DE1220957B

DE1220957B - Verfahren zum Betrieb einer mit mindestens zwei verschiedenen fliessfaehigen Brennstoffen beschickten Feuerungsanlage, insbesondere fuer eine Dampfkraft- oder eine Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE1220957B
Application number: DES82837A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Masch-Ing Viktor Juzi
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1962-12-04
Filing date: 1962-12-12
Publication date: 1966-07-14
Also published as: GB1033528A; ES294054A1; US3241597A; CH400427A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F23c

Deutsche Kl.: 24 c - 2

Nummer: 1220 957

Aktenzeichen: S 828371 a/24 c

Anmeldetag: 12. Dezember 1962

Auslegetag: 14. Juli 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mit mindestens zwei verschiedenen fließfähigen Brennstoffen beschickten Feuerungsanlage, insbesondere für eine Dampfkraft- oder eine Gasturbinenanlage, wobei mindestens ein Grundbrennstoff in der anfallenden Menge verbraucht werden muß und ein Ergänzungsbrennstoff in entsprechend der aufzubringenden Heizleistung beeinflußter Menge zusätzlich dem anfallenden Grundbrennstoff beigemischt und das Gemisch der Verbrennung zugeführt wird, wobei die Mengenströme sowohl des Grundbrennstoffes als auch des Ergänzungsbrennstoffes gemessen werden.

Unter fließfähigen Brennstoffen sollen gasförmige Brennstoffe, wie z. B. Methangas, Gichtgas usw., flüssige Brennstoffe, wie Rohöle, den Rohölen verwandte Fraktionen der Teerdestillation sowie auch feste staubförmige Brennstoffe, z. B. Anthrazitkohlenstaub oder Braunkohlenstaub, verstanden werden.

Bei Feuerungsanlagen, die mit einem Brennstoff- ao gemisch beschickt werden, ist es bekannt, die Mengen der zu mischenden Brennstoffe mit unterschiedlichem Heizwert zu messen und in Abhängigkeit dieser Meßwerte die Menge des Gemisches zu regulieren. Die bekannten Einrichtungen dienen jedoch hierbei zur Regelung auf einen konstanten Heizwert, so daß in den Fällen, wo die Grundbrennstoffmenge, die beispielsweise einen kleineren spezifischen Heizwert aufzeigt, absinkt, dieses ebenfalls die Beimischung einer entsprechend geringeren Menge an Ergänzungsbrennstoff mit dem höheren spezifischen Heizwert erforderlich macht, um einen konstanten Heizwert zu gewährleisten.

Demgegenüber handelt es sich bei der Erfindung um ein völlig anderes Problem. Hiernach soll einem Grundbrennstoff mindestens ein frei zur Verfügung stehender Ergänzungsbrennstoff zugemischt werden, dessen Menge vor der Mischung derart beeinflußt wird, daß die in der Anlage aufzubringende Heizleistung, die in vielen Fällen zeitlich variabel sein wird, gewährleistet ist.

Die Erfindung soll insbesondere dann angewendet werden, wenn in einer Feuerungsanlage ein Grundbrennstoff verbrannt werden soll, der wirtschaftlich nicht speicherbar ist, d. h. wenn eine Speicherung dieses Brennstoffes nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand an Kosten möglich ist, oder wenn die in der Zeiteinheit zu verbrauchende Menge des Grundbrennstoffes nach einem vorgegebenen Programm, beispielsweise gemäß entsprechender Vereinbarungen über 5c den Bezug des Grundbrennstoffes, erfolgt. Bei dem Grundbrennstoff kann es sich um ein Gas wie bei-Verfahren zum Betrieb einer mit mindestens
zwei verschiedenen fließfähigen Brennstoffen
beschickten Feuerungsanlage, insbesondere für
eine Dampfkraft- oder eine Gasturbinenanlage

