Verfahren zur Regelung der Wärmezufuhr in einer Wärmekraftanlage und Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Wärmezufuhr in einer Wärme kraftanlage, in der ein gasförmiges Arbeits mittel einen durch mindestens einen Verdich ter und mindestens eine Turbine führenden Kreislauf beschreibt und diesem Arbeitsmittel in mindestens einem Erhitzer von aussen Warme zuzuführen ist. Im weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Ausfüh ren dieses Verfahrens.
Bekanntlich lässt sieh die Nutzleistung von Wärmekraftanlagen dieser Art durch Heben oder Senken des Druckpegels inm Kreislauf, durch Verändern eines zwei Stellen verschie denen Druckes im Kreislauf verbindenden Kurzschlussstromes (Bypass-Regelung), oder durch Drosselung des den Kreislauf durchlau fenden Arbeitsmittels regeln. Bei allen sol chen Regelungen der Nutzleistung muss dann zusätzlich auch die von aussen, d. h. im Er hitzer dem Arbeitsmittel zugeführte Wärme menge geregelt werden.
Erfolgt die Regelung der Nutzleistung nur durch Ändern des Druckpegels inm Arbeitsmittelkreislauf, so ist es bekannt, zur Regelung der von aussen zu zuführenden Wärme den Druck an einer beliebigen Stelle des Kreislaufes, d. h. einen Druck, der sich ungefähr proportional zur äussern Leistungsabgabe ändert, zu verwen den, und zwar in der Weise, dass er den Soll wert der zuzuführenden Wärmemenge be stimmt. Es ist ferner bekannt, Mittel, welche den Gang der Feuerung an der Stelle, wo Wärme von aussen zuzuführen ist, beeinflus sen, in Wirkungsverbindung mit einem Dreh zahlregler zur Leistungsregelung der Turbine zu bringen, indem die Regelgrösse (Hub) die ses Drehzahlreglers ein Mass für die jeweils zuzuführende Wärmemenge ist.
Wenn die Nutzleistung durch Drosselung oder durch Verändern eines zwei Stellen ver schiedenen Druckes des Arbeitsmittelkreis- laufes verbindenden Kurzschlussstromes ge regelt wird, so gibt ein Druck an einer be liebigen Stelle des Kreislaufes jedoch kein eindeutiges Mass mehr für die dein Arbeits mittel von aussen zuzuführende Wärmemenge.
Ebenso gibt bei einmaliger oder mehrfacher Zwischenerhitzung des Arbeitsmittels die au genblickliche Stellung des Drehzahlreglers nur ein Mass für die zuzuführende Gesamt- wärmemenge, nicht aber für ihre Verteilung auf die verschiedenen Erhitzer der Anlage.
Zweck der Erfindung ist nun, ein Verfah ren und eine Einrichtung zu schaffen, welche auch ini Falle, dass neben einer Regelung zur Änderung des Druckpegels im Arbeitsmittel kreislauf noch eine Bypass- oder/und Drossel- regel.ung vorgesehen ist, bewirken, dass die von aussen dem Arbeitsmittel zuzuführende Wärmernenge selbsttätig richtig bemessen und, falls mehrere Erhitzer vorhanden sind, auch auf diese richtig verteilt wird.
Die Er findung fusst dabei auf der Erkenntnis, dass jeder Stellung eines die Grösse des Bypass- Stromes bestimmenden Regelorganes, bzw. eines Drosselorganes, eine bestimmte Druck verteilung im Kreislauf sowie eine bestimmte Nutzleistung und somit eine bestimmte, von aussen zuzuführende Wärmemenge entspricht. Die Druckverteilung im Kreislauf gibt infolge dessen ein eindeutiges Mass für die von aussen zuzuführende Wärmemenge.
Demzufolge re geln gemäss der Erfindung mindestens zwei an verschiedenen Stellen des Arbeitsmittel kreislaufes herrschende Drücke in Zusammen wirkung sowohl die pro Zeiteinheit zuströ mende Brennstoffmenge als auch die pro Zeiteinheit zuströmende Brennluftmenge. Bei einer erfindungsgemässen Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens wir ken dann mindestens zwei an verschiedenen Stellen des Arbeitsmittellkreislaufes herr schende Drücke auf Mittel ein, welche mit einem die Brennstoffzufuhr regelnden Steuer organ und mit einer die Brennluftzufuhr regelnden Einrichtung in Wirkungsverbin dung stehen.
Zweckmässig werden die zuströmende Brenn stoffmenge und die zuströmende Brennluft- menge in Abhängigkeit vom obern Kreislauf druck und vom Druck an einer Stelle, die wenigstens hinter der ersten Expansionsstufe liegt, geregelt, wobei die betreffenden Drücke, z. B. in linearer Kombination, auf die Rege lang einwirken können.
Erfolgt eine Wiedererhitzung des teil weise expandierten Arbeitsmittels, so können drei an verschiedenen Stellen des Arbeitsmit telkreislaufes herrschende Drücke in Zusam menwirkung die Brennstoff- und Brennluft mengen zu den verschiedenen Erhitzern re geln.
