DD276119A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING PROVISIONS FOR THE SPEED CONTROL DEVICE FOR STARTING STEAM TURBINES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Vorgaben fuer die Drehzahl-Regeleinrichtung beim Drehzahlerhoehungsprozess waehrend des Anfahrens von Dampfturbinen, fuer den in Abhaengigkeit vom Ausgangswaermezustand der anzufahrenden Turbine eine begrenzte Anzahl starrer Anfahrkurven mit Drehzahlsteigerungen und Haltedrehzahlen nach der Zeit vorgegeben sind. Bei einem Ausgangswaermezustand der Turbine, der zwischen zwei benachbarten Anfahrkurven zugehoerigen Werten liegt, werden mit Hilfe der Kennwerte dieser Kurven nach einer Interpolationsmethode neue Werte fuer den Drehzahlsteigerungsgradienten und die Drehzahlhaltezeichen ermittelt und der Regeleinrichtung der Turbine vorgegeben. Eine Anordnung zur Ermittlung dieser Vorgaben und zur Aufschaltung auf die Drehzahl-Regeleinrichtung ist offenbart. Fig. 2The invention relates to a method for determining specifications for the speed control device during the speed increase process during the startup of steam turbines, for which a limited number of rigid Anfahrkurven with speed increases and holding speeds are given after the time dependent on the Ausgangswaermezustand the turbine to be approached. In the case of an initial heat state of the turbine, which lies between two neighboring start-up curves, new values for the speed increase gradient and the speed-stop signs are determined by means of the characteristic values of these curves according to an interpolation method and predefined for the control device of the turbine. An arrangement for determining these specifications and for connecting to the speed control device is disclosed. Fig. 2
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zar Ermittlung von Vorgaben für die Drehzahl-Regeleinrichtung beim Drehzahlerhöhungsprozeß während des Anfahrens von Dampfturbinen und eine Anordnung zur Realisierung des Verfahrens.The invention relates to a method zar determination of specifications for the speed control device in the speed increase process during the startup of steam turbines and an arrangement for implementing the method.
Während des Anfahrvorganges einer Turbine werden die einzelnen Turbinenteile hohen Spannungen ausgesetzt. Deshalb muß die Turbinenerwärmung stufenweise erfolgen, um Spannungen, die für die mechanische Festigkeit gefährlich werden können, zu vermeiden. Dabei ist eine übermäßige Verzögerung der Inbetriebnahme unerwünscht, weil sich damit die Anfahrverluste erhöhen.During the starting process of a turbine, the individual turbine parts are exposed to high voltages. Therefore, turbine heating must be stepped to avoid stresses that may be hazardous to mechanical strength. An excessive delay in commissioning is undesirable because it increases the starting losses.
Ausgehend von diesen Fordei Jngen werden vom Turbinenhersteller für jeden Turbinentyp Anfahrkurven für eine optimale Anfahrbetriebsweise vorgegeben. In Abhängigkeit vom Ausgangswärmozustand der Turbine wird zwischen Kalt·, Warm· und Heißstart unterschieden. Dafür sind in begrenzter Anzahl starre Anfahrkurven erarbeitet, in deren Anlehnung der Anfahrprozeß (Drehzahlerhöhung) vorgenommen wird, nachdem mittels ausgewählter Temporaturmeßstellen an den kritischen dickwandigen Bauteilen der Dampfturbine der Ausgangswärmezustand zur Auswahl einer Anfahrkurve ermittelt worden ist (Autorenkollektiv: Fachkunde Dampfturbinenbetrieb, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 3. Auflage, 1977, S. 230 ff.).Starting from these Fordei Jngen are from the turbine manufacturer for each type of turbine start-up curves for an optimal start-up mode specified. Depending on the initial heat condition of the turbine, a distinction is made between cold, warm and hot start. For a limited number of rigid Anfahrkurven be worked out in their likelihood of the startup process (speed increase) is made by means of selected Temporaturmeßstellen on the critical thick-walled components of the steam turbine, the initial heat state for selecting a Anfahrkurve has been determined (Author collective: Fachkunde steam turbine operation, VEB Deutscher Verlag for Basic Industry Leipzig, 3rd edition, 1977, p. 230 ff.).