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,

Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

Düsseldorf, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Masch.-Ing. Viktor Juzi,
Winterthur (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 4. Dezember 1962 (14 240)

spielsweise Gichtgas handeln, welches in der Feuerungsanlage einer Dampfkraftanlage in seiner anfallenden Menge, die zeitlich schwanken kann, gegebenenfalls auch eine zeitliche Variation seines Heizwertes aufweisen kann, verbrannt werden soll. Bei Brennkraftmaschinen, die als sogenannte Zweistoffmotoren ausgebildet sind, ist es bekannt, in diesen Maschinen zunächst eine anfallende Gasmenge zu verbrauchen, und wenn mit dieser die Leistungsforderung der Maschine nicht erreicht werden kann, in Abhängigkeit von einem Drehzahlregler der Maschine flüssigen Brennstoff in entsprechender Menge zuzuführen, wobei schließlich, z. B. bei vollständigem Gasausfall, die Maschine als Dieselmotor betrieben wird. Wenn sich die Gasmenge ändert, die im folgenden mit Grundbrennstoffmenge bezeichnet sei, macht sich dieses zunächst in einer Variation der abgegebenen Leistung bemerkbar. In Abhängigkeit des Meßwertes der geänderten Drehzahl der Maschine wird sodann eine Zu- bzw. Abschaltung des flüssigen Brennstoffes bewirkt. Wenn nun in einer mit mindestens zwei verschiedenen Brennstoffen beschickten Feuerungsanlage, insbesondere für eine Dampfkraftoder eine Gasturbinenanlage, mindestens ein Grundbrennstoff in der anfallenden Menge verbraucht werden muß und ein Ergänzungsbrennstoff in entsprechend der aufzubringenden Heizleistung beeinflußter

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Menge zusätzlich dem anfallenden Grundbrennstoff menge von den Brennstoffmengenmessungea aus erbeigemischt werden soll, so wäre es an sich nahe- folgt;

liegend, die Menge des Gemisches entsprechend der F i g. 3 zeigt im wesentlichen eine Detaildarstellung

aufzubringenden Heizleistung in der für Zweistoff- einer Vorrichtung zur Mischung der Brennstoffe,
motoren bekannten Weise zu regem. Während die 5 ' F i g. 1 zeigt den Längsschnitt eines Zwangdurch-Zeitverzögerung, mit der eine Variation der anfallen- lauf dampf erzeugers 1 mit einer Berührung 2, die von den Grundbrennstoffmenge durch Zu- bzw. Abschal- einer Pumpe 3 gespeist wird, während der Dampf rung einer entsprechenden Menge an flüssigem durch eine Frischdampfleitung 4 den Kessel verläßt. Brennstoff zur Abgabe einer bestimmten Leistung In der Frontwand sitzen zwei Brenner 10 und 11, die ausgeglichen wird, zwäir bei derartigen Brennkraft- io über eine Leitung 12 mit einem Brennstoff gemisch maschinen relativ klein ist, würden jedoch bei Feue- beschickt werden. Die zur Verbrennung des Gerungsanlagen für Dampfkraftanlagen oder auch für misches erforderliche Luft wird über die Leitung 13 Gasturbinenanlagen, insbesondere bei stationären zugeführt. Die Brenner enthalten in einem Zylinder Anlagen mit Wärmeübertragern, bei einer derartigen einen Kolben 14, der einen Drosselkonus 15 trägt Regelungsart beträchtliche Regelabweichungen auf- 15 und sich auf einer Feder 16 abstützt. Es wird datreten. Diese beruhen, auf der relativ .großen Kapazität durch erreicht, daß das Brenngas in der Brennerund damit großen thermischen Trägheit derartiger mündung unabhängig vom Durchsatz stets eine beAnlagen, so daß eine erhebliche Zeitverzögerung stimmte Mindestgeschwindigkeit aufweist, Durch entsteht^ Ms die Schwankungen der anfallenden Variation der. Gharakteristik der .Feder 16 kann der Grundbxennstoffmengejeütsprechend.'der abzugeben- 20 Brennerdruck in FÜnktion^der Last passend gewählt den Leistung ausgeglichen werden. werden. Das Brennstoffgemisch besteht hier aus zwei

