DE1256653B - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Hoechstdruckdurchlaufkesseln - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Deutsche Kl.: 13 g - 9

Nummer: 1256 653

Aktenzeichen: A 439041 a/13 g

Anmeldetag: 27. August 1963

Auslegetag: 21. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Zwangdurchlaufkesseln mittels eines Signals, dessen Stellwert sich aus einer indirekten Messung des spezifischen Wärmeinhalts eines von einer Stelle des Kessels als Dampf- oder als Dampf-Wasser-Gemisch abgezweigten Teilstromes des Arbeitsmediums ergibt. Das Signal kann dazu verwendet werden, die Speisewassermenge oder die zugeführte Brennstoffmenge zu steuern. Derartige Höchstdruckdurchlaufkessel können z. B. Kessel nach dem Benson-Prinzip, sogenannte Bensonkessel, sein.

Zur Erläuterung des Aufbaus und der Arbeitsweise der bekannten Kessel sei auf die schematische Darstellung von F i g. 1 der Zeichnungen hingewiesen.

Der hier dargestellte Kessel besteht aus einem Rohrsystem, dem durch ein Ventil A₁, das von einem Motor M gesteuert werden kann, Wasser zugeführt wird. Das Wasser fließt durch die einzelnen Rohrabschnitte 21 bis 25 des Kessels, denen Wärme durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen zugeführt wird, so daß das Wasser erwärmt wird und verdampft und schließlich überhitzt wird, worauf es das Rohrsystem als überhitzter Dampf durch ein Ventil A₂ verläßt. Die Rohrabschnitte können in einen Ekonomiser 21, ein Verdampfungssystem 22 einschließlich eines Restverdampfers, einen Vorüberhitzer 23 und Überhitzerabschnitte 24 und 25 unterteilt sein.

Der Wärmeinhalt des Dampfes und folglich seine Temperatur werden durch die fließende Wassermenge und die durch die Verbrennung zugeleitete Wärmemenge bestimmt. Die Austrittstemperatur des Dampfes an dem Ventil A_% kann in bekannter Weise durch die Einführung von Speisewasser ζ. B. in zwei Stufen an den Punkten £ und F, die zwischen den Abschnitten 23 und 24 bzw. 24 und 25 liegen, eingestellt werden. Die am Punkt E durch ein Ventil A₃ eingeführte Speisewassermenge kann z. B. in Abhängigkeit von der direkt unter dem Punkt E gemessenen Temperatur eingestellt werden, während die am Punkt F durch ein Ventil A± eingeführte Speisewassermenge in Abhängigkeit von der direkt hinter dem Punkt F gemessenen Temperatur oder in Abhängigkeit von der Dampfaustrittstemperatur an dem Ventil A₂ oder in Abhängigkeit von beiden Temperaturen eingestellt werden kann.

Die Temperatur in dem Rohrsystem vor der ersten Einführung am Punkt E wird allein durch die zugeführte Speisewassermenge und die durch die Verbrennung zugeführte Wärmemenge bestimmt. Diese Temperatur kann nur durch eine Einstellung des Verhältnisses zwischen der eingeführten Speisewasser-

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Höchstdruckdurchlaufkesseln

Anmelder:

Aktieselskabet Burmeister & Wain's

Maskin-OG Skibsbyggeri, Kopenhagen

Vertreter:
Dipl.-Ing. J. Ludewig

und Dipl.-Phys. K. G. Buse, Patentanwälte,
Wuppertal-Barmen, Unterdörnen 114

Als Erfinder benannt:
Vagn Kollerup, Kopenhagen

Beanspruchte Priorität:

Dänemark vom 27. August 1962 (3752)

menge und der verwendeten Brennstoffmenge eingestellt werden.

Die an einer Blendenscheibe B₂ zwischen dem Abschnitt 25 und dem Ventil A₂ gemessene Dampff i i

₂ g p

menge kann als Signal derart für die Speisewassermenge verwendet werden, daß Übereinstimmung zwischen der austretenden Dampfmenge und der an einer Blendenscheibe B₁ zwischen dem Ventil A₁ und dem Ekonomiser 21 gemessenen zugeführten Speisewassermenge geschaffen wird.

Als Korrektur für diese Speisewassersteuerung kann eine Messung verwendet werden, die ein Ausdruck für die Temperatur im Rohrsystem ist, wo der Dampf überhitzt wird, z. B. am Punkt D oder E, wodurch es möglich ist zu gewährleisten, daß die Temperatur an dem betreffenden Punkt nicht die höchstzulässige Temperatur überschreitet, die aus wirtschaftlichen Gründen immer wesentlich niedriger als die Dampfaustrittstemperatur gehalten wird.