In der Regel ist es nun so, daß die Dampfturbine aus einem Wärmezustand heraus angefahren wird, der zwischen den der bekannten Anfahrkurven liegt und das Bedienpersonal kurzfristig und treffsicher zu entscheiden hat, wie der Anfahrprozeß zu gestalten ist. Die für den Anfahrprozeß bei Zwischenwärmezuständen der Dampfturbine aus den Anfahrkurven zu bestimmenden Anfahrvorgaben, wie Drehzahlsteigerungsgradient und Drehzahlhaltezeit, werden manuell mit Hilfe der Drehzahlverstelleinrichtung für die Drehzahlsteigerung des Turbosatzes umgesetzt und unterliegen damit dem individuellen Ermessen des Bedienpersonals, den Drehzahlerhöhungsprozeß zu beschleunigen oder zu verlangsamen, die Gefahr des subjektiven Einflusses ist dabei groß.In general, it is now so that the steam turbine is approached from a heat state out, which is between the known Anfahrkurven and the operator has to decide quickly and accurately, as the startup process is to be designed. The Anfahrvorgaben to be determined for the starting process at Zwischenwärmezuständen the steam turbine from the Anfahrkurve, such as Drehzahlsteigerungsgradient and speed hold time, are manually implemented by means of Drehzahlverstelleinrichtung for increasing the speed of the turbo set and are subject to the individual discretion of the operating staff to accelerate or slow down the speed-increasing process, the Danger of subjective influence is great.
Daraus ergibt sich, daß allein mit den starren Anfahrprogrammen die vorgesehene Bauteillebensdauer und minimale Verluste nicht gewährleistet werden können.It follows that only with the rigid start-up programs the intended component life and minimal losses can not be guaranteed.
Um den Belangen der Werkstoffbeanspruchung der dickwandigen Bauteile beim Anfahrprozeß besser gerecht zu werden, ist weiterhin bekannt, daß der Drehzahlerhöhungsprozeß einschließlich das Hochfahren auf Nennlast der Dampfturbinen automatisiert vorgenommen wird (Martin, P.: Temperaturleitgerät für Kraftwerksturbinen, BWK, 36 [1984112,499-508; DE-OS 1551212). Mittels speziell eingesetzterTemperaturgradienten-Überwachungssystemefürdie kritischen Bauteile wird die Wärmeverteilung ermittelt und daraus die zulässigen Wärmespannungen sowie die Freibeträge (ΔΤ(,,ι) für das Anfahren (US 4558227). Die Freibeträge bestimmen die Geschwindigkeit ior Drehzahlsteigerung (= Beschleunigung) im Hochfahrregler. Nachteilig hierbei ist der erhebliche gerätetechnische Aufwand sowie das Vorhandensein solcher Algorithmen für die Programmsteuerung und Regelung, die den Drehzahlsteigerungsprozeß nach Kriterien der Materialbeanspruchung beschreiben müssen. Für die Nachrüstung an bestehenden Dampfturbinenanlagen sind diese Lösungen kaum geeignet, da sie erhebliche Aufwendungen und umfangreiche Eingriffe in die vorhandenen und bestehenden Regelungssysteme erfordern würden.In order to better meet the requirements of the material stress of the thick-walled components during the start-up process, it is also known that the speed increase process, including ramping up to the rated load of the steam turbines, is automated (Martin, P .: Temperaturleitgerät für Kraftwerksturbinen, BWK, 36 [1984112,499- 508; DE-OS 1551212). The heat distribution is determined by means of specially employed temperature gradient monitoring systems for the critical components, and from this the permissible thermal stresses and the allowances (ΔΤ ( ι) for starting off (US 4558227).) The allowances determine the speed ior speed increase (= acceleration) in the acceleration controller is the considerable equipment expense and the existence of such algorithms for program control and regulation, which must describe the speed increase process according to criteria of material stress for retrofitting to existing steam turbine plants, these solutions are hardly suitable because they are considerable expenses and extensive interference with the existing and existing Would require regulatory systems.