Die Erfindung hat es sich demgegenüber zum Ziel Komponenten, von denen die Komponente^, deren gesetzt, bei Verwendung einer Grundbrennstoff- Mengenstrom gegeben ist, über eine Leitung 20.einer menge, die zeitlich variieren kann, dafür zu borgen, Mischstelle 21 zuströmt. Beispielsweise kann.es sich daß bei Variation-.dieser Brennstoffmenge die "Ab- 25 hierbei um ein Hochofengas, z. B; Gichtgas, handeln, weichungen der Heizleistung von- ihrem Sollwert ... In der Leitung 20 wird ein gewünschter Druck rnitr minimal sind, d. h., die aufzubringende Heizleistung tels eines Ventils. 22 gehalten, das von einem Drucksoll auch bei Variation der Grundbrenfistoffmenge geber 23 über einen Regler^-z. B." einen PI-Regler 24, nahezu verzögerungsfrei· gewährleistet sein. beeinflußt wird. Stromabwärts des Ventils 22 sitzt

Das erfindungsgemäß.e Verfahren zur Lösung, der 30 eine Meßblende 25, deren„Wirkdruck einen Mengengeschilderten Aufgabe'ist dadurch gekennzeichnet, _: geber 26 beeinflußt.

daß ein Signal gebildet wird, das der Summe der Die frei verfügbare Ergänzungsbrennstöffkolnpt>

gegebenenfalls mit einer vom Heizwert oder vom nenteS, z.B. Methan, strömt über eine.Leitung30 Luftbedarf des oder.. :der. Brennstoffe abhängigen zu, die ein Ventil 31 und eine Meßblende 32 enthält. Größe korrigierten Mengenströme der Brennstoffe 35 Deren Wirkdruck,beeinflußt_;einen Mengengeber 33> entspricht, daß sodann dieses Signal'mit einem Soll- ,. dessen Ausgang im Additionspunkt 34 mit dem in wert entsprechend der abzugebenden Leistung ver- einem Multiplikationsorgan 35 korrigierten Ausgangsglichen wird und daß_;m Abhängigkeit von der Regel- signal des Mengengebers 26· superponiert wird. Die abweichüng der Mengeristrom des Ergänzungsbrenn- Signalsumme wirkt sodann als Regelgröße, d.h. als stoffes beeinflußt wird. 40 Istwert, auf einen- PI-Regler 36, dessen Ausgang auf

Mit Hilfe der Erfindung werden die Regelabwei- das Ventil 31 geschaltet ist. Der. Regler 36 erhält chungen äußerst gering gehalten, und zwar dadμrchj über eine Leitung 37 seinen Sollwert vom Lastgeber daß bei Variation der Grundbrennstoffmenge durch .38 her, der von-einem Druckgeber 39, der deü eine interne Vorsteuerung in einem raschen Reget Dampfdruck in der Frischdampfleitung 4 mißt, über kreisdiese Variation durch Zumischung bzw. Reduk- 45 den PI-Regler 51 beeinflußt wird. Die Mengengeber tion der Menge des zugemischten Ergänzungsbrenn- 26, 33 wirken überdies auf Multiplikationsorgane 40, stoffes sofort auskorrigiert wird, bevor sie sich auf 41, deren Ausgänge in einem Additionspunkt 42 die Verhältnisse im Dampfkessel einer Dampf kraft- summiert werden. Die Signalsumme wird sodann anlage bzw. auf eine Gasturbinenanlage auswirken über ein Multiplikationsorgan 43 als Sollwert auf kann. 50 einen Regler 44 geführt, der mittels einer Meßblende