Auf den beiliegenden Zeichnungen sind zwei beispielsweise Ausführungsformen der Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung in vereinfachter Dar stellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig.1 eine Einrichtung an einer Anlage mit einmaliger Erhitzung des Kreislauf arbeitsmittels und Fig.2 eine Einrichtung an einer Anlage mit Zwischenerhitzung des Arbeitsmittels nach einer Teilexpansion. Nachfolgend wird auch das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise erläutert.
In Fig. 1 bezeichnet 1 den Lufterhitzer einer Wärmekraftanlage, in der Luft als Ar beitsmittel verwendet wird. Die ein im Er hitzer 1 angeordnetes Heizsytem 2 durchströ mende Luft gelangt nach ihrer Erhitzung durch eine Leitung 3 in eine Turbine 4, in der sie unter äusserer Leistungsabgabe ex pandiert. Von dieser Turbine 4 gelangt dann die Luft durch eine Leitung 5 in einen Wärmeaustauscher 6 und von da durch einen Vorkühler 7 zu einem Verdichter 8 mit Zwi schenkühler 9. Die im Verdichter 8 wieder auf höheren Druck gebrachte Luft strömt durch eine Leitung 10, den Wärmeaustauscher 6 und eine Leitung 11 zum Heizsystem 2 des Lufterhitzers 1 zurück. Das Arbeitsmittels, das heisst also Luft, beschreibt somit einen Kreislauf.
Die Turbine 4 treibt den Verdich ter 8 und einen als Generator ausgebildeten Nutzleistungsempfänger 12 an. Ein Ventil<B>103</B> beherrscht einen von einer Stelle höheren Druckes des Arbeitsmittelkreislaufes (Leitung 3) zu einer Stelle niedrigeren Druckes des Arbeitmittelkreislaufes (Leitung 5) durch Lei tung 14 gehenden Kurzschlussstrom (Bypass).
Der Lufterhitzer 1, in welchem dem Kreis laufarbeitsmittel die von aussen zuzuführende Wärmemenge abgegeben wird, steht unter Druck. Die benötigte Brennluftmenge wird von einem Verdichter 16 durch eine Mess- düse 15 hindurch angesogen und durch eine Leitung 17, einen Wärmeaustauscher 18 und eine Leitung 19 hindurch in den Brennraum des Liüterhitzers 1 gefördert. Ein Teil der aus diesem Erhitzer 1 strömenden Abgase ge langt durch eine Leitung 20 zu einer Abgas turbine 21, dann durch eine Leitung 22 in den Wärmeaustauscher 18 und von da ins Freie.
Die von der Abgasturbine 21 und dem Verdichter 16 gebildete .Ladegruppe ist mit einer elektrischen Maschine 23 gekuppelt, mit deren Hilfe die Ladegruppe in Betrieb gesetzt wird und die während des Betriebes einen allfälligen Energiemangel ersetzen oder überschüssige Energie zur Weiterleitung auf nehmen kann. Der restliche Teil der Abgase des Erhit- zers 1 dient zur Tiefhaltung der Brennraum- temperatur in diesem Erhitzer und gelangt durch eine Leitung 24 in ein Umwälzgebläse 25 und von diesem durch eine Leitung 26 wieder in den Erhitzer 1.
Das Umwälzgebläse 25 wird durch einen Elektromotor 27 mit regelbarer Drehzahl angetrieben.
Die in den beiden Leitungen 5 und 10 herrschenden Kreislaufdrücke wirken über Leitungen 28 und 29 auf Kolben 30 bzw. 31 ein. Mit diesen Kolben starr verbundene Stan gen 32 bzw. 33 sind an einen Hebel 34 ange lenkt, der eine Stange 35 mit zwei Kurven bahnen 36 und 37 von z. B. einer Leerlauf stellung bis zu einer Überlaststellung ver stellen kann. 38 und 39 bezeichnen zwei Lei tungen, durch die von einer nicht gezeigten Quelle aus ein Druckmittel, beispielsweise Drucköl, zufliessen kann. Die Kurvenbahnen 36 und 37 legen die Stellung von durch Fe dern 40 bzw. 41 gegen sie gedrückten Stösseln 42 und 43 fest. Zweiarmige Hebel 44 und 45 werden einerseits durch die Stössel 42 bzw. 43 und anderseits von einem Temperaturregler 46 aus beeinflusst, und sie wirken ihrerseits auf einen Hebel 47 bzw. 48 ein.
Am Hebel 47 greift ferner einerseits ein Steuersehieber 49 und anderseits die Stange eines Kolbens 50 und am Hebel 48 einerseits ein Steuerschieber 51 und anderseits die Stange eines Kolbens 52 an. Die Steuerschieber 49 und 51 steuern die Zufuhr von Drucköl aus den Leitungen 38 bzw. 39 zu Servomotoren 53 und 54 sowie den Abfluss desselben aus diesen zwei Servomoto ren. Der Kolben des Servomotors 53 ist mit dem Bezugszeichen 55 und derjenige des Servomotors 54 mit dem Bezugszeichen 56 be legt. Der Servomotor 53 regelt mit Hilfe seines Kolbens 55 die Brennstoffzufuhr zum Brenn- raum des Erhitzers 1.
