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Einrichtung zur Regelung eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Regelung eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers mit einem
am Ende der Verdampfer-Heizfläche angeordneten Wasserabscheider, aus dem Speisewasser
in Abhängigkeit vom Wasserstand über ein Ventil abschlämmbar ist, und mit einer
die Speiseleitung mit dem überhitzer unmittelbar verbindenden ersten Leitung mit
einem in Abhängigkeit von der Heißdampftemperatur einstellbaren ersten Ventil.
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Die Anordnung von Abscheidern zwischen Verdampfungs- und Überhitzungszone
eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers ist bekannt. Ihre Aufgabe besteht darin, einerseits
ein Abschlämmen von Wasser mit möglichst hoher Salzkonzentration zwecks Entsalzung
des Dampfes zu ermöglichen, andererseits das Ende der Verdampfung des Arbeitsmittels
an einer bestimmten Stelle seines zur Aufnahme von Wärme durchlaufenen Weges zwischen
dem Eintritt von Flüssigkeit und dem Austritt von überhitztem Frischdampf festzuhalten.
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Während nun bei Dampfdrücken, die weit unter dem kritischen Druck
liegen,, beide Aufgaben meistens gleiche Bedeutung haben, wird bei Annäherung des
Frischdampfdruckes an den kritischen Druck die zweite Aufgabe zur eigentlichen Hauptaufgabe,
zumal das Problem der Entsalzung meistens auf andere Art gelöst wird.
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Im letztgenannten Fall ist es wesentlich, daß bei Kesselsteuerungen
oder -regelungen, die eine große Elastizität und ein rasches Folgen der gesamten
Regelvorrichtungen bei plötzlichen und großen Änderungen der Kesselbelastung erfordern,
die Nässe des in den Abscheider eintretenden Dampfes im Dauerbetrieb eine Reserve
in einer solchen Größe bildet, daß sie auch bei plötzlicher, beträchtlicher Zunahme
der Feuerintensität nicht völlig aufgezehrt wird, damit auch dann der in den Abscheider
eintretende Dampf nicht überhitzt ist, da sonst insbesondere bei der heutigen Größe
der Anlagen der Verdampfer Schaden erleiden könnte.
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Es müßten also erhebliche Wassermengen im Abscheider ausgeschieden
werden, und ein Ableiten derselben auf die bisher übliche Weise in die Verdampfungszone
oder sogar in den Speisewasserbehälter wäre unwirtschaftlich.
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Es ist außerdem bei Durchlaufdampferzeugern bekannt, zur Temperaturregelung
Wasser aus der Speiseleitung in den überhitzer einzuspritzen.
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Es ist eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der aus dem Abscheider
flüssiges Arbeitsmittel dem Überhitzer nach Maßgabe einer im Überhitzer gemessenen
Temperatur zugeführt wird. Die Speisung des Verdampfungsteiles wird bei dieser Einrichtung
nach dem Niveau des flüssigen Arbeitsmittels im Abscheider eingestellt. Der Abscheider
ist außerdem mit einer Abflußleitung zur Speisepumpe und mit einer mit der Speiseleitung
verbundenen Zuführungsleitung versehen. Sinkt der Spiegel des Arbeitsmittels im
Abscheider, wird neben erhöhter Einspeisung in den Verdampfungsteil flüssiges Arbeitsmittel
auch direkt dem Abscheider zugeführt.
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Diese bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß der Abscheider eine
Abschlämmfunktion nicht ausführen kann, d. h. daß bei erhöhter Salzkonzentration
im Arbeitsmittel dieses nicht aus dem Abscheider abgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird der Nachteil der zuerst genannten Einrichtung
beseitigt und eine elastische Regelung des Dampferzeugers bei gleichzeitiger Erhaltung
der Funktion des Abscheiders dadurch ermöglicht,.daß der Wasserabscheider über eine
zweite Leitung mit der ersten Leitung verbunden und in der ersten Leitung ein zweites
Ventil angeordnet ist, welches in Abhängigkeit von dem Wasserstand im Wasserabscheider
und gegenläufig zu dem Abschlämmventil geregelt wird.
