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Einrichtung zum vollautomatischen Betrieb einer Regenerativ-Wärmetauscheranlage,
insbesondere für die Cowperanlage einer Hochofenanlage Die Erfindung bezieht sich
auf eine Einrichtung zum vollautomatischen Betrieb einer Regenerativ-Wärmetauscheranlage,
insbesondere für die Cowperanlage einer Hochofenanlage, mit einer selbsttätigen
Umschaltung von der Heiz- auf die Arbeitsperiode der einzelnen Wärmetauscher und
einer Festwert-oder Verhältnisregelung der Heizmittel und Verbrennungsluftzufuhr
zu denselben.
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Wärmetauscher nach dem Regenerativverfahren werden periodisch betrieben.
Man benötigt für eine kontinuierliche Wärmeabgabemindestenszwei Wärmetauscher, von
denen der eine mittels eines entsprechenden Brenners aufgeheizt wird (Heizperiode),
während der andere von dem aufzuheizenden Medium durchströmt wird, das sich an seinen
Heißwärmespeichermassen erwärmt (Arbeitsperiode).
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Bei einem Betrieb mit zwei Wärmetauschern, die beide zusammen in wechselseitiger
Arbeitsperiode die jeweils verlangte Wärmeleistung zu stellen haben, ist die Arbeitsperiode
des einen Wärmetauschers ausschlaggebend für die Heizperiode des anderen. Wenn das
Fassungsvermögen jedes Wärmetauschers voll ausgenutzt werden soll, um einen optimalen
Betrieb der Wärmetauscheranlage zu ermöglichen, so ist dafür zu sorgen, daß die
Heizmittelzufuhr in der Heizperiode so eingestellt ist, daß der Wärmetauscher seine
optische Füllung erreicht hat, wenn die Arbeitsperiode des anderen Wärmetauschers
beendet ist.
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Sind bei einer Regenerativ-Wärmetauscheranlage, beispielsweise einer
Cowperanlage, drei Wärmetauscher vorgesehen, so befindet sich jeweils nur einer
von ihnen in Arbeitsperiode, während die anderen beiden aufgeheizt werden. Bei Cowpern
einer Hochofenanlage wird das aufzuheizende Medium als Wind bezeichnet. Noch in
neuerer Zeit wird die Zufuhr des Heizmittels meist von Hand eingestellt, d. h.,
die Periodendauer wird beobachtet und danach die Brennstoffmenge variiert. Ist ein
Heizmittelregelkreis, der üblicherweise durch eine selbsttätige Umsteuerungsanlage
der Wärmetauscher ergänzt ist, vorhanden, so wird dessen Sollwert von Hand festgelegt.
Dieser muß zwecks eines laufenden ruhigen Betriebes der Wärmetauscheranlage geschätzte
Werte erhalten, die die Wirkungsgradverluste der einzelnen Wärmetauscher, die Heizwertschwankungen
des verwendeten Heizmittels und sonstige einschlägige Verlustquellen der Anlage
berücksichtigen. Es ist weiter ein halbautomatisches Regelverfahren in Verbindung
mit einer selbsttätigen Umschaltung der Wärmetauscher bekannt, bei dem die Wärmeentnahme
der Wärmetauscher (Menge und Temperatur des aufzuheizenden Windes) durch zwei Sollwerte
von zwei getrennten Regelkreisen dargestellt wird, die die Brennstoffzufuhr festlegen.
Bei diesem halbautomatischen Verfahren ist-es wiederum zusätzlich erforderlich,
daß auf Grund langfristiger Beobachtungen ein Konstantwert von Hand eingestellt
werden muß, der die Wirkungsgrade der Wärmetauscher und die sonstigen Verlustquellen
der Anlage berücksichtigt. Die jeweils einzustellenden Sollwerte oder der erwähnte
Konstantwert sind variable Werte. Zu beachten sind beispielsweise die jahreszeitlich
unterschiedlichen Wirkungsgrade bei im Freien aufgestellten Wärmetauschern, beispielsweise
von Cowpern. Demzufolge sind die nicht konstanten Werte, d. h. die angeführten Soll-
und »Konstant«-Werte im folgenden als Korrekturfaktoren bezeichnet. Werden diese
Faktoren von Hand eingestellt, so arbeiten die bekannten Regelanlagen nicht vollautomatisch.