Der Brennstoff strömt durch eine Leitung 57 zu, und ein Regel ventil 58, dessen Stellung von dem durch eine Feder 52 belasteten Servomotorkolben 55 gesteuert wird, beherrscht nun den Übertritt des Brennstoffes aus der Leitung 57 in den genannten Brennraum. Der Servomotorkolben 55 steuert gleichzeitig die umgewälzte Abgas menge, indem er über einen Hebel 60 zwecks Regelung der Drehzahl des Elektromotors 27, der das U mwälzgebläse 25 antreibt, die Grösse eines Widerstandes 61 verändern kann.
Der in einer das Regelventil 58 mit dem Er hitzer 1 verbindenden Leitung 62 herrschende Brennstoffdruck ist. ein Mass für die einge spritzte Brennstoffmenge und wird zur Rück führung des Steuerschiebers 49 verwendet, in dem er über eine von der Leitung 62 abzwei gende Leitung 63 auf den von einer Feder 64 belasteten Messkolben 50 einwirkt und dadurch über Hebel 47 den Steuerschieber 49 in seine Mittellage zurückbringt.
Der Kolben 56 des Servomotors 54 steuert die Brennluftzufuhr zum Erhitzer 1, indem er über einen Hebel 65 die Grösse eines Regu lierwiderstandes 66 zur Regelung der Dreh zahl der elektrischen Maschine 23 der Auf ladegruppe verändern kann. Die einströmende Brennluftmenge wird in der Blende 15 ge messen und die Di-Ltckdifferenz in dieser Blende wird über Leitungen 67 und 68 auf den von einer Feder 70 belasteten Messkol- ben 52 übertragen, der dann die Rückfüh rung des Steuerschiebers 51 in seine Mittel lage bewirkt.
Die Wirkungsweise der beschriebenen An lage ist folgende: Angenommen, das Bypass- Ventil 13 sei geschlossen. Bei einer Laststei gerung des Generators 12 sinkt die Drehzahl der Turbine 4, so dass ein zur Leistungs regelung dienender Regler 69 eine Druck pegelsteigerung in dem vom Arbeitsmittel durchlaufenen Kreislauf herbeiführt, indem er in an sich bekannter und daher nicht dar gestellter Weise Arbeitsmittel aus einem Spei eher in den Kreislauf eintreten lässt. Die Drücke in den Leitungen 28 und 29 steigen dabei proportional zur Druckzunahme im Kreislauf, so dass sieh die Kolben 30 und 31 nach rechts verschieben, wobei sie ihrerseits den Hebel 34 parallel zu sich selbst ebenfalls nach rechts verschieben.
Auch die Kurven bahnen 36 lind 37 werden daher nach rechts verschoben und drücken dabei die Stössel 42 und 43 nach oben. Dieser Aufwärtsbewegung folgen die beiden Steuerschieber 49 und 51, so dass einmal Drucköl aus dem Servomotor 53 abfliessen kann und das Regelventil 58 da her mehr Durchflussquerschnitt freigibt. So dann kann Drucköl aus der Leitung 39 in den Servomotor 54 gelangen, mit dem Ergeb nis, dass der Regulierwiderstand 66 im Sinne einer Drehzahlerhöhung der elektrischen Ma schine 23 der Ladegruppe beeinflusst wird.
Wegen des erhöhten Brennstoffdruckes in der Leitung 63 wird ferner der Kolben 50 nach oben gegen die Feder 64 gedrückt, wo bei er mit Hilfe des Hebels 47 den Steuer schieber 49 wieder in seine Mittellage zurück führt, so dass das die Brennstoffzufuhr re gelnde Ventil 58 zur Ruhe kommt; dies jedoch erst, wenn die von der Kurvenbahn 36 fest gelegte Brennstoff-Sollmenge eingestellt ist.
Die eingesaugte erhöhte Brennluftmenge bedingt einen grösseren Druckabfall in der Blende 15 und damit einen tieferen Druck in der Leitung 68, so dass sich der Kolben 52 unter Überwinding des Einflusses einer Feder 70 nach oben bewegt und dabei den Steuer schieber 51 wieder in seine Mittellage bringt. Der Servomotorkolben 56 kommt jedoch erst zur Ruhe, nachdem die von der Kurvenbahn 37 festgelegte Brennluft-Sollmenge eingestellt ist.
Bei einer plötzlichen Entlastung des Gene- rators 12 steigt die Drehzahl der Turbine 4 und der Leistungsregler 69 öffnet das Bypass- Ventil 13 entsprechend der eingetretenen Last verminderung. Der Druck in der Leitung 5 steigt jetzt an, während er in der Leitung 10 fällt. Der Kolben 30 bewegt sich infolge dessen nach rechts, der Kolben 31 dagegen nach links, so dass der Hebel 34 im Uhrzeiger drehsinn um einen Punkt 71, der zwischen den beiden Anlenkpunkten 72 und 73 der Stangen 32 bzw. 33 liegt, gedreht wird.