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Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Dampferzeuger
mit Einspritzung in den überhitzer von Wasser aus dem Abscheider und aus der Speiseleitung,
Fig. 2 eine Abzweigung der Zufuhr aus der Speiseleitung, ' Fig. 3 eine andere Art
der Einstellung des Einspritzdruckes nach -Fig. 1 und Fig.4 einen Dampferzeuger
mit. zusätzlicher Zufuhr von Speisewasser zur Einsprizung in Abhängigkeit von dessen
Reinheitsgrad.
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In Fig. 1 wird das Speisewasser aus dem Anfahrgefäß 10 mittels der
Speisepumpe 11 über die Speiseleitung 12 in den Vörwärmer 13 gefördert
und gelangt von dort in den Verdampferteil14 eines schematisch dargestellten Zwangdurchlauf
Dampferzeugers. Im Dauerbetrieb wird das Wasser im Verdampfer 14 bis auf eine für
den Regelvorgang erforderliche Reserveverdampft.
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Das Dampfwassergemisch strömt aus der Austrittsleitung 15 des Verdampferteils
14 in den Abscheider 16, wo einerseits Wasser ausgeschieden wird, das sich im unteren
Teil sammelt, andererseits Dampf durch die Leitung 17 austritt und in den Überhitzertei118
gelangt.
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Am Abscheider 16 ist eine Abflußleitung 19 für Wasser mit dem Regelventil
21 angeschlossen. Ferner ist ein weiterer Abfluß am Abscheider 16 vorgesehen, dessen
Leitung 23 mit dem Regelventil 24 zur Einspritzstelle 25 im überhitzerteil 18 führt.
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Am Ende des Überbitzerteils 18 ist die Frischdampfleitung 26 angeschlossen,
die den Zwangdurchlauf-Dampferzeuger mit der Turbinenanlage 27 verbindet, die den
Stromerzeuger 28 antreibt. Die Turbinenanlage 27 ist lediglich der Einfachheit halber
einstufig gezeichnet. Sie kann ebensogut mehrstufig, als Vorschaltanlage oder in
anderer Weise ausgebildet sein. Der Abdampf aus der Turbinenanlage 27 wird über
die Leitung 29 dem Kondensator 31 mit dem Kühlsystem 32 zugeführt. Das Kondensat
wird mittels der Kondensatpumpe 33 dem Anfahrgefäß 10 über die Leitung 34 zugeführt.
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Mittel zur Messung des Flüssigkeitsinhaltes oder zur Feststellung
des Flüssigkeitsspiegels im Abscheider 16 sind bekannt. Damit wird eine der augenblicklich
im Abscheider 16 vorhandenen Menge entsprechende Größe bestimmt und in Abhängigkeit
von dieser Größe ein Impuls zur Einstellung des Ventils 21 ausgelöst. Nur des Schemas
halber ist ein Schwimmer 35 eingezeichnet, der über den durch die Wandung abgedichtet
hindurchgeführten Hebel 36, den Winkelhebel 37 und die Stange 38 in Abhängigkeit
vom Stand oder Inhalt des Gefäßes das Regelventil 21 im öffnenden oder schließenden
Sinn verstellt.
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Das in den ÜberhitzerteiI18 einzuspritzende Wasser an der Einspritzstelle
25 wird in Abhängigkeit von der mittels des Thermostaten 39 gemessenen überhitzungstemperatur
durch Einwirkung auf das Regelventil 24 gesteuert.
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Wird beispielsweise die Intensität des Feuers 41 bei Laständerung
plötzlich erhöht, so wird zunächst im Verdampfertei114 mehr Wasser verdampft, und
die Menge des im Abscheider 16 abgeschiedenen Wassers verringert sich. Der Flüssigkeitsstand
und damit der Schwimmer 35 sinkt. Der Hebel 36 dreht sich im Uhrzeigersinn, der
Winkelhebel, 37 im entgegengesetzten Sinn,,- die Stange 38 geht nach rechts
und bewirkt eine Verstellung des Ventils 21 im schließenden Sinn. Der Abfluß durch
die Leitung 19 nimmt ab, der durch die Leitung 23 bleibt davon unberührt, solange
sich die mittels des Thermostaten 39 ermittelte Überhitzungstemperatur nicht ändert.
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Anstatt die Überhitzungstemperatur am Ausgang des Überhitzers 18 mittels
des Thermostaten 39 zu messen, kann auch an einer anderen Stelle, z. B. in der Mitte
des überhitzers oder unmittelbar an der Einspritzstelle, die einzuhaltende Temperatur
mittels eines Thermostaten gemessen werden, der dann eine entsprechende Einstellung
des Regelventils 24 vornimmt. Das Ventil 24 kann auch von beiden Meßstellen aus
beeinflußt werden. Die Einstellung kann eine P- oder eine PI-Charakteristik aufweisen.