Ziel der Erfindung ist es, bei Dampfturbinen, für die nur in begrenzter Anzahl starre Anfahrkurven vorliegen und der Drehzahlerhöhungsprozeß aus Zwischenwärmezuständen vorgenommen werden muß, subjektive Fehler bei der Ermittlung der Anfahrvorgaben auszuschalten und die Anfahrzeit entsprechend den Gegebenheiten möglichst kurz zu gestalten.The aim of the invention is in steam turbines, for which there are only a limited number of rigid Anfahrkurven and the speed increase process must be made of intermediate heat conditions, subjective errors in determining the Anfahrvorgaben off and make the start-up time as short as possible according to the circumstances.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Erfüllung der Zielstellung oin Verfahren anzugeben, mit dem aus den vorhandenen starren Anfahrkurven für Ausgangswärmezuständo, die dazwischen liegen, auf der Basis der Interpolation objektive Anfahrvorgaben ermittelt und für den Drehzahlerhöhungsprozeß vorgegeben werden. Erfindungsgemäß wird bei einem Ausgangswärmezustand der Turbine - in bekannter Weise durch Messung der Metalltemperatur des kritischen Bauteils festgestellt- der zwischen zwei benachbarten Anfahrkurven zugehörigen Werten liegt, mit Hilfe der Kennwerte dieser beiden Anfahrkurvon der Drehzahlsteigerungsgradient nach der BeziehungThe invention has for its object to provide for the achievement of the objective oin method, with the basis of the interpolation objective Anfahrvorgaben determined from the existing rigid Anfahrkurven for Ausgangswärmezuständo, which are interposed, and specified for the speed increase process. According to the invention, at an initial heat state of the turbine - determined in a known manner by measuring the metal temperature of the critical component - between two adjacent Anfahrkurven associated values, using the characteristics of these two Anfahrkurvon the Drehzahlsteigerungsgradient according to the relationship
^, (T0-T1)I^f=-^, (T 0 -T 1 ) I ^ f = -
T0 - AT1 \ e T 0 - AT 1 \ e
ermittelt und der Regeleinrichtung der Turbine vorgegeben in derdetermined and the control device of the turbine specified in the
η, = zu erreichende Haltedrehzahlη, = to be reached holding speed
n0 = Ausgangsdrehzahln 0 = output speed
Kurve T1 = Zeit vom Boginnder Drehzahlsteigerung bis zum Erreichen der folgenden Haltedrehzahl gem. oberer benachbarterCurve T 1 = time from Boginnder speed increase until reaching the following holding speed acc. upper neighbor
&m = gemesseneAusgangsmetalltemperatur & m = measured exit metal temperature
O0 = die der unteren benachbarten Anfahrkurve zugehörige Ausgangsmetalltomperatur θ^ «* die der oberen benachbarten Anfahrkurve zugehörige AusgangsmetalltemperaturO 0 = the Ausgangsmetalltomperatur associated with the lower adjacent Anfahrkurve θ ^ * * of the upper adjacent Anfahrkurve associated output metal temperature
bedeuten, während die Drehzahlhaltezeiten nach der Beziehungmean while the speed hold times after the relationship
ι-θ«ι-θ "
~ Tn.i' "~ T ni '"
θ,-β.θ, -β.
bestimmt und ebenso der Regeleinrichtung der Turbine vorgegeben werden, in derdetermined and also the control device of the turbine are specified in the
bedeuten.mean.