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung 45 und eines Mengengebers 46 die Luftzufuhr zu den besteht darin, daß der Sollwert von einem Lastgeber Brennern 10 und 11 regelt, indem er einen Antriebsgegeben wird, der gleichzeitig einen Sollwert für die motor 47 eines Gebläses 48 beeinflußt. Das Multi-Gesamtluftmenge abgibt. Weiterhin ist es vorteilhaft, plikationsorgan 43 erhält von einem Sauerstoffgehaltdas Verfahren so auszubilden, daß die zur Ver- 55 geber 49 über einen I-Regler 52 ein Korrektursignal, brennung des Gemisches zugeführte Luftmenge von Vom Laststeuergerät 38 aus wirkt über eine Leitung den Meßwerten der Mengenströme der Brennstoffe 50 ein Vorsignal auf den Regler 44, das den Motor vor ihrer Mischung beeinflußt wird. 47 bei einer Lastveränderung proportional oder z. B.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus proportional-differential beeinflußt,
den in der Zeichnung dargestellten und im folgenden 60 Die Regelung- der Feuerungsanlage wirkt in der erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung. folgenden Weise: Bei einer Abweichung des Druckes

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen 39 in der Frischdampfleitung4 von seinem Sollwert Zwangdurchlaufdampferzeuger mit einer erfindungs- wird das Laststeuergerät 38 verstellt, wobei der Reggemäß geregelten Feuerungsanlage; in ler 36 einen neuen Sollwert erhält und das dem Regler

Fig. 2 ist ebenfalls ein Zwangdurchlaufdampf- 65 44 zugeführte Vorsignal sich verändert, so daß die. erzeuger mit einer geregelten Feuerungsanlage dar-: Menge der durch die Leitung 30 zugeführten Brenngestellt, wobei in Abweichung von Fig. 1 keine, StoffkomponenteB und die Luftmenge praktisch Beeinflussung der den Brennstellen zugeführten Luft-, gleichzeitig, verändert werden. Die Menge, der beiden

Brennstoffkomponenten wird in den Organen 26 und 33 bestimmt und das Signal des Gebers 26 im Multiplikationsorgan 35 nach dem Heizwertverhältnis der beiden Brennstoffkomponenten so korrigiert, daß die im Additionspunkt 34 gebildete Signalsumme stets proportional ist zum Heizwert des Gasgemisches. Dieses Heizwertsignal wird sodann mit seinem Sollwert verglichen, wobei die Abweichung nach zeitlicher Umformung im PI-Regler 36 auf das Ventil 31 wirkt.

In den Multiplikationsorganen 40 und 41 werden die Ausgänge der Mengengeber 26 und 33 mit je einem Faktor multipliziert, der dem Luftbedarf der korrespondierenden Komponenten entspricht. Das im Additionspunkt 42 gebildete Summensignal geht sodann als Sollwert für die Luftmenge auf den Regler 44, wobei dieser Sollwert vom Sauerstoffmeßgerät 49 und Regler 52 aus ■ im Multiplikationsorgan 43 korrigiert werden kann.

Bei einer Veränderung der physikalischen Eigenschaften der beiden Brennstoffkomponenten werden die über die Signalleitungen 53, 54 und 55 den Multiplikationsorganen 35, 40 und 41 zugeführten Faktoren, von denen der erste, 53, das Verhältnis der Heizwerte der Brennstoffkomponenten, der zweite und dritte, 54 und 55, den Luftbedarf der einen bzw. der anderen Brennstoffkomponente bedeutet, verändert.

Es ist auch möglich, analog zur Sollwertbildung für die Luftmengenregelung, außerdem zwischen Mengengeber 33 und Additionspunkt 34 ein Multiplikationsorgan anzuordnen, wobei dann dieses den Ausgang des Gebers 33 wie das Multiplikationsorgan 35 den Ausgang des Gebers 26 mit den Signalen multiplizieren müßte, die den betreffenden Heizwerten der Brennstoffkomponenten entsprächen. Bei einer solchen Anordnung könnte sodann das eine der Multiplikationsorgane 40, 41 entfallen, wobei dann das andere auf das Luftbedarfsverhältnis der beiden Brennstoffkomponenten einzustellen wäre.

Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung stimmt mit F i g. 1 bis darauf überein, daß die den Brennern zugeführte Luftmenge nicht von den einzelnen Brennstoffmengen beeinflußt, sondern vom Laststeuergerät 38 voreingestellt und vom Sauerstoffgehaltgeber 49 aus korrigiert wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil besonderer Einfachheit. Sie genügt vollständig, sofern der Gesamtluftbedarf ungefähr proportional verläuft zur verlangten Heizleistung.

Fig. 3 zeigt im wesentlichen eine Mischvorrichtung für die Brennstoffe mit einer Einrichtung zur Mengenregelung analog der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung. Als Mischvorrichtung dient ein Ejektor 62, der besonders dann vorteilhaft Anwendung finden kann, wenn der Grundbrennstoff unter hohem Druck von beispielsweise 10 ata anfällt. Über eine Leitung 60 wird der unter hohem Druck stehende Grundbrennstoff dem Ejektor 62 zugeführt, während der Ergänzungsbrennstoff, dessen Mengenstrom beliebig variiert werden kann, von einem Behälter 63 aus über eine Leitung 64, in der außer dem Regelventil 31 α ein Rückschlagventil 65 angeordnet ist, zum Ejektor geführt wird. Die Mengenregelung dieses Ergänzungsbrennstoffes erfolgt analog zu derjenigen in den Fig. 1 und 2, so daß sich eine Beschreibung dieser Regelung erübrigt. Zur Verdeutlichung sind alle Elemente, die in ihrer Funktion mit denen in den F i g. 1 und 2 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugsziffern, welchen der Buchstabe α angehängt wurde, bezeichnet. Das in Fig. 1 in der Leitung 20 der Einhaltung eines gewünschten Druckes

ίο dienende Ventil 22 fällt in F i g. 3 weg, da der Ejektor 62 verstellbar ausgebildet ist. Über eine Leitung wirkt der Druck des Grundbrennstoffes auf den in einem Zylinder 67 federnd gelagerten Kolben 68, der über einen zweiarmigen Hebel 69 an einem mit dem Ejektorrohr verbundenen Flügel 70 angreift. Die dargestellte Einrichtung gestattet, auf der Seite des Ergänzungsbrennstoffes mit nur geringer Verdichtungsleistung auszukommen.

Selbstverständlich könnte auch an Stelle des Ventils 22 das Ventil 31 (F i g. 1) durch den in F i g. 3 gezeigten verstellbaren Ejektor ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer mit mindestens zwei verschiedenen, fließfähigen Brennstoffen beschickten Feuerungsanlage, insbesondere für eine Dampfkraft- oder eine Gasturbinenanlage, wobei mindestens ein Grundbrennstoff in der anfallenden Menge verbraucht werden muß und ein Ergänzungsbrennstoff in entsprechend der aufzubringenden Heizleistung beeinflußter Menge zusätzlich dem anfallenden Grundbrennstoff beigemischt und das Gemisch der Verbrennung zugeführt wird, wobei die Mengenströme sowohl des Grundbrennstoffes als auch des Ergänzungsbrennstoffes gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal gebildet wird, das der Summe der gegebenenfalls mit einer vom Heizwert oder vom Luftbedarf des oder der Brennstoffe abhängigen Größe korrigierten Mengenströme der Brennstoffe entspricht, daß sodann dieses Signal mit einem Sollwert entsprechend der abzugebenden Leistung verglichen wird und daß in Abhängigkeit von der Regelabweichung der Mengenstrom des Ergänzungsbrennstoffes beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert von einem Lastgeber gegeben wird, der gleichzeitig einen Sollwert für die Gesamtluftmenge abgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verbrennung des Gemisches zugeführte Luftmenge von den Meßwerten der Mengenströme der Brennstoffe vor ihrer Mischung beeinflußt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 427 851, 429 408,
438 824, 458 173, 616 346, 702171;

Patentschrift Nr. 17 978 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen