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Dampfkraftanlage mit Zwischenüberhitzung und mindestens zwei Kesseln
Bei Dampfkraftanlagen kommt es vielfach vor, daß zwei Dampfkessel auf einen gemeinsamen
Verbraucher arbeiten und jedem Kessel noch ein Zwischenüberhitzer zugeordnet ist,
wobei unter Umständen für den zwischenüberhitzten Dampf ebenfalls ein gemeinsamer
Verbraucher vorgesehen ist. Als Verbraucher kommen dabei meist Dampfturbinen in
Betracht. Die Erfindung hat darüber hinaus aber auch Bedeutung für Dampfverbraucher
anderer Art, insbesondere wenn der zwischenüberhitzte Dampf, im folgenden als Zwischendampf
bezeichnet, anderen Zwecken, z. B. der Beheizung in industriellen Anlagen, dienen
soll.
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In manchen Fällen sind nun die Kessel verschieden groß oder zumindest
verschiedenartig aufgebaut oder beheizt. Vielfach ist man auch bestrebt, beim Übergang
auf Schwachlast nur einen Kessel herunterzuregeln, den anderen aber mit voller Last
weiterzubetreiben. Wenn dann die Dampflieferung bei den beiden Kesseln insofern
ungleich wird, als der eine Kessel mehr oder weniger Dampf liefert als der andere,
so sind damit hinsichtlich der Aufteilung der Zwischendampfmengen undefinierte Verhältnisse
vorhanden, die die wirtschaftliche Ausnutzung der Kessel in Frage stellen. Dieses
Problem ist besonders dann wichtig, wenn bei Anwendung von Schmelzkammerfeuerungen
mit Rücksicht auf den Aschefluß der eine Kessel niedrigbelastet mit Trockenentaschung
fährt, während der andere hochbelastet mit flüssigem Ascheabzug arbeitet.
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Es ist an sich bereits eine Dampfkraftanlage bekanntgeworden, bei
der mindestens zwei Kessel mit Zwischenüberhitzern auf gemeinsame Verbraucher arbeiten
und bei der gleichfalls mindestens einer der Kessel Schwankungen hinsichtlich der
Frischdampftemperatur gegenüber einem anderen. Kessel unterworfen ist. Bei dieser
und einer anderen bekannten Dampfkraftanlage ist eine selbsttätig arbeitende Regelung
vorgesehen, die die Zwischendampfmengen auf die Kessel verteilt und dabei eine vollständige
Offenhaltung mindestens einer der den Dampf zu den Zwischenüberhitzern führenden.Leitungen
sicherstellt. Die Regelung der den einzelnen Zwischenüberhitzern zuströmenden Dampfmengen
erfolgt in solcher Weise, daß ihre Austrittstemperaturen einander gleich sind, wobei
zur Erreichung geringerer Druckabfälle stets mindestens ein zu einem Zwischenüberhitzer
gehöriges Regelorgan voll geöffnet ist.
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Während bei den bekannten Anlagen eine Regelung in Abhängigkeit von
den Zwischendampftemperaturen vorgenommen wird, besteht die Erfindung in einer solchen
Ausbildung der Regelung, daß in Abhängigkeit von den durch Meßeinrichtungen laufend
überwachten Frischdampfmengen der einzelnen Kessel eine von diesen Mengen abhängige,
insbesondere proportionale Verteilung der Zwischendampfmengen erfolgt. Es werden
also nicht die Zwischendampftemperaturen überwacht, sondern die Dampfmengen, denn
diese stellen erst ein Abbild der Kesselbelastungen dar. Beim Übergang auf Schwachlastbetrieb
ist auf diese Weise ein wirtschaftliches Arbeiten der Anlage zu erreichen, da man.
nur einen Kessel mit geringer Last betreibt und dessen Dampflieferung entsprechend
gering wird. Durch die laufende Überwachung der Frischdampfmengen ist es möglich.,
eine besonders günstigeVerreiliung der Zwischendampfmengen sicherzustellen. Die
Erfindung ermöglicht eine solche Verteilung auch bei Vorhandensein von mehr als
zwei Kesseln und Zwischenüberhitzern.