Zur Realisierung des Verfahrens dient eine Anordnung, in der zwei Rechenschaltungen vorgesehen sind, die jeweils zur Bildung von aus den vorliegenden und elektrisch abgespeicherten Anfahrkurven in Abhängigkeit von der den Wärmezustand der Turbine kennzeichnenden Metalltemperatur abgeleiteten, den Drehzahlbereichen zugeordneten Polygonzügen for den Drehzahlsteigerungsgradienten und die Drehzahlhaltezeiten dienen. Die Ausgänge der Rechenschaltungen sind an Bewertungsschaltungen gelegt, in denen die Ausgangssignale der Rechenschaltungen mit dem durch Differentation des Wertes der repräsentativen Metalltemperatur und Vergleich mit dem zulässigenTemperaturgradienten gewonnenen Ist-Gradienten der Temperatur verknüpft und ihrerseits in zulässigen Bereichen gehalten werden. Der so ermittelte Drehzahlsteigerungsgradient und die so ermittelten Drehzahlhaltezeiten sind zusammen mit dem Istwert der Turbinondrehzahl einer Steuereinheit zugeführt, in der der vorgegebene Sollwert für den Drehzahlsteigerungsgradienten entweder auf einen dem eigentlichen Drehzahlregler der Turbine übergeordneten Regler durchschaltbar ist oder bei Erreichen einer Haltedrehzahl auf Null gesetzt wird. In dem übergeordneten Regler wird durch Vorgleich mit dem durch Differentiation gewonnenen Ist-Gradienten der Drehzahl der Sollwert für die Drehzahl gebildet, der dem Drehzahlregler aufgeschaltet ist.For the realization of the method, an arrangement is provided in which two computing circuits are provided, each for the formation of the present and electrically stored Anfahrkurven depending on the heat state of the turbine characterizing metal temperature derived, the speed ranges associated polygons for the speed increase gradient and the speed hold times are used , The outputs of the arithmetic circuits are applied to evaluation circuits in which the output signals of the arithmetic circuits are combined with the actual temperature gradient obtained by differentiating the value of the representative metal temperature and comparing with the permissible temperature gradient and, in turn, are kept within permissible ranges. The thus determined speed increase gradient and the thus determined speed hold times are fed together with the actual value of the turbine speed of a control unit in which the predetermined target value for the Drehzahlsteigergradienten either on the actual speed controller of the turbine higher-level controller is switched or is set to zero when reaching a holding speed. In the higher-level controller, the nominal value for the rotational speed, which is applied to the speed controller, is formed by equalization with the actual gradient of the rotational speed obtained by differentiation.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit relativ geringem Aufwand unkompliziert für jeden Ausgangswärmezustand dor Turbine objektive, zeitoptimierte und werkstofforientierte Anfahrvorgaben gebildet und der Drehzahlregeleinrichtung aufgeschaltet werden können. Die Lösung ist besonders zum Nachrüsten bestehender Anlagen geeignet, für die nur wenige feste Anfahrkurven vorliegen.The advantage of the invention is that with relatively little effort uncomplicated for each output heat state dor turbine objective, time-optimized and material-oriented Anfahrvorgaben formed and the speed control device can be switched. The solution is particularly suitable for retrofitting existing systems for which only a few fixed starting curves are available.
Die nähere Erläuterung erfolgt an Hand der Zeichnung. Darin zeigt Fig. 1 ein Drehzahl/Zeit-Diagramm für den Drehzahlerhöhungsprozeß beim Anfahren einer Dampfturbine und Fig. 2 auszugsweise ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Realisierung des Verfahrens nach der Erfindung.The detailed explanation is based on the drawing. 1 shows a speed / time diagram for the speed increase process when starting a steam turbine, and FIG. 2 shows, in excerpts, a block diagram of an arrangement for implementing the method according to the invention.
Gemäß Fig. 1 stellen die Kurven A, B vorliegende starre Anfahrkurven (Drehzahlerhöhung) für einen Kaltstart und einen Warmstart dar.According to FIG. 1, the curves A, B present rigid start-up curves (speed increase) for a cold start and a warm start.
Es ist ersichtlich, daß der zwischen den Kurven schraffierte Bereich eine Vielzahl von Drehzahlerhöhungskurven ermöglicht bzw. die Drehzahlhaltezeiten unterschiedlich lang gewählt werden können. Liegt nun ein Zwischenwärmezustand vor (zwischen der bekannten Kaltstart· und Warmstartkurve), so verdeutlicht die gestrichelte Kurve C die gemäß der Erfindung ermittelte und zu realisierende Drohzahlerhöhung. Damit ist eine zeitoptimierte und für das Bauteil Dampfturbine werkstofforientierte Drehzahlerhöhungskurve vorgegeben wird.It can be seen that the hatched area between the curves allows a plurality of speed increase curves and the speed hold times can be chosen to be different lengths. If now there is an intermediate heat state (between the known cold start and warm start curve), then the dashed curve C illustrates the determined according to the invention and to be realized Drohzahlerhöhung. Thus, a time-optimized and for the component steam turbine material-oriented speed increase curve is specified.