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Die von der Leitung 23 abzweigende Leitung 43 mit dem Regelventil
44 versorgt eine zweite Einspritzstelle 45 mit Wasser, welches in Abhängigkeit von
der durch einen Thermostaten 46 festgestellten Überhitzungstemperatur eingespritzt
wird.
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Die zweistufige Einspritzung ist z. B. im Falle eines verhältnismäßig
langen überhitzers von Vorteil, weil bei nur am Ende eines langen Überhitzers vorgenommener
Einspritzung die Regelung der überhitzungstemperatur unzulässig träge wird.
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Um bei einer starken, positiven Feuerstörung dem größeren Wasserbedarf
an den Einspritzstellen 25 und 45 genügen zu können, ist eine Zufuhrleitung 47 von
der Speiseleitung 12 her vorgesehen. Sofern in der Leitung 12 eine Mengenregelung
50 (Fig. 2) vorgesehen ist, liegt die Abzweigung der Leitung 47 in bezug
auf die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels vor der Mengenmeßstelle. In die Leitung
47 ist das Regelventil 48 eingebaut, welches ebenfalls in Abhängigkeit von einer
der im Abscheider 16 vorhandenen Menge an abgeschiedenem flüssigem Arbeitsmittel
entsprechenden Größe, wie z. B. dem Flüssigkeitsinhalt oder dem Flüssigkeitsstand
im Abscheider 16, eingestellt wird. Diese Einstellung des Ventils 48 erfolgt jedoch
im entgegengesetzten Sinne zur Einstellung des Ventils 21, so daß, wenn letzteres
im schließenden Sinne betätigt wird, das Ventil 48 öffnet.
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Dazu ist gemeinsam mit der Stange 38 der doppelarmige Hebel 49 am
Ende des senkrechten Armes des Winkelhebels 37 aasgelenkt. Am Hebel 49 ist die Stange
51 befestigt, die den Ventilkörper des Ventils 48 verstellt. Die Leitung 47 mündet
in die Leitung 23, und zwischen dem Abscheider 16 und der letztgenannten Einmündung
ist in die Leitung 23" ein Rückschlagventi152eingeschaltet. Dieses Rückschlagventil
verhindert, wenn die im Abscheider 16 ausgeschiedene Wassermenge zu gering ist und
infolgedessen das Ventil21 geschlossen und das Venti148 geöffnet wird, daß das aus
der Zufuhrleitung 47 zugeführte Speisewasser rückwärts über die Leitung 23 in den
Abscheider 16 eindringt und dadurch die mittels des Abscheiders 16 bewirkte Regelung
des Verdampfers 14 im Zusammenhang mit der Feuerintensität stört. Dabei könnte außerdem
noch die Gefahr bestehen, daß an den Einspritzstellen 25, 45 zuwenig Wasser eingespritzt
wird. Indem nun aber beim Umschalten der Wassereinspritzung vom Abscheider 16 auf
die Speisewasserzufuhr durch die Leitung 47 das Rückschlagventil 52 schließt, sind
die genannten Gefahren ausgeschlossen.
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Es könnte bei diesem Umschalten jedoch an den Einspritzstellen 25,
45 eine plötzliche Druckerhöhung dadurch entstehen, daß der Druckabfall in der Leitung
47 bis zu ihrer Einmündung in die Leitung 23 bedeutend kleiner ist als der Druckabfall
im Vorwärmer
13, im Verdampferteil 14. und im Abscheider 16. Würde
beim vorgenannten Umschalten an den Einspritzstellen 25, 45 plötzlich eine Druckerhöhung
eintreten, ohne daß die Stallung der Regelventile 24, 44 durch die Thermostaten
39, 46 geändert worden wäre, so würde zuviel Wasser eingespritzt und eine Störung
der Regelung der Überhitzungstemperatur im Zusammenhang mit der Gesamtregelung des
Dampferzeugers eintreten.