Infolgedessen werden die Kurvenbahnen 36 und 37 nach links, also im Sinne einer Verminderung der zugeführten Brennstoff- und Brennluftmen- gen verschoben.
Bei der beschriebenen Anlage regeln somit zwei an verschiedenen Stellen (Leitungen 5 und 10) des Arbeitsmittelkreislaufes herr schende Drücke in Zusammenwirkung sowohl die pro Zeiteinheit durch das Regelventi158 strömende Brennstoffmenge als auch die pro Zeiteinheit vom Verdichter 16 angesaugte Brennluftmenge. Da in der Leitung 3, abge sehen von dem durch die Strömung verur sachten Druckgefälle derselbe Druck herrscht, wie in der Leitung 10, so l'ä,sst sich sagen,
dass die zuströmende Brennstoffmenge und die zuströmende Brennluftmenge in Abhän gigkeit vom Einlassdruck der Turbine 4 und vom Druck am Austritt dieser Turbine ge regelt werden. Dabei werden die zuzuführen den Brennstoff- und Brennluftmengen, auf die von den Kurvenbahnen 36 und 37 ausge lösten Bewegungen bezogen, parallel zuein ander geregelt.
Die in Betracht kommenden Drücke des Kreislaufes können zweckmässig in linearer Kombination auf die Regelung einwirken, das heisst also auf das die Brennstoffzufuhr re gelnde Ventil 58 und die die Brennluftzufuhr regelnde Einrichtung 65, 66, 23.
Unter linea rer Kombination wird im vorliegenden Zu- sammenhange verstanden, dass eine Grösse: k1. p1 + <B><I>k,.</I></B> p#, die Brennstoff- und die Brenn- luftmengen regelt, wobei p1 und p. zwei ver schiedene Drücke des Kreislaufes und k1 und p= zwei Konstanten bezeichnen.
Diese Kon stanten sind durch die Verhältnisse am Hebel 34, die Federkonstanten der Kolben 30 und 31 und die Querschnittsflächen dieser Kolben festgelegt.
Der in Fig.1 dargestellte Temperatur regler 46, welcher sowohl auf das Regelventil 58 als auch auf die die Brennluftzufuhr re gelnde Einrichtung 65, 66, 23 zusätzlich ein wirkt, kann zum Beispiel in Abhängigkeit von einer Enderhitzungstemperatur des Kreis laufarbeitsmittels beeinflusst werden. Das zum Fördern von Umlaufgas die nende Gebläse 25, mit dessen Hilfe sich allen falls die Wärmeabgabe an die im Erhitzer vorhandenen Heizsysteme (Einwirken auf die. Strömungsgeschwindigkeit der Heizgase) be einflussen lässt, kann anstatt von einem Elek tromotor auch von einer besonderen Turbine, oder von der Aufladegruppe 21, 16, 23 mit regelbarer Drehzahl angetrieben werden.
Fig. 2 zeigt, wie sich die Erfindung in dem Falle verwirklichen lässt, wo eine Wieder erhitzung des teilweise expandierten Arbeits mittels erfolgt, das heisst wenn die Wärme zufuhr an das Arbeitsmittel in mehr als einem Erhitzer zu erfolgen hat. In dieser Figur be zeichnet 80 einen ersten Erhitzer, in welchem dem von einem Verdichter 81 über einen Wärmneaustauscher 82 kommenden Kreislauf- arbeitsmnittel durch ein Heizsystem 83 hin durch von aussen Wärme zuzuführen ist.
Das in dieser Weise erhitzte Arbeitsmittel gelangt dann in eine Hochdruckturbine 84, wo es siele unter Leistungsabgabe an den Verdichter 81 teilweise entspannt, um hierauf durch eine Leitung 85 zwecks erneuerter Erhitzung in dlas Heizsvstem 86 eines Zwischenerhitzers 87 iiberzuströmen. Das wieder erhitzte Arbeits- mnittel tritt durch eine Leitung 88 in eine Nie derdruckturbine 89 über, wo es sich unter Leistungsabgabe an einen als Generator aus gebildeten Nutzleistungsempfänger 90 auf einen Enddruck entspannt. Das so entspannte Arbeitsmittel gelangt schliesslich durch eine Leitung 91 über den Wärmeaustauscher 82 und einen nicht gezeichneten Kühler wieder in den Verdichter 81, um hier erneut auf einen höheren Druck gebracht zu werden.
Von einem Hilfsverdichter 109 angesaugte und verdichtete Brennluft wird hier durch eine Leitungs 110 in den Zwischenerhitzer 87 gefördert, aus dem die noch nicht verbrauchte Frischluft zusammen mit den Abgasen in den Erhitzer 80 überströmt.
Die Regelung der den Erhitzern 80 und 87 zuzuführenden Brennstoff- und Brennluft nnengen erfolgt hier in Abhängigkeit von drei an verschiedenen Stellen des Kreislauffes herrschenden Drücken, die sinngemäss, wie es in Verbindung mit den zwei Kreislaufregel drücken des ersten Ausführungsbeipiels be schrieben wurde, zum Zusammenwirken ge- bracht werden.