An Stelle einer Temperaturmessung ist es möglich, die durch das Ventil A₃ eingeführte Wassermenge zu verwenden, die ein indirektes Maß für die Temperatur am Punkt E ist.

Um ein schnell wirkendes Signal für das Speisewasserventil A₁ zu erhalten, ist es wünschenswert, daß die Temperaturmessung so nah wie möglich am

709 709/51

Speisewassereinlaß stattfindet, was jedoch normalerweise schwierig ist, da die Messung an einer Stelle vorgenommen werden muß, an der die Temperatur ein Ausdruck für Variationen der zugeführten Wärmemenge ist. Dies ist bekanntlich nicht der Fall bei einem Dampf-Wasser-Gemisch, das eine Sättigungstemperatur hat, weil die Temperatur sich nur durch Variationen der Wärmemenge ändert, wenn das Wasser entweder eine Temperatur unter der Sättigungstemperatur hat oder vollkommen verdampft und überhitzt ist. Dieser Umstand bedeutet, daß bei auf direkten oder indirekten Temperaturmessungen beruhenden Steuersystemen immer Meßpunkte verwendet werden sollten, die innerhalb des Überhitzungsbereichs und folglich zu einem ziemlich spaten Zeitpunkt des Flusses im System mit großer Zeitverzögerung liegen. Eine Messung der Temperaturänderungen in der Reinwasserphase, z. B. eines Temperaturanstiegs im Ekonomiser 21, ist nämlich praktisch nicht anwendbar, weil die Wärmeschwankungen, soweit es sich um diese Heizoberfläche handelt, kein eindeutiger Ausdruck für die Wärmeschwankungen in den Überhitzerabschnitten sind.

Eine direkte Temperaturmessung hat außerdem den Nachteil, daß sie ein falsches Signal liefert, falls die Temperaatur am Messungspunkt augenblicklich bis zur Sättigungstemperatur absinkt, wenn eine Messung in der Dampfphase vorgenommen wird, oder bis zur Sättigungstemperatur ansteigt, wenn eine Messung in der Wasserphase vorgenommen wird. Diese Gefahr ist immer vorhanden, wenn der Meßpunkt in der Nähe der Sättigungstemperatur liegt.

Es ist bekannt, bei einem mit kritischem Druck arbeitenden Dampferzeuger nach Entspannung des Arbeitsmediums auf den Betriebsdruck das Verhältnis Wasser zu Dampf zu messen. Das gemessene Verhältnis von Wasser zu Dampf dient als Maß für den Wärmeinhalt des Arbeitsmediums. Durch die Abweichung des gemessenen Wärmeinhalts von seinem vorbestimmten Sollwert wird der Regelimpuls für den Dampferzeuger bestimmt. Die Größe der Regelung wird aus dem durch den Kessel durchfließenden Gesamtstrom des Arbeitsmediums ermittelt. Von Nachteil ist, daß dieses Verfahren nur für Anlagen brauchbar ist, die mit überkritischem Druck arbeiten; für solche unterhalb des kritischen Druckes ist dies Verfahren jedenfalls nicht geeignet.

Es ist ferner schon bekannt, für die Bestimmung des Stellwertes zur Regelung eines Zwangstromröhrendampferzeugers einen Teilstrom des Arbeitsmittels als Repräsentante zu benutzen. Dabei wird in einem oder in mehreren von parallel zueinander verlaufenden Kesselrohren ein Flüssigkeitsabscheider eingebaut. Diese abgezweigten Rohre werden gedrosselt und sorgen für einen gewissen Wasserstand im Abscheider. Der Wasserstand im Abscheider dient als impulsauslösende Betriebsgröße. Die Regelabweichung des Flüssigkeitsstandes vom vorgeschriebenen Sollwert bestimmt — entweder manuell oder selbsttätig — die Arbeitsmittelzufuhr bzw. die Wärmezufuhr zum Zwangstromröhrendampferzeuger. Es ist aber nicht einfach, den Flüssigkeitsstand zur Impulsauslösung zu benutzen, denn man muß zunächst den Flüssigkeitsstand im Abscheider in eine elektrische Größe umwandeln. Noch schwieriger ist es, den jeweiligen Stellwert der Regelung in Abhängigkeit von der Größe der gerade vorliegenden Regelabweichung zu gestalten. Man wird sich daher damit begnügen müssen, daß der Stellwert lediglich das Vorzeichen der Regelung bestimmt, also ob die Regelabweichung der Regelgröße größer als ihr Sollwert oder kleiner als dieser ist. Letzteres hat zur Folge, daß große Regelabweichungen, bei denen gerade eine schnelle Angleichung an den Sollwert erwünscht wäre, längere Zeit zu ihrer Behebung erfordern als kleine Regelabweichungen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei dem Verfahren der eingangs genannten Art einen Meßwert zu schaffen, der eine viel sicherere und zuverlässigere Messung als bisher gewährleistet, wodurch die mittels eines Signals auf der Grundlage dieser Messung erfolgende Regelung auch genauer und zuverlässiger wird.