Gemäß Fig. 2 wird in einer Rechenschaltung 1 aus den in der Betriebsverschrift in begrenzter Anzahl vorliegenden Anfahrkurven ein Polygonz,ug ermittelt, der die Abhängigkeit des Drehzahlsietgerungsgradienten ή von der Metalltemperatur Bm des kritischen Bauteils der Turbine erfaßt. In einer weiteren Rechenschaltung 2 wird ein Polygonzug für den Zusammenhang zwischen der HaltezeitTnund der Metalltemperatur festgelegt. Da sich dioserZusammenhang für den Drehzahlsteigerungsgradienten und «•ie Haltezeit auch noch in Abhängigkeit der Drehzahl der Turbine ändert, wird in den Haltepunkten der Turbine auf den Polygonzug umgeschaltet, der für den nächsten Drehzahlbereich zutrifft. Mit Hilfe dieser Polygonzüge ist für jede Bauteiltemperatur der Turbine ein Drehzahlstetgerungsgradient und eine Haltezeit eindeutig bestimmbar. Weiterhin wird aus der repräsentativen Metalltemperatur Öm in einem Differenzierglied 8 der Temperaturgradient On, gebildet. Dieser Ist-Gradient wird In dom Summlerglied 9 mit dem zulässigen Temperaturgradienten On, verglichen. Mit der Abweichung AÖm wird der Drehz/ Slstelgerungsgradient bzw. die Haltezeit gemäß Polygonzug in Bewertungsschaltungen 3; 4 so beeinflußt, daß der Ist-Gradient im zulässigen Bereich liegt.According to FIG. 2, in an arithmetic circuit 1, a polygraph, which detects the dependence of the rotational speed gradient ή on the metal temperature B m of the critical component of the turbine, is determined from the starting curves present in the operating transcript in a limited number. In a further calculation circuit 2, a polygon for the relationship between the holding time T n and the metal temperature is set. Since the relationship for the speed increase gradient and the holding time also change depending on the speed of the turbine, the traction points of the turbine are switched over to the traverse that applies for the next speed range. With the aid of these traverses a Drehzahlstetgerungsgradient and a holding time is uniquely determined for each component temperature of the turbine. Furthermore, the temperature gradient O n is formed from the representative metal temperature Ö m in a differentiating element 8. This actual gradient is compared in the summing element 9 with the permissible temperature gradient O n . With the deviation AÖ m the Drehz / Slstelgerungsgradient or the holding time according to the polygon in evaluation circuits 3; 4 influenced so that the actual gradient is within the permissible range.
sowie der Istwert der Turbinendrehzahl nirt als Eingangsgrößen liegen, wird der Drehzahisteigerungsgradient auf technologischsinnvolle Werte begrenzt und als Sollgradient ή, an den übergeordneten Regler β gelegt.As well as the actual value of the turbine speed n irt are as input variables, the speed of rotation gradient is limited to technologically sensible values and as desired gradient ή, placed on the higher-level controller β.
vorgegeben.specified.