So wirkt einmal der an einer unmittelbar vor der Hochdruckturbine 84 ge legenen Stelle 92 herrschende Kreislaufdruck über eine Leitung 93 auf einen federbelasteten Messkolben 94, ferner der an einer Stelle 95 zwischen den beiden Turbinen 84 und 89 herr schende Kreislaufdruck über eine Leittrog 96 auf einen federbelasteten Messkolben 97 und schliesslich der an einer Stelle 98 hinter der N ieder druckturbine herrschende Kreislauf druck über eine Leitung 99 auf einen feder belasteten Messkolben 100 ein.
Die für die Regelung der den Erhitzern 80 und 8 7 zuströmenden Brennstoff- und Brennluftmengen angestrebte Zusammenwir kung der an den erwähnten drei Stellen 92, 95, 98 des Kreislaufes herrschenden Drücke wird mit Hilfe eines Systems von drei He beln 101, 102 und 103 erreicht. An den Hebel 101 sind die Messkolben 100 und 97 angelenkt, von denen der Messkolben 100 auch an den Hebel 103 und der Messkolben 97 auch an den Hebel 102 angelenkt ist. Der Messkolben 94 ist seinerseits sowohl an den Hebel 102 als auch an den Hebel 103 angelenkt. Der Hebel.
101 bestimmt die Lage einer Kurvenbahn 104, von der aus, in derselben Weise wie im Zu sammenhang mit der Kurvenbahn 36 der Fif-. 1 beschrieben wurde, ein den Brennstoff zufluss zum Erhitzer 87 regelndes Ventil<B>107</B> eingestellt wird. In entsprechender Weise wird von der Kurvenbahn 105 aus ein den Zufluss von Brennstoff zum Erhitzer 80 re gelndes Ventil 108 eingestellt. Die Kurven bahn<B>106</B> legt schliesslich, in ähnlicher Weise wie es im Zusammenhang mit der Kurven bahn 37 der Fig.1 beschrieben wurde, die Brennluftmenge fest, die vom Hilfsverdichter 109 durch die Leitung<B>110</B> in den Erhitzer 87 gefördert wird.
Die der Regeleinrichtung 66, 23 der Fig.1 entsprechenden Teile sind in Fig.2 mit den Bezugszeichen<B>111</B> bzw. 112 belegt.
Der Vollständigkeit halber sei noch er wähnt, dass 113 und 114 zwei von ver schiedenen Kreislauftemperaturen beeinflusste Temperaturregler bezeichnen, die sinngemäss wie der Temperaturregler 46 der Fig.1 zu wirken haben und beispielsweise unter der Einwirkung der Endtemperaturen, auf die das Arbeitsmittel im Erhitzer 87 bzw. 80 zu bringen ist, stehen können. Solche Tempera turregler können aber auch von Rohrtempera turen, Temperaturen der Brennkammerwan- dung und dergleichen beeinflusst werden.
Wie im Zusammenhang mit Fig. 2 be schrieben wurde, lässt sieh somit auch bei einer Zwischenerhitzung des Arbeitsmittels durch Anwendung der Erfindung erreichen, dass die demn Arbeitsmittel von aussen zuzu führende Wärme entsprechend der Leistungs abgabe der Turbinen im richtigen Masse auf die verschiedenen Erhitzer bzw. auf die ver schiedenen Heizsysteme eines und desselben Erhitzer, falls in einem solchen ein Heiz- system zum Erhitzen des Arbeitsmittels bei hö herem Druck und ein Heizsystem zum Er hitzen des Arbeitsmittelteils bei niederem Druck untergebracht sind, verteilt wird.
Da die gegenseitige Zuordnung von Brennstoff- und Brennluftmengen nicht im mer im voraus genau bekannt sind und sich bei einer Belastungsänderung die Brennluft- menge viel langsamer ändern kann als die Brennstoffmenge, so ist es zur Vermeidung eines Brennstoffüberschusses unter Umstän den zweckmässig, primär nur die Brennluft, mengen zu regeln, während die Brennstoffmen gen nach Massgabe der Änderung der Brenn- luftmengen geregelt werden können.
Erforderlichenfalls kann die Einrichtung zur Regelung der Brennluftzufuhr oder es können sowohl das Regelorgan für die Brenn stoffzufuhr als auch die Einrichtung zur Re gelung der Brennluftzufuhr gleichzeitig in Wirkungsverbindung mit Mitteln stehen, welche das Verbrennungsgase umwälzende Gebläse, also die Umwälzgasmenge, regeln.
Die Erhitzer, in denen dem Kreislauf arbeitsmittel von aussen Wärme zuzuführen ist, können mit flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoffen betrieben werden. Als fester Brennstoff kann z. B. Kohlenstaub zur Verwendung. kommen.
Process for regulating the supply of heat in a thermal power plant and device for carrying out this process. The invention relates to a method for controlling the heat supply in a thermal power plant, in which a gaseous working medium describes a circuit leading through at least one compressor ter and at least one turbine and this working medium is to be supplied with heat from the outside in at least one heater. The invention also relates to a device for executing this method.
As is well known, the useful output of thermal power plants of this type can be regulated by raising or lowering the pressure level in the circuit, by changing a short-circuit current connecting two points of different pressure in the circuit (bypass control), or by throttling the working fluid flowing through the circuit. With all such regulations of the useful power, the external, i. H. The amount of heat supplied to the working fluid can be regulated in the heater.
If the control of the useful power only takes place by changing the pressure level in the working medium circuit, then it is known to regulate the heat to be supplied from outside the pressure at any point in the circuit, i.e. H. a pressure that changes roughly proportionally to the external power output, to use, in such a way that it determines the setpoint value of the amount of heat to be supplied. It is also known to bring means which the course of the furnace at the point where heat is to be supplied from the outside, in operative connection with a speed controller for power control of the turbine by the control variable (stroke) this speed controller a measure for the amount of heat to be supplied.
If the useful power is regulated by throttling or by changing a short-circuit current connecting two places in the pressure of the working medium circuit, a pressure at any point in the circuit is no longer a clear measure of the amount of heat to be supplied to your working medium from the outside.
Likewise, in the case of single or multiple intermediate heating of the working medium, the current position of the speed controller only provides a measure for the total amount of heat to be supplied, but not for its distribution to the various heaters in the system.
The purpose of the invention is now to create a method and a device which, even in the event that, in addition to a regulation for changing the pressure level in the working medium circuit, a bypass and / or throttle regulation is also provided, cause the The amount of heat to be supplied from the outside to the work equipment is automatically measured correctly and, if there are several heaters, it is also correctly distributed among them.
The invention is based on the knowledge that each position of a regulating element or throttle element that determines the size of the bypass flow corresponds to a certain pressure distribution in the circuit and a certain useful output and thus a certain amount of heat to be supplied from the outside. As a result, the pressure distribution in the circuit is a clear measure of the amount of heat to be supplied from the outside.
Accordingly, according to the invention, at least two pressures prevailing at different points of the working medium circuit act together both the amount of fuel inflowing per unit of time and the amount of combustion air inflowing per unit of time. In a device according to the invention for carrying out this method we ken at least two pressures prevailing at different points in the working medium circuit on agents which are in active connection with a control organ regulating the fuel supply and with a device regulating the combustion air supply.
The inflowing fuel quantity and the inflowing combustion air quantity are expediently regulated as a function of the upper circuit pressure and the pressure at a point which is at least behind the first expansion stage, the pressures in question, e.g. B. in linear combination, can act on the rain for a long time.
If the partially expanded working fluid is reheated, then three pressures prevailing at different points in the Arbeitsmit telkreislaufes can work together to regulate the fuel and combustion air volumes to the various heaters.
In the accompanying drawings, two exemplary embodiments of the device for carrying out the method according to the invention are illustrated in a simplified Dar, namely Fig.1 shows a device on a system with one-time heating of the circuit working medium and Fig.2 shows a device on a system Reheating of the working medium after a partial expansion. The method according to the invention is also explained below, for example.
In Fig. 1, 1 denotes the air heater of a thermal power plant, in which air is used as a working medium. The one in He heater 1 arranged Heizsytem 2 durchströ Mende air passes after its heating through a line 3 in a turbine 4, in which it ex pandiert with external power output. From this turbine 4, the air then passes through a line 5 into a heat exchanger 6 and from there through a precooler 7 to a compressor 8 with intercooler 9. The air brought back to higher pressure in the compressor 8 flows through a line 10, the heat exchanger 6 and a line 11 to the heating system 2 of the air heater 1 back. The working medium, i.e. air, thus describes a cycle.
The turbine 4 drives the compressor 8 and a useful power receiver 12 designed as a generator. A valve 103 controls a short-circuit current (bypass) flowing through line 14 from a point of higher pressure in the working medium circuit (line 3) to a point of lower pressure in the working medium circuit (line 5).
The air heater 1, in which the circulating working medium, the amount of heat to be supplied from the outside is released, is under pressure. The required amount of combustion air is sucked in by a compressor 16 through a measuring nozzle 15 and conveyed through a line 17, a heat exchanger 18 and a line 19 into the combustion chamber of the air heater 1. Part of the exhaust gases flowing from this heater 1 reaches ge through a line 20 to an exhaust turbine 21, then through a line 22 into the heat exchanger 18 and from there to the outside.
The .Ladegruppe formed by the exhaust gas turbine 21 and the compressor 16 is coupled to an electrical machine 23, with the help of which the charging group is put into operation and which can replace a possible lack of energy during operation or take on excess energy for forwarding. The remaining part of the exhaust gases from the heater 1 is used to keep the combustion chamber temperature low in this heater and passes through a line 24 into a circulating fan 25 and from there through a line 26 back into the heater 1.
The circulation fan 25 is driven by an electric motor 27 with a controllable speed.
The circuit pressures prevailing in the two lines 5 and 10 act via lines 28 and 29 on pistons 30 and 31, respectively. With these pistons rigidly connected Stan gene 32 and 33 are attached to a lever 34 is articulated, which tracks a rod 35 with two curves 36 and 37 of z. B. an idle position up to an overload position can provide ver. 38 and 39 denote two lines through which a pressure medium, for example pressure oil, can flow from a source not shown. The cam tracks 36 and 37 determine the position of plungers 42 and 43 pressed against them by springs 40 and 41, respectively. Two-armed levers 44 and 45 are influenced on the one hand by the tappets 42 and 43 and on the other hand by a temperature controller 46, and they in turn act on a lever 47 and 48, respectively.