Dies wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß der in gleichbleibender Stärke entnommene Teilstrom auf einen festgelegten Temperaturwert erwärmt wird und der hierzu benötigte

ao Wärmemengenstrom zur Bestimmung des spezifischen Wärmeinhalts des Arbeitsmediums an der Entnahmestelle des Kessels benutzt wird. Führt man die Erwärmung des Teilstromes durch ein elektrisches Heizelement aus, so ist der leicht meßbare elektrische Energieverbrauch ein umgekehrt proportionales Maß für den Wärmeinhalt des Arbeitsmediums an der Entnahmestelle. Diese elektrische Größe kann bequem zur Betätigung des Stellgliedes der Regelvorrichtung herangezogen werden. Man erzielt eine Messung des Zustandes des strömenden Mediums, die genau dem Zustand am Meßpunkt entspricht. Dabei kann man die Abzweigstelle für den Teilstrom verhältnismäßig frei wählen, weil es im Ergebnis unwesentlich ist, ob dieser Teilstrom an seiner Abzweigsteile als reine Dampfphase oder als Mischung von Dampf und Wasser vorliegt. Diese Abzweigstelle kann daher auch verhältnismäßig nahe am Speisewassereinlaß liegen.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Druck des abgezweigten Teilstromes hinter der Entnahmestelle am Kessel und vor seiner Erwärmung auf einen konstanten Wert herabgesetzt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Teilstrom nach seiner Erwärmung und Messung die Regelvorrichtung mit konstantem Auslaßdruck verläßt. Durch dieses Verfahren wird der Vorteil erzielt, daß die austretende Menge immer konstant ist, so daß die dem Meßgerät zugeführte Wärmemenge ein eindeutiges Maß für den Wärmegehalt der abgeleiteten Probe oder des abgeleiteten Teilstromes ist, der z. B. in kcal/kg gemessen werden kann.

Die Erfindung richtet sich aber auch auf eine Regelvorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens mit einem Steuergerät, dessen Eingangssignale sowohl von der Stärke des in den Kessel eintretenden Speisewasserzuflusses als auch von der Stärke des aus dem Kessel austretenden Dampfabflusses bestimmt sind und dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit vom gemessenen Dampffluß auf das Stellglied eines Einlaßventils für den Speisewasserzufluß einwirkt.

Zu diesem Zweck wird der Vorrichtung ein Meßgerät zur Aufnahme eines vom Kessel als Dampf- oder Dampf-Wasser-Gemisch abgezweigten Teilstromes zugeordnet, in welchem Heizelemente zur Erwärmung des hindurchfließenden Teilstromes angeordnet sind, und ein weiteres Steuergerät in die

5 6

Regelvorrichtung gebracht, dessen Eingangssignal leitete Teilstrom wird aus der Meßvorrichtung H über von der Temperatur am Ausgang des Meßgerätes eine kalibrierte Blendenscheibe N abgelassen. Die in bestimmt ist und dessen sich hiernach bemessendes dem Meßgerät H dem Teilstrom zugeführte Wärme-Ausgangssignal die von den Heizelementen abzu- menge, die von dem in der Zeichnung dargestellten gebende Wärmemenge steuert. Schließlich ist im 5 elektrischen Stromkreis genommen werden kann, Heizstromkreis ein Leistungsmeßgerät angeordnet. wird mittels eines Steuergerätes R₁ derart gesteuert, das dem zuerst genannten Steuergerät ein weiteres daß die am Punkt L direkt hinter der Meßvorrich-Eingangssignal zur Korrektur des auf das Speise- tung gemessene Temperatur auf einem konstanten Wassereinlaßventil einwirkenden Ausgangssignals zu- Wert, z. B. 300° C, gehalten wird. Das Steuergerät ,R₁ führt. ίο betätigt über einen Motor M einen Regelwider-Um einen konstanten Druck am Abflußpunkt zu stand K, der in den elektrischen Stromkreis geschaltet schaffen, kann nach einem zusätzlichen Vorschlag ist. In den Stromkreis ist außerdem ein elektrischer der Erfindung hinter der Meßvorrichtung, am Aus- Leistungsmesser J geschaltet, der die zu dem eleklaß für den Teilfluß, eine Blendenscheibe angeordnet irischen Heizelement O geführte Wärmemenge ansein. Diese Blendenscheibe kann gegebenenfalls ver- i₅ zeigt. Da ein konstanter Druck des gemessenen Teilstellbar und vielstufig ausgebildet sein, so daß eine stromes mittels des Druckminderungsventils G in passende Öffnung eingestellt werden kann. Die Ab- Verbindung mit der Blendenscheibe N und eine konmessungen der Blendenscheibe sind nämlich nor- stante Temperatur hinter dem Meßgerät aufrechtmalerweise ziemlich klein. Außerdem sollte die Blen- erhalten wird, so daß auch die Flußmenge konstant denscheibe im Hinblick auf Verschmutzungen leicht ao gehalten wird, ist die zu dem Meßgerät H geleitete entfernbar sein. und von dem Wirkungsmesser / angezeigte Wärme-Ferner wird vorgeschlagen, in den Leitungspfad menge ein eindeutiger Ausdruck für den Wärmedes vom Leistungsmeßgerät auf das erste Steuergerät gehalt der abgeleiteten Probe oder des abgeleiteten übertragenen weiteren Eingangssignals ein drittes Teilstromes, der z. B. in kcal/kg gemessen wird. Die Steuergerät anzuordnen, durch das das hindurch- _a5 Wärmemenge ist z. B. umgekehrt proportional zu geleitete Signal in Abhängigkeit von der Kessel- dem Wärmeinhalt.

belastung selbsttätig veränderbar ist. Weitere Vor- Die in F i g. 3 dargestellte Regelvorrichtung weist teile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Be- außerdem ein Steuergerät A₂ auf, die verschiedene Schreibung und den Ansprüchen. Signale empfangen kann, nämlich teils vom Speisein den Zeichnungen sind zwei bevorzugte Aus- 30 wasserfluß, der z. B. an der Blendenscheibe B₁ geführungsbeispiele der Erfindung dargestellt; es zeigt messen wird, teils vom Dampffluß, der z. B. an der F i g. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Blendenscheibe B₂ gemessen wird, und teils von dem bereits eingangs beschriebenen bekannten Höchst- Wirkungsmesser / für die Wärmezuführung zur Meßdruckdurchlaufkessels, vorrichtung H. Dieses Steuergerät R₂ überträgt an-F i g. 2 einen Teil eines i-i-Schaubildes des Wasser- 35 schließend ein Steuersignal auf das motorgesteuerte dampfes, Ventil A₁, wobei das Steuergerät derart wirkt, daß F i g. 3 eine schematische Ansicht der grundsätz- eine Änderung des an der Blendenscheibe B₂ gemeslichen Konstruktion einer Ausführungsform einer senen Dampfflusses eine proportionale Änderung des erfindungsgemäßen Regelvorrichtung für den Höchst- Wasserzuflusses ergibt. Wenn jedoch der Wärmedruckdurchlaufkessel nach Fig. 1, 40 inhalt des in dem MeßgerätH gemessenen abgelei-F ig. 4 eine ähnliche Ansicht einer anderen Aus- teten Teilflusses sich über vorbestimmte Werte hinaus führungsform der Regelvorrichtung, ändert, empfängt das Steuergerät R₂ vom Wirkungs-Fig. 5 ein Schaubild, das bei zwei verschiedenen messer/ ein Signal, das eine Korrektur des Speise-Drücken teils die Änderung der Temperatur am wasserflusses bewirkt.

Meßpunkt in Abhängigkeit von dem variierenden 45 Auf das in F i g. 3 dargestellte zusätzliche Steuer-Wärmegehalt des Dampfes oder des Dampf-Wasser- gerät R₃ wird später Bezug genommen. Gemisches, teils die dem Heizelement in der Meß- Mit dem in F i g. 2 dargestellten Schaubild für vorrichtung zugeführte Wärmemenge in Abhängigkeit Wasserdampf kann die Wirkungsweise der Regelvom Wärmegehalt zeigt, und vorrichtung an Hand eines Beispiels erläutert werden. F i g. 6 ein Schaubild, das die zugeführte Wärme- 50 Es sei angenommen, daß der Zustand am Probemenge in der Meßvorrichtung in Abhängigkeit von entnahmepunkt D (F i g. 1 und 3) hinsichtlich des der Belastung bei einer Anzahl von verschiedenen Drucks und des Wärmeinhalts 140 at und 640 kcal/kg Voraussetzungen zeigt. beträgt, was dem Punkt 3 des Schaubilds entspricht. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Regelvorrich- Der angegebene Druck wird mittels des Druckmindetung sowie ihre Anwendung und Arbeitsweise ist die 55 rungsventils G reduziert, so daß der zu der Meßfolgende: vorrichtung H geleitete Teilfluß einen Druck von An dem zwischen dem Verdampfungssystem 22 40 at aufweist, während das Steuergerät R₁ derart und dem Vorüberhitzer 23 liegenden Punkt D (F i g. 1 eingestellt wird, daß die Temperatur an dem Punkt L und 3) wird ein repräsentativer Teil des Dampf- direkt hinter der Meßvorrichtung auf 300° C gehalten oder Dampf-Wasser-Gemischflusses abgeleitet, wobei 60 wird, was dem Punkt 11 im Schaubild entspricht, der Druck des Teilstromes mittels eines Druckminde- Aus dem Schaubild geht hervor, daß dann mittels rungsventils G (F i g. 3) auf einen konstanten Druck, des Heizelements O eine Wärmemenge von 68 kcal/kg, z. B. 40 at, reduziert wird. Der Teilstrom wird von d. h. 708 — 640, dem Teilfluß zugeführt wird. dem Druckminderungsventil G zu einer Meßvorrich- Wenn der Zustand an dem Probeentnahmepunkt D tung H geleitet, in die ein elektrisches Heizelement O 65 sich derart ändern sollte, daß der Wärmeinhalt nur eingebaut ist. Der abgezweigte Teilstrom befindet 600 kcal/kg beträgt, während sich der Druck immer sich nach der Wärmezufuhr im Gerät H in reiner noch auf 140 at beläuft, was dem Punkt 4 im Dampfphase. Die abgeleitete Probe oder der abge- Schaubild entspricht, muß eine Wärmemenge von

108 kcal/kg, d.h. 708 — 600, durch das Heizelement O geleitet werden, um den Zustand bei Punkt 11 zu erreichen.

Wenn sich andererseits der Zustand an dem Punkt D auf 680 kcal/kg bei immer noch 140 at verändert, was dem Punkt 5 entspricht, muß eine Wärmemenge von 28 kcal/kg, d. h. 708 — 680, über das Heizelement O zugeführt werden.

Die Temperatur, die von dem Steuergerät R₁ aufrechterhalten werden muß, d. h. entsprechend dem Punkt 11 in Fig. 2, ist so gewählt, daß eine positive Wärmemenge normalerweise immer vom Heizelement O zugeleitet werden muß; wenn jedoch der außergewöhnliche Zustand eintreten sollte, daß die Wärmezufuhr vom Heizelement negativ ist, kann die Vorrichtung so eingerichtet werden, daß das Steuergerät R₁ die Temperatur bei Punkt 11 automatisch nach oben einstellt, bis die Wärmezufuhr vom Heizelement Null erreicht. Die Menge, um die die Temperatur am Punkt L in Fig. 3 verändert wird, um die Wirkung auf Null zu halten, kann als Ausdruck für die negative Wärmemenge, die dem Heizelement zugeführt werden mußte, verwendet werden. Dieses Signal kann dann automatisch der Steuervorrichtung R₃ zugeführt werden, solange der Wärmeinhalt am Meßpunkt D zu hoch ist.

In dem in F i g. 5 dargestellten Schaubild ist angegeben, wie sich die Temperatur am Meßpunkt D bei unterschiedlichen Wärmeinhalten ändert, indem zwei Kurven angegeben sind, die Drücken von 140 und 220 at am Meßpunkt entsprechen. Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß eine Temperaturmessung der bereits beschriebenen Art nicht als Steuersignal im Sättigungsbereich angewendet werden kann, da dies dem horizontalen Teil jeder Kurve entspricht. Außerdem ist daraus ersichtlich, daß das in Grad Celsius pro kcal/kg gemessene Temperaturgefälle bei hohen Drücken besonders klein und daher als Steuersignal in der Nähe des Sättigungspunktes weniger geeignet ist. Das erfindungsgemäße Meßverfahren weist keine derartigen Nachteile auf, da die über das Heizelement O zugeführte Wärmemenge umgekehrt proportional zu dem Wärmeinhalt in dem Dampf oder dem Dampf-Wasser-Gemisch ist, so wie es von der geraden Linie dargestellt ist, die sich durch drei Punkte erstreckt, die den obengenannten drei Zuständen mit Wärmeinhaiten von 600, 640 bzw. 680 kcal/kg und mit Wärmezufuhrmengen von 108, 68 bzw. 28 kcal/ kg, d. h. entsprechend den Punkten 4,3 bzw. 5 in F i g. 2, entsprechen.

Höchstdruckdurchlaufkessel nach dem Benson-Prinzip, d. h. Kessel ohne festen Verdampfungsendpunkt, können entweder mit einem festgesetzten Austrittsdruck oder mit einem veränderbaren Austrittsdruck, dem sogenannten Gleitdruck, betrieben werden, der z. B. proportional zur Belastung variieren kann.

Wenn der Kessel, gemäß Punkt 10 in F i g. 2, mit einem Austrittszustand von z. B. 220 at und bei 540° C arbeitet und ferner der gewünschte Zustand an dem Meßpunkt D in F i g. 3, entsprechend dem Punkt 9 in Fig. 2, 220 at und 640 kcal/kg beträgt, während die Meßvorrichtung H derart eingestellt ist, daß der Zustand in Übereinstimmung mit Punkt 11 in F i g. 2 aufrechterhalten wird, d. h. 40 at und 708 kcal/kg, muß dem Heizelement O in der Meßvorrichtung H eine Wärmemenge von 68 kcal/kg, nämlich 708 — 640, zugeführt werden.

Abgesehen vom Konstanthalten der Dampfaustrittstemperatur bei einer Teillast, ist es oft erwünscht, daß, wenn die Belastung verringert wird, der Überhitzerteil des Kessels vergrößert wird. Dies ist so zu verstehen, daß das Überhitzen weiter unten im Kesselsystem beginnt, was bedeutet, daß der Zustand am Meßpunkt D in F i g. 3 in Richtung auf einen höheren Wärmeinhalt, z. B. auf 660 kcal/kg, geändert werden muß, während der Druck immer noch

ίο 220at beträgt, was dem Punkt 12 in Fig.2 entspricht. In einem derartigen Fall müssen der Meßvorrichtung H 48 kcal/kg, nämlich 708 — 660, zugeführt werden.
Bei dem in F i g. 6 dargestellten Schaubild wird die veränderte Wärmezufuhr als Funktion der Belastung s mittels einer Anzahl von Kurven a-b, a-c usw. dargestellt, die den verschiedenen Voraussetzungen entsprechen. Die veränderte Wärmezufuhr kann mittels des in Fig. 3 dargestellten SteuergerätesR₃ einge-

ao stellt werden, indem diesem Steuergerät ein Belastungssignal zugeführt wird, das das von dem Wirkungsmesser/ empfangene und auf das Steuergerät R₂ übertragene Signal automatisch verschiebt.
Die gestrichelte Linie a-b in F i g. 6 entspricht einer

as konstanten Wärmezufuhr zu der Meßvorrichtung H über den gesamten Belastungsbereich und mit einem festen Austrittsdruck. Wenn das Steuergerät R₃ darauf eingestellt wird, so bedeutet dies, daß der Zustand am Meßpunkt des Probeentnahmepunktes D (F i g. 3) konstant ist oder, mit anderen Worten, daß der Verdampfungspunkt konstant gehalten wird, woraus sich normalerweise eine fallende Dampfaustrittstemperatur bei niedrigerer Belastung ergibt, wenn diese Temperatur nicht allein durch die Wasserzufuhren durch das Ventil A₃ und/oder das Ventil A₁ (F i g. 3) gesteuert werden kann.

Wie die Linie a-b entspricht die gestrichelte Linie a-c in F i g. 6 einem festen Austrittsdruck, während die Wärmezufuhr zu der Meßvorrichtung H propor-

tional zur Belastung gesteigert wird.

In der Folge wird ein Fall beschrieben, bei dem der Kessel mit einer konstanten Austrittstemperatur und mit Gleitdruck arbeitet, was bedeutet, daß der Austrittsdruck proportional zur Belastung gesteuert wird. Wenn angenommen wird, daß der Zustand bei Höchstbelastung der gleiche wie oben angegeben ist, d. h. 220 at und 540° C, was dem Punkt 10 in F i g. 2 entspricht, und ferner die Wärmezufuhr im Kesselsystem vom Punkt D zur Blendenscheibe B₂ (F i g. 3),

in kcal/kg gemessen, über den gesamten Belastungsbereich unverändert ist, muß der Zustand an dem Meßpunkt D gemäß der gestrichelten Kurve 9-13 in Fig. 2 geändert werden, was bedeutet, daß der Meßvorrichtung H eine Wärmemenge zugeführt werden muß, die sich gemäß der ausgezogenen Kurve a-e in Fig. 6 verändert. Diese Veränderung kann durch das Steuergerät R₃ automatisch eingestellt werden.

Wenn die Überhitzeroberfläche bei niedrigerer Belastung und bei Gleitdruck vergrößert wird, so daß dadurch eine größere Wärmeaufnahme in dem Überhitzer stattfindet, so bedeutet dies, daß das Steuergerät gemäß einer etwas niedriger gelegenen Kurve, z.B. gemäß der ausgezogenen Kurve«-/ in Fig. 6, eingestellt werden muß, während andererseits eine Verringerung der Uberhitzeroberfläche und folglich eine verringerte Wärmeaufnahme im Überhitzer gleichbedeutend mit einer Einstellung gemäß einer höher gelegenen Kurve, z. B. gemäß der ausgezogenen

Kurve a-d in F i g. 6, ist. Die verschiedenen Steigungswinkel der Kurven werden von der Art der Anlage bestimmt, und die Einstellung wird automatisch mittels des Steuergerätes R₃ vorgenommen.

Bei den Bezugnahmen auf das Schaubild in F i g. 2 und auf die Verwendung dieses Schaubildes sind keine Druckverluste in dem System in Betracht gezogen worden, und auch die Abhängigkeit zwischen Temperaturen, Drücken und Wärmeinhalten ist in abgerundeten Werten dargestellt, was jedoch im vor- xo liegenden Zusammenhang von geringerer Bedeutung ist.

Die Grundlage des oben beschriebenen Meßsystems besteht darin, daß ein konstanter Dampffluß oder Dampf-Wasser-Fluß, der von dem Druckminderungsventil G und der Blendenscheibe N bestimmt wird, kontinuierlich durch die MeßvorrichtungH (Fig. 3) fließt. Um die Menge dieses Flusses zu regeln, ist es jedoch möglich, eine zusätzliche Meßmenge einzuführen, ao

In F i g. 4 ist schematisch die Anordnung eines Systems dargestellt, das im Hinblick hierauf weiter ausgebildet ist. Der obere Teil von F i g. 4 entspricht der rechten Hälfte von Fig. 3; gemäß Fig. 4 wird jedoch die durch die Blendenscheibe N austretende Dampfmenge zu einem Kondensator P geleitet und dort kondensiert. Das Kondensat fließt weiter zu einem Meßgerät Q, das mit einem eingebauten elektrischen Heizelement O₁ versehen ist. Wenn das Heizelement O₁ eine konstante Wärmemenge an das Kondensat abgibt, wobei die Wärmemenge mittels eines Steuergerätes R₄ konstant gehalten wird, ist das Erwärmen des Kondensats, d. h. der Unterschied zwischen der Temperatur vor und hinter der Meßvorrichtung Q, ein direktes Maß für die Flußmenge. Diese Menge ist normalerweise konstant, da ein konstanter Druck und eine konstante Temperatur an der Blendenscheibe N vorhanden sind. Im Laufe der Zeit kann jedoch eine Änderung stattfinden, z. B. wenn die Blendenscheibe N abgenutzt ist. Durch die Einführung des obengenannten Temperaturunterschieds in die Steuervorrichtung A₂ ist es jedoch möglich, einen automatischen Ausgleich für Änderungen zu schaffen, die in der Flußmenge auftreten.

Bei der praktischen Anwendung des Verfahrens und Gestaltung der zugehörigen Regelvorrichtung nach der Erfindung sollten jedoch folgende Punkte beachtet werden:

Die Probeentnahme sollte derart erfolgen, daß man eine repräsentative Probe erhält. Diese Probe sollte an einer Stelle abgeleitet werden, an der der fließende Dampf oder das fließende Dampf-Wasser-Gemisch gut vermischt sind. Das Anschlußrohr vom Probeentnahmepunkt sollte einen kleinen Querschnitt aufweisen, und die Entfernung zwischen Probeentnahmepunkt und Meßgerät sollte kurz sein. Die Abmessungen und die Heizkapazität der Meßvorrichtung sollten so klein wie möglich sein.

Da hinter dem Meßgerät eine konstante Temperatur beibehalten werden muß und die Temperatur am Einlaß der Anordnung normalerweise nur sehr wenig variiert, sind Änderungen in der Durchschnittstemperatur der Meßvorrichtung gering und ohne größere Bedeutung für die Genauigkeit des Regelvorgangs. Um die Möglichkeit eines Fehlers jedoch so klein wie eben möglich zu halten, sollte das Meßgerät bei kleinstmöglicher spezifischer Wärme arbeiten. Das Meßgerät kann daher vorzugsweise ein dünnwandiges Rohr sein, durch das die Probe fließt, und der Heizteil kann aus Widerstandsdraht bestehen, der in dem Rohr angeordnet ist und aus nichtrostendem Material besteht.

Um eine kleinstmögliche Zeitverzögerung bei dem Meßverfahren zu gewährleisten, sollte die Temperatur mit der kleinstmöglichen Heizkapazität, z. B. mittels eines thermischen Elements in einem dünnwandigen Schutzrohr, gemessen werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung von Zwangdurchlaufkesseln mittels eines Signals, dessen Stellwert sich aus einer indirekten Messung des spezifischen Wärmeinhalts eines von einer Stelle des Kessels als Dampf- oder als Dampf-Wasser-Gemisch abgezweigten Teilstromes des Arbeitsmediums ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der in gleichbleibender Stärke entnommene Teilstrom auf einen festgelegten Temperaturwert, wie z. B. durch ein elektrisches Heizelement, erwärmt wird und der hierzu benötigte Wärmemengenstrom zur Bestimmung des spezifischen Wärmeinhalts des Arbeitsmediums an der Entnahmestelle des Kessels dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des abgezweigten Teilstromes hinter der Entnahmestelle am Kessel und vor seiner Erwärmung auf einen konstanten Wert herabgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom nach seiner Erwärmung und Messung die Regelvorrichtung mit konstantem Auslaßdruck verläßt.

4. Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Steuergerät, dessen Eingangssignale sowohl von der Stärke des in den Kessel eintretenden Speisewasserzuflusses als auch von der Stärke des aus dem Kessel austretenden Dampfabflusses bestimmt sind und dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit vom gemessenen Dampffluß auf das Stellglied eines Einlaßventils für den Speisewasserzufluß einwirkt, gekennzeichnet durch ein Meßgerät (H) zur Aufnahme eines vom Kessel als Dampf- oder Dampf-Wasser-Gemisch abgezweigten Teilstromes, in welchem Heizelemente (O) zur Erwärmung des hindurchfließenden Teilstromes angeordnet sind, und durch ein weiteres Steuergerät (.R₁), dessen Eingangssignal von der Temperatur am Ausgang (bei L) des Meßgerätes bestimmt ist und dessen sich hiernach bemessendes Ausgangssignal die von den Heizelementen (O) abzugebende Wärmemenge steuert, sowie durch ein im Heizstromkreis angeordnetes Leistungsmeßgerät (/), das dem ersten Steuergerät (R₂) ein weiteres Eingangssignal zur Korrektur des auf das Speisewassereinlaßventil (A₁) einwirkenden Ausgangssignals zuführt.

5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Meßgerät (H) eine insbesondere in ihrer Durchlaßöffnung verstellbare Blendenscheibe (N) angeordnet ist.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Leitungspfad des vom Leistungsmeßgerät (/) auf das erste Steuergerät (R₂) übertragenen weiteren Eingangssignals ein drittes Steuergerät (R₃) geschaltet ist,

709 709/51

durch das das hindurchgeleitete Signal in Abhängigkeit von der Kesselbelastung veränderbar ist.

7. Regelvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Blendenscheibe (N) ein Kondensator (P) sowie ein das vom Kondensator kommende Kondensat aufnehmendes Meßgerät (Q) angeordnet ist, das dem Kondensat durch Heizelemente (O₁) eine über einen Nebenregelkreis (R₄) konstant gehaltene ίο

Wärmemenge zuleitet, wobei durch die im Meßgerät (Q) sich ergebende Temperaturerhöhung bei Abweichungen der Flußmenge des abgezweigten Teilstromes ein zusätzliches korrigierendes Eingangssignal für das erste Steuergerät (R₂) auslösbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr, 654 961, 859 738;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 050009. -

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 709/51 12.67 © Bundesdruckerei Berlin