paths of the control device can be used directly to write down the relevant operating parameters.
In a particularly advantageous way, the steam consumption can be displayed, registered and the amount consumed can be counted in lig. For exact counting in kg, it is necessary to correct the volume of the knife using the pressure and temperature of the steam. This correction, which is to be carried out on a linear percentage basis, can be achieved in a convenient manner with the existing apparatus.
In Fig. 1, an example of a suitable industrial display device is shown. The indication of the steam volume meter in kg can be read off at b. In order to reduce this information accordingly when the pressure D is reduced or the excess excess temperature L 'increases, the steam consumption is not read off at point 1) but at b'.
In this supply line, the Stan gene 63 and 65 by means of the angle lever 6-1 transfer the movements of point y to the laterally movable thrust piece 66, which is in the slide bearings. 6 7 and 68 is performed. The pin b 'is slidably ver on the lever 69.
It comes closer to one side, the closer it holds the end of the lever <B> 69 </B>; the more the intermediate point, which is moved jointly by the overheating meter and pressure meter, is raised, that is the higher the superheating temperature and the lower the pressure.
In this way, the data from the steam consumption meter I 'are corrected in linear percentages @ N,' cise in such a way that the steam consumption in kg is measured and counted in b '.
As the steam pressure falls and the temperature of the steam rises, the amount of steam used by the lever and transmission is reduced in and for you (- i <B> Z, </B> _ indication of steam consumption and vice versa.
In certain cases, however, a special apparatus can be used to measure the amount of steam for the purpose of counting the steam consumption in kg with the correction by measuring the pressure and temperature of the steam.
The operating conditions require a temporary switch-off of the automatic control and the possibility of manually influencing the fire effect, for example by changing the amount of fuel or the amount of air. In Fig. I a universal switching device for changing the amount of fuel B is shown, for example. It means 6 according to Fig. 1, the control rod for changing the fuel at B. This rod has a toothing at the end, by means of which the gear 49 is rotated.
A claw coupling 50 is connected to the gearwheel, by means of which the shaft 51 is entrained, which by means of a spring wedge entrains a gearwheel 52 and the rod 53, which finally brings about the desired change in the amount of fuel. By pulling out the handwheel 54 connected to the shaft 51, the claw clutch is released, and the amount of fuel can now be influenced by hand by means of the handwheel 54, where the automatic adjustment can continue to work without effect.
The size of the control path of the automatic respectively. Hand influence can be indicated by the pointers 55 and 56 in such a way that in the case of automatic operation only the pointer 56 is visible from the outside, while in the case of manual operation by lighting up the lamp 57 and the pointer 55, for example through the interposed ground glass 58 with division through, becomes visible.
In the case of a battery of several steam generators that work on a common main supply line at the point of consumption, it is advisable to use only one control device for pressure and total steam consumption, for example as shown in Fig. 3. Each boiler then has an automatic control system Fig. 1, which is set up so that the resulting control path of pressure and steam consumption of the common Reg lers for each steam generator directly on the rod end d of the lever 3 respectively. 12 acts according to Fig. 1.
If the operating conditions and thus the performance of the individual steam generators are different due to the different sizes of the steam generators, their different properties, for example the laying of the pipes, heating ducts, etc., then it is necessary to regulate the performance capability of the steam generator in question adapt. For this purpose, according to Fig. 8, in the control rod between the lever end points <I> f </I> and <I> g </I> according to Fig. 1, a lever transmission can be switched on by means of the rods 59, 60, 61. By shifting the point of application x of the rod 61 on the one-armed lever 60, the control path can be set according to the ge desired performance of the steam generator concerned.
Instead of adapting to the fuel heating effect by adjusting the point of application f of rod 4 (Fig. 1) and adapting the steam generator to its performance by adjusting the point of attack of rod 61 (Fig. 8) one can also achieve the same success by adjusting either only the point f of the rod 4 or only the point of application of the rod 61.
For the movement of point g, which is decisive for the change in the amount of fuel and the amount of air, it does not matter whether, for example, according to Fig. 1, the movement of the attack point f of the rod 4 is reduced by being closer is moved towards the pivot point e of the rod 3, or whether, according to Fig. 8, the movement of the point f is transmitted by a translation to a point which in turn only moves the point g. The interposition of levers 59, 60 shown in Fig. 8 increases the number of points from which one can influence the effectiveness of the regulation.