Sie hängen vielmehr vom Geschick des betreEer_ä°:i Bedienungsmannes ab, was sich
bei zusammengeschalteten mehreren Regenerativ-Wärmetauschern, beispielsweise bei
Cowpern einer Hochofenanlage, ungünstig auswirken kann. Ist der betreffende Korrekturfaktor
zu niedrig eingestellt, so erhält ein Wärmetauscher, gegebenenfalls ein Cowper,
während seiner Heizperiode eine zu geringe Wärmemenge. Er geht mit einer zu geringen
gespeicherten Gesamtwärme in seine Arbeitsperiode hinein. Da sich in den nachfolgenden
Perioden, die je Periode sich ergebenden Fehlwärmemengen fortlaufend addieren, so
kann die betreffende Wärmetauscheranlage ihrer Aufgabe nur nachkommen, wenn die
Zeitdauer der einzelnen Wärmetauscher-Arbeitsperioden sich
mehr
und mehr verkürzen. Dies geschieht in einem solchen Fall durch die bekannten Umsteueranlagen
selbsttätig.
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Die sich verkürzenden Perioden führen zu einem unwirtschaftlichen,
zu schnellen Umschalten der Regenerativ-Wärmetauscheranlage. Eine Aufheizung der
einzelnen Wärmetauscher auf ihr volles Leistungsvermögen während der sich bei Regenerativschaltung
entsprechend verkürzenden Heizperiode ist nicht mehr möglich. Ist der von Hand eingestellte
Korrekturfaktor zu hoch festgelegt, so erreicht ein Regenerativ-Wärmetauscher, beispielsweise
ein Cowper, sein ihm konstruktiv gegebenes, meist maximales Speichervermögen, bevor
er von seiner Heiz- auf seine Arbeitsperiode von der betreffenden, bekannten Umsteueranlage
umgeschaltet wird. Unwirtschaftliche Abstrahlverluste während der unnützen Wartezeit
sind eine Folge hiervon.
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Diese Nachteile der bekannten Regelanlage soll eine Einrichtung nach
dem erfindungsgemäßen Vorschlag vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß der vorhandenen, an
sich bekannten Umschalt- und Heizmittelregelanlage ein Zusatzregelkreis zur Konstanthaltung
der je Wärmetauscher zu speichernden Wärmemenge zugeschaltet ist, dessen Regler
auf den Sollwertsteller des dem Wärmetauscher zugehörigen Heizmittelregelkreises
der Umschalt- und Heizmittelregelanlage während der Umschaltzeit von Arbeitsauf
Heizperiode Einfluß nimmt und der seinen Istwert nach Beendigung der Arbeitsperiode
von einem Wärmemengenzähler erhält.
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Die bisher von Hand eingestellten Korrekturfaktoren (Sollwerte oder
»Konstant«-Werte) werden also nunmehr von einem zusätzlichen Regelkreis entsprechend
korrigiert, der die während einer Arbeitsperiode entnommene Wärmemenge des diese
Arbeitsperiode beendenden Wärmetauschers zweckmäßig mit seinem konstruktiv gegebenen
Wärmespeichervermögen vergleicht und bei Abweichungen den zugehörigen Korrekturfaktor
für seine anschließende Heizperiode verstellt.
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Die entnommene Wärmemenge je Wärmetauscher ergibt sich als Produkt
aus der den Wärmetauscher durchlaufenden Windmenge und aus der Differenz der Windtemperaturen
vor und hinter dem betreffenden Wärmetauscher, d. h. der jeweiligen Kaltwind-und
der jeweiligen Heißwindtemperatur. Da üblicherweise Regenerativ Wärmetauscher mit
einem beachtlichen Wind-Temperatur-Gefälle betrieben werden, so kann meistens der
minimale Einfluß der Kaltwindtemperatur einfachheitshalber vernachlässigt werden.
Selbstverständlich kann, falls das Wind-Temperatur-Gefälle klein ist, die Kaltwindtemperatur
mit berücksichtigt werden. Dem Zusatzregelkreis sind hierbei Impulse zuzuführen,
die von bekannten Meßorganen ausgehend den Einfluß der Temperaturdifferenzen berücksichtigen.
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An Hand der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Einrichtung erläutert.
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In F i g. 1 ist mit 1 ein Regenerator bezeichnet, der sich
in der Arbeits- oder Heizperiode befinden kann. Während der Arbeitsperiode wird
durch den Rechner 4 das Produkt der von den Meßstellen 2 und 3 gemessenen Größen
gebildet und über der Entladezeit integriert. Hierbei erfaßt die Meßstelle 2 die
Gesamtmenge des aufzuheizenden Mediums und die Meßstelle 3 die Temperatur des aufgeheizten
Mediums. Das Ergebnis des Rechners 4, der z. B. ein elektrischer Zähler sein
kann, wird nach Beendigung der Arbeitsperiode als elektrische Größe dem Regler 5
als Istwert aufgegeben und mit dem eingestellten Sollwert des Sollwertstellers 6
verglichen. Bei Abweichungen von Soll- und Istwert wird durch den Regler 5 das sich
in der Heizmittelzufuhrleitung 7 befindliche Stellventil8 verstellt. Die Verstellung
muß dabei proportional der Abweichung sein, was z. B. durch einen Schrittregler
erreicht werden kann. Der Schalter 9 wird erst nach Beendigung der Arbeitsperiode
geschlossen und wieder geöffnet, wenn die Heizperiode beginnen soll. Vor Beginn
der nächsten Arbeitsperiode wird der Rechner 4 wieder auf den Wert Null verstellt.
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F i g. 2 stellt eine Regeneratorenanlage mit drei Regeneratoren dar,
wobei sich der Regenerator 10 in der Arbeitsperiode befinden soll und die Regeneratoren
11 und 12 sich in der Heizperiode befinden sollen. Der Schalter 13 ist geschlossen,
wogegen die Schalter 14 und 15 geöffnet sind. An der Meßstelle 16 wird die Menge
des aufzuheizenden Mediums erfaßt und an der Meßstelle 17 die Temperatur des aufgeheizten
Mediums ermittelt. Beide Meßgrößen werden dem Rechner 18 zugeführt, der das Produkt
aus Menge und Temperatur bildet. Der Ausgang des Rechners 18 ist eine Größe, die
proportional der entnommenen Wärmeleistung ist. Dieser Wert wird dem Verteiler 19
zugeführt und dort entsprechend der Regeneratorengröße und der Anzahl der aufzuheizenden
Regeneratoren aufgeteilt.
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Während der Schalter 20 geöffnet ist, sind die Schalter 21 und 22
der auf »Heizen« stehenden Regeneratoren geschlossen. über die Schalter
21 und 22
erhalten die Gasmengenregler 23 und 24 die
anteiligen Werte für die dem Regenerator 10 entnommene Wärmeleistung. Diese Werte
werden in den Reglern 23 und 24 mit den in den Meßstellen 25 und 26 gemessenen Heizstoffmengen
verglichen und bei Abweichung die Stellventile 27 und 28 betätigt.
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Während der Arbeitsperiode des Regenerators 10 wird durch den Integrator
29 die gesamte dem Regenerator 10 entnommene Wärmeleistung über der Zeit integriert
und nach Beendigung der Entladung als elektrischer Wert dem Regler 30 zugeführt
und mit dem eingestellten, dem Regenerator 10 zugeordneten Sollwert 31 verglichen.
Zu diesem Zweck wird der Schalter 32 und der Schalter 33 geschlossen. Bei Abweichungen
vom Sollwert verstellt der Regler den motorisch angetriebenen Verhältnissollwertsteller
34 des Verhältnisreglers 35. Nach Beendigung der Verstellung werden die Schalter
33, 32 und 13 geöffnet und der Integrator 29 wieder auf den Wert Null verstellt.
Wenn beispielsweise der Regenerator 11 als nächster entladen werden soll, so werden
nach der Umstellung die Schalter 14, 20 und 22 geschlossen und die
Schalter 13, 15 und 21 geöffnet. Die Umstellung der Regeneratoren erfolgt in bekannter
Weise.