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Um dies zu vermeiden, ist ein Druckreduzierventil 53 in die Leitung
47 vor ihrer Einmündung in die Leitung 23 eingebaut. Durch dieses Ventil 53 stellt
sich nunmehr ein Druckabfall in der Zufuhrleitung 47 ein, der dem Druckabfall durch
den Vorwärmer 13, den Verdampfer 14 und den Abscheider 16 etwa gleichkommt. Zweckmäßigerweise
ist er etwas geringer eingestellt als der letztgenannte, damit wiederum beim Umschalten
das Rückschlagventi152 schließt. Das Druckreduzierventil 53 kann ebensogut in bezug
auf die Strömung in der Leitung 47 dem Regelventil 48 vorgeschaltet sein.
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Ein anderes Mittel zur Verminderung oder Vermeidung der sprunghaften
Druckerhöhung beim Umschalten der Zufuhr von Einspritzwasser aus dem Abscheider
16 auf die Zufuhr aus der Speiseleitung 12 ist in Fig.3 dargestellt. An Stelle des
Druckreduzierventils 53 ist ein zweites Regelventil 54 dem Regelventil 48 nachgeschaltet,
das von einem Servomotor 55 eingestellt wird, der in Abhängigkeit von der Differenz
in der Druckanzeige der Druckempfänger 56 und 57 das Regelventil 54 mehr oder weniger
öffnet.
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Der Druckempfänger 56 mißt den Druck in der Leitung 23 nach der Einmündung
der Leitung 47, der Druckempfänger 57 mißt den Druck in der Leitung 23 vor dem Rück
schlagventil 52 oder im Abscheider 16. Erfolgt nun durch Umschalten eine Zufuhr
von Einspritzwasser durch die Leitung 47 und steigt dabei der vom Druckempfänger
56 angezeigte Druck um ein bestimmtes Maß über den vom Druckempfänger 57 angezeigten
Druck, so wird das Regelventil 54 vom Servomotor 55 im schließenden Sinne betätigt.
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Würde jedoch die Regelung durch den Servomotor 55 und das Regelventil
54 unstabil, weil der Druckempfänger56 den Druckschwingungen zu rasch folgt, so
wäre es zweckmäßig, einen Druckspeicher 58 in die Leitung 23 einzubauen und den
Druckempfänger 56 an denselben anzuschließen. Durch den Druckspeicher 58 können
in bekannter Weise augenblickliche Druckschwankungen ausgeglichen werden, er kann
z. B. mit einem Luftkissen oder einem Federpuffer versehen sein.
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Zusätzlich zu dem Regelsystem in Fig. 1 ist in Fig. 4 noch eine weitere
Zufuhr von Einspritzwasser eingezeichnet, welche eine Umgehung des Regelventils
48 darstellt. Von der Leitung 12 ist die Leitung 59 mit dem Regelventil 61 abgezweigt,
die zwischen dem Regelventil48 und dem Druckreduzierventil 63, 64 in die Leitung
47 einmündet. Das Ventil 61 wird in Abhängigkeit von dem Meßgerät 62 eingestellt,
welches die Salzkonzentration des durch die Leitung 12 strömenden Speisewassers
mißt und bei Überschreitung einer bestimmten maximalen Konzentration das Ventil
61 öffnet.
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Ist z. B. durch einen Rohrdefekt im Kondensator 31 ein Salzeinbruch
erfolgt und die Konzentration des dem Dampferzeuger zugeführten Speisewassers zu
hoch, so wird nun unabhängig von der durch den Schwimmer 35 eingestellten Regelung
die Wassereinspritzung aus dem Abscheider 16 abgestellt und die Einspritzung aus
der Speiseleitung 12 geöffnet, indem das Speisewasser durch die Leitung 59 auch
bei geschlossenem oder wenig geöffnetem Ventil 48 in genügender Menge zugeführt
werden kann, so daß eine Einspritzwasserzufuhr aus dem Abscheider 16 nicht mehr
notwendig ist. Durch den Salzeinbruch in den Kondensator 31 hat nämlich das im Abscheider
16 ausgeschiedene Wasser eine zu hohe Salzkonzentration, und es ist zweckmäßig,
dieses ausgeschiedene Wasser restlos über das Ventil 21 abzuschlämmen und nur Speisewasser,
dessen Salzkonzentration zwar erhöht ist, aber diejenige des im Abscheider 16 ausgeschiedenen
Wassers nicht erreicht, zur Wassereinspritzung in den überhitzer 18 zu verwenden.