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Die Regeleinrichtung läßt sich so aufbauen, daß eine auf Gleichgewichtszustände
bzw. Unsymmetrien ansprechende Vergleichs- oder Kompensationsschaltung, insbesondere
eine Brückenschaltung, vorgesehen ist. In dieser Schaltung lassen sich elektrische
Größen, die von den jeweiligen Frischdampf- und Zwischendampfmengen hergeleitet
werden, derart miteinander vergleichen und zur Bildung von Differenzspannungen heranziehen,
daß zumindest die Richtung der Differenzspannung, gegebenenfalls auch deren Spannungswert,
als Steuergröße dient. So kann z. B. mit geeigneten Dampfmengenmessern jeweils ein
veränderlicher Widerstand in der Weise verbunden sein, da,ß unterschiedlichen Dampfmengen
unterschiedliche Widerstandswerte entsprechen. Die Dampfmengenmesser lassen sich
in die Frischdampf- und Zwischendampfleitungen der Kessel einbauen. Die veränderlichen
Widerstände, deren unterschiedliche Widerstandswerte den Dampfmengen entsprechen,
können die Brückenzweige einer Wheatstoneschen Brücke darstellen,
wobei
an die eine Brückendiagonale die Hilfsspannung angelegt wird und in der anderen
Diagonale der Regler liegt. Der Regler gibt dann jeweils einen Steuerimpuls, wenn
das Verhältnis der Zwischendampfmenge von denjenigen. der Frischdampfmengen abweicht.
Solche Steuerimpulse können, wahlweise auf den einen oder anderen Schieber der Zwischendampfleitung
einwirken.
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Es ist zweckmäßig, -Mittel zur Beeinflussung der Steuerglieder zum
Du.Fchfluße@höhen und Verringern der Zwischendampfleitungen vorzusehen, die ein
völliges Öffnen von einer der Leitungen sicherstellen. Zu diesem Zweck können an
den Schließvorrichtungen selbst oder an mit diesen mechanisch oder elektrisch in
Verbindung stehenden Teilen Endschalter od. dgl. vorgesehen sein, die bei Abgabe
von Regelimpulsen, welche sich auf zwei Steuerglieder gegenläufig in öffnendem und
schließendem Sinne auswirken, einen Schließvorgang der einen Vorrichtung erst bei
voller Öffnung der"anderen Vorrichtung erlauben. Dadurch wird stets der geringstmögliche
Widerstand in der Zwischendampfleitung erzielt.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Dieselbe
zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in
stark vereinfachter und schematischer Darstellung.
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Fig. 1 zeigt das allgemeine Regelprinzip, während Fig.2 die Wirkungsweise
der geschilderten Endschalter veranschaulicht.
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Die beiden Kessel sind mit 1 und 2 bezeichnet. In den zugehörigen
Frischdampfleitungen 3 und 4 sind Dampfmengenmesser M1 und M2 vorgesehen, die mechanisch
oder elektrisch mit Regelwiderständen oder Potentiometern P 1 und P 2 in Verbindung
stehen. Die Frischdampfleitungen sind einer Höchstdruckturbine 5 zugeordnet, deren
Regel- und Schnellschlußventile durch die Einrichtung 6 versinnbildlicht sind. Der
Austritt der Höchstdruckturbine 5 gabelt sich auf die beiden Zwischen.überhitzer
7 und 8 auf, welche den Kesseln 1 und 2 zugeordnet sind. In den Zwisch.endampfleitungen
9 und 10 befinden sich jeweils zwei Schieber, die mit S1 und S2 bezeichnet sind.