Claims (1)
T1 = Zeit vom Beginn der Drehzahlsteigerung bis zum Erreichen der folgenden Haltedrehzahlgem. lower adjacent curve
T 1 = time from the beginning of the speed increase until reaching the following holding speed
Qn, = gemessene Ausgangsmetalltemperaturgem. Upper adjacent approach curve
Q n , = measured output metal temperature
Tn, 1 = Zeiten für die einzuhaltenden konstanten Haltedrehzahlen gem. oberer benachbarter AnfahrkurveApproach curve and
T n , 1 = times for the constant holding speeds to be complied with in accordance with. Upper adjacent approach curve
2. Anordnung zur Ermittlung von Vorgaben für die Drehzahl-Regeleinrichtung beim Drehzahlerhöhungsprozeß während des Anfahrens von Dampfturbinen, für die in Abhängigkeit vom Ausßangswärmezustand der anzufahrenden Turbine eine begrenzte Anzahl starrer Anfahrk'jrven mit Drehzahlsteigerungs- und Haitedrehphasen nach der Zeit vorgegeben sind, gekennzeichnet dadurch, daß zwei Rechenschaltungen (1; 2) die jeweils zur Bildung von aus den vorliegenden und elektrisch abgespeicherten Anfahrkurven in Abhängigkeit von der den Wärmezustand der Turbine kennzeichnenden Metalltemperatur [Qm) abgeleiteten, den Drehzahlbereichen zugeordneten Polygonzügen für den Drehzahlsteigerungsgradienten und die Drehzahlhaltezeiten dienen, vorgesehen sind, deren Ausgänge an Bewertungsschaltungen (3; 4) gelegt sind, in denen die Ausgangssignale der repräsentativen Metalltemperatur ($m) und Vergleich mit dem zulässigen Temperaturgradienten (O012) gewonnenen Ist-Gradienten der Temperatur (Aen,) verknüpft und ihrerseits in zulässigen Bereichen gehalten werden, und das der so ermittelte Drehzahlsteigerungsgradient (ή) und die Drehzahlhaltezeiten (tn) zusammen mit dem Istwert der Turbinendrehzahl (nist) einer Steuereinheit (5) zugeführt sind, in der der vorgegebene Sollwert (ή,) für den Drehzahlsteigerungsgradienten entweder auf einen dem eigentlichen Drehzahlregler (7) der Turbine übergeordneten Regler (6), in dem durch Vergleich mit dem durch Differentation .gewonnenen Ist-Gradienten der Drehzahl (nlct) der Sollwert für die Drehzahl (n,) gebildet wird, durchschaltbar ist oder aber bei Erreichen einer Haltedrehzahl auf Null gesetzt wird.mean.
2. An arrangement for determining speed governing means in the speed increasing process during the startup of steam turbines for which a limited number of rigid starting vehicles are provided with rotational speed and Haitrehrehphasen after the time depending on Ausßangärärzustand the turbine to be driven, characterized characterized in that two computing circuits (1; 2) are provided which each form the polygon trains for the speed increase gradient and the speed hold times, which are derived from the present and electrically stored starting curves as a function of the metal temperature [Q m ] characterizing the heat state of the turbine whose outputs are applied to evaluation circuits (3; 4) in which the actual temperature gradient (Ae n ,) v. s of the output signals of the representative metal temperature ($ m ) and comparison with the permissible temperature gradient (O 012 ) are obtained and in turn are kept within permissible ranges, and that the thus determined speed increase gradient (ή) and the speed hold times (t n ) together with the actual value of the turbine speed (n ist ) are fed to a control unit (5) in which the predetermined setpoint value (ή , for the speed increase gradient either to a governor (6) of the actual speed controller (7) of the turbine, in which the setpoint for the speed (n,) is obtained by comparison with the actual gradient of the speed (n lct ) obtained by differentiation. is formed, is switchable or is set to zero when reaching a holding speed.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD32065888A DD276119B5 (en) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | Method and arrangement for determining specifications for the speed control device when starting up steam turbines |
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DD276119A1 true DD276119A1 (en) | 1990-02-14 |
DD276119B5 DD276119B5 (en) | 1996-05-30 |
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DD (1) | DD276119B5 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19616178A1 (en) * | 1995-07-14 | 1997-01-16 | Ver Energiewerke Ag | Supply and release of high steam pressure to steam turbine electricity generator - using dual boilers, pressure reduction units and control circuits passing signals to regulators |
-
1988
- 1988-10-12 DD DD32065888A patent/DD276119B5/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19616178A1 (en) * | 1995-07-14 | 1997-01-16 | Ver Energiewerke Ag | Supply and release of high steam pressure to steam turbine electricity generator - using dual boilers, pressure reduction units and control circuits passing signals to regulators |
DE19616178C2 (en) * | 1995-07-14 | 1998-07-16 | Ver Energiewerke Ag | Method for loading and unloading the high pressure part of a steam turbine operated with a duo steam boiler block |
Also Published As
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DD276119B5 (en) | 1996-05-30 |
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