Infolge der Umgehung des Ventils 48 wird ständig der Leitung 23Wasser aus derSpeiseleitung
12 zugeführt, und das Rückschlagventil52 bleibt geschlossen. Die Schwimmerregelung
wird nun das Ventil 21 so einstellen, daß die gesamte im Abscheider 16 anfallende
Wassermenge durch das Ventil 21 aus dem Dampferzeuger abgeschlämmt wird.
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Das Meßgerät 62 kann auch an einer anderen Stelle die Salzkonzentration
messen und das Ventil 61 öffnen. Zweckmäßig wäre, die Salzkonzentration des ausgeschiedenen
Wassers im Abscheider 16 zu messen. Dazu kann das Gerät 62 am Abscheider 16 selbst
oder an der Leitung 19 vor dem Ventil 21 angeschlossen sein.
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An Stelle des Rückschlagventils 52 kann ein gesteuertes Ventil vorgesehen
sein. Ein solches Ventil würde z. B. von einem Meßgerät 62 am Abscheider 16 oder
bei einem zu hohen Druck in der Leitung 47 sofort geschlossen. Auf solche Weise
würde der Abfluß von Wasser aus dem Abscheider 16 zum Überhitzer 18 selbsttätig
gesperrt.
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Zwischen einem gesteuerten Ventil 52 und den Ventilen 48 und
61 kann eine Wirkverbindung vorgesehen sein, derart, d'aß beim öffnen eines der
Ventile 48, 61 das Ventil 52 sofort geschlossen und dadurch der Abfluß aus dem Abscheider
16 zum überhitzer 18 gesperrt wird.
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Ein gesteuertes Ventil 52 und die Ventile 48 und 61 können als reine
Abschlußventile mit den Stellungen »ganz auf« und »zu« ausgebildet sein.
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Die Entsalzung des Speisewassers kann als Totalentsalzung ausgebildet
sein. Sie kann vor dem Behälter 10 durch Abschlämmen oder durch Zusetzen von Entsalzungsmitteln
erfolgen, damit schon das dem Vorwärmer 13 zugeführte Speisewasser einen höheren
Reinheitsgrad und das Wasser im Abscheider 16 einen genügenden Reinheitsgrad aufweist.
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Für die erfindungsgemäße Ausführung spielt es keine Rolle, wenn zwischen
Abscheider 16 und Überhitzer 18 ein Nachverdampfer vorgesehen ist. Unter Umständen
kann auch im Anschluß an den Nachverdampfer ein zweiter Abscheider vorhanden sein,
wobei sowohl aus dem einen als auch aus dem anderen Abscheider, gegebenenfalls aus
beiden, ein Abfluß von Wasser zu dem Überbitzer vorgesehen sein kann.
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Beim Umschalten von dem Abfluß des Wassers aus dem Abscheider 16 zum
Überhitzer 18 auf eine Zufuhr aus der Speiseleitung 12 zum überhitzer 18 kann nicht
nur eine Druckerhöhung entstehen, sondern es ist auch ein Unterschied in der Temperatur
des
Wassers vorhanden. Verläuft diese Umschaltung allmählich, wenn neben dem Zufluß
aus der Speiseleitung 12 immer noch ein Abfluß aus dem Abscheider 16 erfolgt, so
ergibt sich durch das Mischen der beiden eine Zwischentemperatur. Hört aber der
Abfluß aus dem Abscheider16 plötzlich auf und wird den Einspritzstellen 25, 45 nur
Wasser aus der Speiseleitung 12 zugeführt, so könnte der Temperaturunterschied eine
Störung auslösen,. die eine Maßnahme zur Behebung derselben erfordern würde.
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Eine solche wäre z. B., wenn beim Umschalten auf eine Zufuhr aus der
Speiseleitung 12 der übertragungsfaktor der Thermostaten 39, 46 auf die Servomotoren
zur Einstellung der Ventile 24, 44 nach Maßgabe des Temperatursprunges verändert
wird.
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Da die Temperatur des Wassers aus der Speiseleitung 12 niedriger ist
als die des Wassers aus dem Abscheider 16, wäre bei einer Regelung der Temperatur
am Austritt des Überhitzers der übertragungsfaktor so zu ändern, daß bei gleicher
Erhöhung des Istwertes gegenüber dem Sollwert der Austrittstemperatur die Menge
des aus der Leitung 12 zugeführten Wassers gegenüber der Menge des aus dem Abscheider
16 zugeführten Wassers verringert wird.