Die jeweiligen Zwischendampfmengen können durch die Zwischendampfmengenmesser ZM
1 und ZM2 laufend überwacht werden. Den Zwischendampfmengenmessern sind geeignete
Regelwiderstände oder Potentiometer ZP 1 und ZP 2 zugeordnet. Diese Widerstände
bilden zusammen mit den Widerständen P1 und P2 eine Brückenschaltung.
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In der einen Brückendiagonale liegt eine Spannungsquelle 11 zur Erzeugung
der Brückenströme, während die andere Diagonale einen geeigneten Regler 12 enthält.
Die beiden Schieber S1 und S2 in der Zwisch.endampfleitung laufen beim Ansprechen
des Reglers 12 in entgegengesetzter Richtung.
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In der Fig.2 ist der Regler 12 mit den Schaltschützen, welche die
Öffnungs- und Schließbewegungen der beiden Schieber bewirken, veranschaulicht. Die
Schließvorrichtung für den Schieber S1 ist dabei mit 13a. und die Schließvorrichtung
für den Schieber S2 mit 13 b bezeichnet. Die Vorrichtung 13 a enthält zwei Schütze
14 und 15, wobei das Schütz 14 das Öffnen und das Schütz 15 das Schließen des Schiebers
S1 bewirkt. In entsprechender Weise bewirken zwei Schütze 16 und 17 innerhalb der
Vorrichtung 13 b ein Öffnen und Schließen des Schiebers S2.
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Wenn beispielsweise der Schieber S2 bereits völlig geöffnet ist und
die Dampfmenge der Anlage 1 verringert wird, so gibt der Regler einen Impuls zum
Schließen des Schiebers S1 und zum Öffnen des Schiebers S2. Der bewegliche Schaltkontakt
18 des Reglers 12 legt sich dabei an den Kontakt 19 an. Ein von der Stromquelle
20 kommender Steuerstrom für die Schaltschütze müßte dementsprechend auf das Schütz
16 (Öfften von S2) und auf das Schütz 15 (Schließen von S1) einwirken. Nun ist aber
der Fall angenommen, daß der SchieberS2 auf voller Öffnung steht. Dann hat ein Schaltnocken
21 od. dgl. an der Schließvorrichtung 13b des Schiebers S2 den Endschalter 22 bereits
betätigt und die in Fig. 2 veranschaulichte Umschaltung vorgenommen. Das Schütz
16 ist damit abgetrennt und kann nicht weiter unter Strom gesetzt werden. Da ein
weiteres Öffnen des Schiebers S2 nicht möglich ist und dementsprechend das Schütz
16 nicht mehr ansprechen kann, bleibt dessen Stellung unverändert. Der Endschalter
22 hat jedoch eine Verbindung mit dem Schütz 15 hergestellt, so daß dieses anspricht
und auf den Schieber S1 in schließendem Sinne einwirkt. Der Schieber S1 wird also
so lange geschlossen, bis wieder Brückengleichgewicht vorhanden ist und der Regler
12 mit seinem beweglichen Kontakt 18 in die Ruhelage zurückkehrt.
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Wenn jetzt die Belastung des Kessels 1 allmählich wieder ansteigt,
so verändert sich das Brückengleichgewicht im dem Sinne, daß der bewegliche Kontakt
18 des Reglers 12 an den festen Kontakt 23 zum Anliegen kommt. Damit wird über den
Endschalter 24 das Schütz 14 an Spannung gelegt, es spricht an, und der SchieberSl
wird in öffnendem Sinne beeinflußt. Ein gleichzeitiges Schließen des Schiebers S2
kann nicht stattfinden, da der Endschalter 24 die Leitung zum Schütz 17 unterbrochen
hat. Erst dann, wenn der Schieber S1 eine volle Öffnungsstellung erreicht hat, wird
durch den dem Endschalter 24 zugeordneten Schaltnocken 25 od. dgl. der Endschalter
umgelegt.