A control slide 49 on the one hand and the rod of a piston 50 on the other, and a control slide 51 on the lever 48 on the one hand and the rod of a piston 52 on the other, engages on the lever 47. The spools 49 and 51 control the supply of pressure oil from the lines 38 and 39 to servomotors 53 and 54 and the discharge of the same from these two servomotors. The piston of the servomotor 53 is denoted by 55 and that of the servomotor 54 is denoted by the reference number 56 occupied. The servomotor 53 regulates the fuel supply to the combustion chamber of the heater 1 with the aid of its piston 55.
The fuel flows through a line 57, and a control valve 58, the position of which is controlled by the servomotor piston 55 loaded by a spring 52, now controls the passage of the fuel from the line 57 into the said combustion chamber. The servomotor piston 55 simultaneously controls the amount of circulated exhaust gas by changing the size of a resistor 61 via a lever 60 for the purpose of regulating the speed of the electric motor 27, which drives the circulating fan 25.
The fuel pressure prevailing in a line 62 connecting the control valve 58 to the heater 1 is. a measure of the amount of fuel injected and is used to return the control slide 49, in which it acts on the measuring piston 50 loaded by a spring 64 via a line 63 branching off from the line 62 and thereby moves the control slide 49 into its via lever 47 Brings back central position.
The piston 56 of the servo motor 54 controls the supply of combustion air to the heater 1 by using a lever 65 to change the size of a Regu lier resistance 66 to regulate the speed of the electric machine 23 of the charging group. The inflowing amount of combustion air is measured in the diaphragm 15 and the gap difference in this diaphragm is transmitted via lines 67 and 68 to the measuring piston 52 loaded by a spring 70, which then causes the control slide 51 to return to its central position .
The operation of the described system is as follows: Assume that the bypass valve 13 is closed. When the load of the generator 12 increases, the speed of the turbine 4 drops, so that a regulator 69 used to regulate the output brings about an increase in the pressure level in the circuit through which the working medium passes by extracting working medium from a storage device in a manner known per se and therefore not shown more likely to enter the cycle. The pressures in the lines 28 and 29 increase proportionally to the pressure increase in the circuit, so that the pistons 30 and 31 move to the right, and in turn they also move the lever 34 parallel to themselves to the right.
The curve tracks 36 and 37 are therefore shifted to the right and push the plungers 42 and 43 upwards. This upward movement is followed by the two control slides 49 and 51, so that pressurized oil can flow out of the servomotor 53 and the control valve 58 therefore releases more flow cross-section. In this way, pressurized oil can get from the line 39 into the servomotor 54, with the result that the regulating resistor 66 is influenced in the sense of an increase in the speed of the electrical machine 23 of the charging group.
Because of the increased fuel pressure in the line 63, the piston 50 is also pressed upwards against the spring 64, where with the help of the lever 47 the control slide 49 leads back to its central position, so that the fuel supply re applicable valve 58 to Calm comes; However, this does not happen until the desired fuel quantity determined by the cam track 36 has been set.
The increased amount of combustion air sucked in causes a greater pressure drop in the diaphragm 15 and thus a lower pressure in the line 68, so that the piston 52 moves upwards, overcoming the influence of a spring 70, and brings the control slide 51 back into its central position. The servomotor piston 56 only comes to rest after the target amount of combustion air determined by the cam track 37 has been set.
When the generator 12 is suddenly relieved of load, the speed of the turbine 4 increases and the power regulator 69 opens the bypass valve 13 in accordance with the reduction in load that has occurred. The pressure in line 5 now rises while it falls in line 10. As a result, the piston 30 moves to the right, while the piston 31 moves to the left, so that the lever 34 is rotated in a clockwise direction about a point 71, which lies between the two articulation points 72 and 73 of the rods 32 and 33, respectively.
As a result, the cam tracks 36 and 37 are shifted to the left, that is, in the sense of a reduction in the amount of fuel and combustion air supplied.
In the system described, two pressures prevailing at different points (lines 5 and 10) of the working medium circuit regulate both the amount of fuel flowing through the control valve per unit of time and the amount of combustion air drawn in by the compressor 16 per unit of time. Since in line 3, apart from the pressure gradient caused by the flow, there is the same pressure as in line 10, so it can be said that
that the inflowing amount of fuel and the inflowing amount of combustion air as a function of the inlet pressure of the turbine 4 and the pressure at the outlet of this turbine are regulated. The amounts of fuel and combustion air to be supplied, based on the movements triggered by the cam tracks 36 and 37, are regulated parallel to one another.
The pressures of the circuit which are considered can expediently act in a linear combination on the regulation, that is to say on the valve 58 regulating the fuel supply and the device 65, 66, 23 regulating the combustion air supply.
In the present context, a linear combination is understood to mean that a quantity: k1. p1 + <B><I>k,.</I> </B> p #, regulates the fuel and combustion air quantities, where p1 and p. two different pressures of the circuit and k1 and p = two constants.
These constant constants are determined by the conditions on the lever 34, the spring constants of the pistons 30 and 31 and the cross-sectional areas of these pistons.
The temperature controller 46 shown in Figure 1, which acts on both the control valve 58 and the combustion air supply re geling device 65, 66, 23 can be influenced, for example, depending on a final heating temperature of the circulating working medium. The fan 25 for conveying the circulating gas, with the help of which the heat output to the heating systems present in the heater (acting on the flow rate of the heating gases) can be influenced, can be operated by a special turbine instead of an electric motor, or are driven by the charging group 21, 16, 23 at a controllable speed.
Fig. 2 shows how the invention can be implemented in the case where a reheating of the partially expanded working means takes place, that is, when the heat must be supplied to the working medium in more than one heater. In this figure, 80 denotes a first heater, in which the circulating working medium coming from a compressor 81 via a heat exchanger 82 is to be supplied with heat from the outside through a heating system 83.
The working medium heated in this way then passes into a high-pressure turbine 84, where it is partially expanded while delivering power to the compressor 81, in order to then flow over a line 85 for the purpose of renewed heating in the heating system 86 of a reheater 87. The re-heated working medium passes through a line 88 into a low pressure turbine 89, where it expands to a final pressure while delivering power to a useful power receiver 90 designed as a generator. The working medium thus relaxed finally reaches the compressor 81 again through a line 91 via the heat exchanger 82 and a cooler (not shown) in order to be brought up to a higher pressure here again.
Combustion air sucked in and compressed by an auxiliary compressor 109 is conveyed here through a line 110 into the intermediate heater 87, from which the fresh air that has not yet been used flows over into the heater 80 together with the exhaust gases.
The amount of fuel and combustion air to be supplied to the heaters 80 and 87 is regulated here as a function of three pressures prevailing at different points in the circuit, which interact with each other, as described in connection with the two circuit rule pressures of the first exemplary embodiment - be brought.
For example, the circulation pressure prevailing at a point 92 immediately in front of the high-pressure turbine 84 acts via a line 93 on a spring-loaded measuring piston 94, and the circulation pressure prevailing at a point 95 between the two turbines 84 and 89 via a guide trough 96 on a spring-loaded one Measuring piston 97 and finally the circuit pressure prevailing at a point 98 behind the low-pressure turbine via a line 99 to a spring-loaded measuring piston 100.
The desired interaction of the pressures prevailing at the aforementioned three points 92, 95, 98 of the circuit is achieved with the help of a system of three levers 101, 102 and 103 for the control of the heaters 80 and 8 7 inflowing fuel and combustion air quantities. The volumetric flasks 100 and 97 are linked to the lever 101, of which the volumetric flask 100 is also linked to the lever 103 and the volumetric piston 97 is also linked to the lever 102. The measuring piston 94 is in turn articulated both to the lever 102 and to the lever 103. The lever.
101 determines the position of a curved path 104 from which, in the same way as in connection with the curved path 36 of the Fif-. 1 has been described, a valve <B> 107 </B> which regulates the fuel flow to the heater 87 is set. In a corresponding manner, a valve 108 regulating the flow of fuel to the heater 80 is set from the cam track 105. The curve path <B> 106 </B> finally, in a manner similar to that described in connection with the curve path 37 in FIG. 1, defines the amount of combustion air that is sent from the auxiliary compressor 109 through the line <B> 110 </ B> is promoted into the heater 87.
The parts corresponding to the control device 66, 23 of FIG. 1 are given the reference symbols 111 and 112 in FIG.
For the sake of completeness, it should be mentioned that 113 and 114 designate two temperature regulators influenced by different circuit temperatures, which have to act analogously to the temperature regulator 46 of FIG. 1 and, for example, under the action of the end temperatures on which the working fluid in the heater 87 or .80 is to bring, can stand. Such temperature regulators can, however, also be influenced by pipe temperatures, temperatures of the combustion chamber wall and the like.
As has been described in connection with FIG. 2, it can thus be achieved even with intermediate heating of the working medium by applying the invention that the heat to be supplied from the outside according to the power output of the turbines is in the correct amount to the various heaters or is distributed to the different heating systems of one and the same heater, if such a heating system for heating the working medium at a higher pressure and a heating system for heating the working medium part at lower pressure are accommodated.
Since the mutual allocation of fuel and combustion air quantities are not always precisely known in advance and, if the load changes, the combustion air quantity can change much more slowly than the fuel quantity, it may be advisable to primarily use the combustion air only to avoid excess fuel to regulate quantities, while the fuel quantities can be regulated according to the change in the combustion air quantities.
If necessary, the device for regulating the combustion air supply or both the control element for the fuel supply and the device for regulating the combustion air supply can simultaneously be in operative connection with means which regulate the fan circulating the combustion gases, i.e. the amount of circulating gas.
The heaters, in which external heat is to be supplied to the circuit, can be operated with liquid, gaseous or solid fuels. As a solid fuel z. B. coal dust for use. come.