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Die beiden Endschalter bewirken damit nicht nur die übliche Abschaltung
der Verstelleinrichtungen bei völliger Öffnungsstellung der Schieber, um eine überlastung
des Antriebes zu verhindern, sondern bewirken auch eine Unterbrechung des vom Regler
kommenden Steuerimpulses auf den anderen Schieber. Wie sich aus der Zeichnung ersehen
läßt, unterbricht der der Vorrichtung 13c und damit dem Schieber S1 zugeordnete
Endschalter 24 bei völliger Öffnungsstellung die Stromzufuhr zum öffnend wirkenden
Schütz 14 und gibt dann den Regl.ereingriff für die Vorrichtung 13 b zur Verstellung
des Schiebers S2 über das schließend wirkende Schütz 17 frei. Läuft der Schieber
S1 durch Regeleingriff in eine Drosselstellung, so wird durch den Endschalter 22
der Schließvorrichtung 13 b der Regeleingriff auf den Schieber S2 unmöglich gemacht,
d. h., der Schieber S2 bleibt so lange in voller Öffnungsstellung, bis. der Schieber
S1 durch Höherbelastung des Kessels 1 ebenfalls wieder voll geöffnet ist. Damit
ist also in allen Fällen gewährleistet, daß immer einer der Schieber S 1 oder S2
vollständig offen ist zur Erzielung eines möglichst geringen Widerstandes in der
Zwischendampfschaltung, während der andere Schieber bei dem weniger belasteten Kessel
die Zwischendampfmenge drosselt.
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Das in den beiden Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel ist der
Übersichtlichkeit der Darstellung halber außerordentlich vereinfacht gezeichnet.
Rückführungseinrichtungen der Steuerung oder andere Maßnahmen zur Verringerung der
Neigung zum Pendeln der Regelung sind bewußt weggelassen. Die Regelung läßt sich
noch dahingehend erweitern, da.ß man nicht nur die Richtung (Polarität) der Regelgröße,
sondern auch deren tatsächlichen Wert als Steuergröße heranziehen kann. In diesem
Falle ist der
Regler 12 nicht nur mit einzelnen Kontakten ausgerüstet,
welche nur Ein- und Ausschalten bewirken, sondern kann Widerstandsbahnen oder andere
geeignete Verstellglieder zur kontinuierlichen oder stufenweisen Regelung enthalten.
So kann es beispielsweise auch zweckmäßig sein, Magnetverstärker oder ähnliche Einrichtungen
zusätzlich oder an Stelle des Reglers vorzusehen.
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Weiterhin ist es in vielen Fällen erwünscht, zusätzlieh zu der selbsttätigen
Regelung auch eine Regelung von Hand möglich zu machen. In diesem Fall können besondere
Schalteinrichtungen vorgesehen sein, die einen stufenweisen Übergang vom vollautomatischen
zum halbselbsttätigen und unselbsttätigen Handbetrieb ermöglichen. Dabei kann unter
Umständen auch die Verteilung der Dampfmengen nicht auf eine proportionale Mengenverteilung
beschränkt sein, sondern gegebenenfalls noch so beeinflußt werden, daß immer ein
bestimmter Kessel stärker und ein anderer geringer belastet wird. Dies könnte in
neinfachen Fällen durch Shurnten der Brückenwiderstände vorgenommen werden. Weiterhin
ist es auch möglich, mit mehreren Brückenschaltungen zu arbeiten, wenn nicht zwei
Kessel, sondern mehrere Kessel oder eine Vielzahl von Kesseln verwendet werden.
Es empfiehlt sich dabei, die einzelnen Dampfmengenmesser jeweils paarweise zusammenzufassen
und für je ein Dampfkesselpaar eine solche Brückenschaltung vorzunehmen, wobei dann
zwei Paare zu einer gemeinsamen Brückenschaltung zusammengeschlossen werden.