DE1275545B - Arrangement for flow rate control for forced flow steam generator - Google Patents
Arrangement for flow rate control for forced flow steam generatorInfo
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Description
Anordnung zur Durchflußmengenregelung für Zwangdurchlauf-Dampferzeuger Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Zwangdurchlauf-Dampferzeuger mit einem Restwasserabscheider zur Regelung der Arbeitsmittelzufuhr in Abhängigkeit des Dampfgehaltes vor dem Restwasserabscheider, wobei die Verdampferheizfläche und mindestens ein Teil der Vorwärmerheizfläche aus mehreren parallelgeschalteten Rohren besteht.Arrangement for flow rate control for forced-flow steam generators The invention relates to a control device for once-through steam generator with a residual water separator to regulate the supply of working medium as a function the steam content upstream of the residual water separator, the evaporator heating surface and at least part of the preheater heating surface made up of several pipes connected in parallel consists.
. Der wirtschaftliche Betrieb derartiger Dampferzeuger verlangt eine kontinuierlich solchermaßen geregelte Zuführung des Arbeitsmittels, daß in der Abscheidevorrichtung stets eine kleine Restmenge flüssigen Arbeitsmittels abgezogen werden kann. Der Dampfgehalt des Arbeitsmittels vor der Abscheidevorrichtung wird als direktes Signal für die Zuflußregelung des Arbeitsmittels benutzt. Eine Meßeinrichtung zur unmittelbaren Messung des Dampfgehaltes ist nicht bekannt. Deshalb wurde bisher die Zufuhr des Arbeitsmittels bei Zwangdurchlauf-Dampferzeugern mit einem oder mehreren parallelgeschalteten Rohren dadurch geregelt, daß die Wärme- oder Arbeitsmittelzufuhr eines Rohrstranges gegenüber dem anderen unterschiedlich eingestellt wird, so daß entweder die Uberhitzung des Dampfes früher als in den übrigen Rohren beginnt oder die Erwärmung des noch flüssigen Arbeitsmittels später endet.. The economical operation of such steam generators requires a continuously regulated supply of the working medium in such a way that in the separation device a small residual amount of liquid working medium can always be withdrawn. Of the The vapor content of the working medium in front of the separator is given as a direct signal used for the flow control of the working medium. A measuring device for immediate Measurement of the steam content is not known. Therefore, the supply of the Working equipment for once-through steam generators with one or more parallel-connected Pipes regulated by the fact that the supply of heat or working medium to a pipe string is set differently from the other, so that either the overheating of the steam begins earlier than in the other pipes or the heating of the still begins liquid working medium ends later.
Zu diesem Zweck werden üblicherweise alle Rohrstränge mit sogenannten Strangdrosselventilen versehen. Weiterhin sind an allen oder einem Teil der parallelen Rohre am Ende der Verdampferheizfläche Temperaturmeßwertgeber vorgesehen. Die Temperatur des leicht überhitzten Dampfes eines Rohrstranges wird als Ersatzgröße für den Dampfgehalt der anderen Rohrstränge empirisch durch eine Bilanzierung der zugeführten Arbeitsmittelmenge und der aus der Abscheidevorrichtung zum überhitzer abströmenden Sattdampfmenge ermittelt und als Signal für die Zuflußmengenregelung benutzt. Es sind auch Anordnungen bekannt, die den Extremwert mehrerer Temperaturmeßwertgeber auswählen und als Regelsignal weiterleiten. Außerdem stellen die Strangdrosselventile, die zur unterschiedlichen Beaufschlagung der Rohrstränge benötigt werden, infolge der Stopfbuchsen wartungsaufwendige Armaturen dar. Die manuelle Betätigung dieser Drosselorgane schließt außerdem gewisse Fehlermöglichkeiten ein, die zu Betriebsstörungen führen können. Die Strangdrosselventile und die Sattdampfmengenmessung nach der Abscheidevorrichtung verursachen einen beträchtlichen Druckverlust, wenngleich ein bestimmter Teil dieses Druckverlustes zur Stabilisierung der Strömung in der Verdampferheizfläche ohnehin benötigt wird.For this purpose, all pipe strings are usually with so-called Line throttle valves provided. Furthermore are at all or part of the parallel Pipes provided at the end of the evaporator heating surface temperature sensor. The temperature the slightly overheated steam of a pipe string is used as a substitute for the steam content the other pipe strings empirically by balancing the amount of working fluid supplied and the amount of saturated steam flowing out of the separation device to the superheater determined and used as a signal for the flow rate control. There are also orders known, which select the extreme value of several temperature transducers and as a control signal forward onto. In addition, the line throttle valves, which are used for the different Actuation of the pipe strings are required, due to the stuffing boxes maintenance-intensive Valves represent. The manual operation of these throttling devices also includes certain Possible errors that can lead to malfunctions. The line throttle valves and the measurement of the amount of saturated steam after the separation device cause a considerable amount Pressure loss, albeit a certain part of this pressure loss for stabilization the flow in the evaporator heating surface is required anyway.
Den vorstehend beschriebenen Verfahren und Anordnungen haftet der Nachteil an, daß die Dampffeuchte nur annähernd aus mehreren physikalisch unterschiedlichen Meßwerten empirisch bestimmt werden kann. Ferner besteht die Gefahr, daß im Rohrstrang mit leichter Überhitzung, dem sdgenannten Leitstrang, eine Salzablagerung erfolgt, die nur durch Wechseln des Leitstranges und damit gegebener Spülung des Rohres beseitigt werden kann. Der Wechsel des Leitstranges erfolgt manuell nach den jeweiligen Betriebsverfahren. Deshalb unterliegt die aus dem Leitstrang abzuleitende Dampffeuchte naturgemäß Fehlern, je nach Charakteristik des jeweiligen Leitstranges. Große Zwangdurchlauf-Dampferzeuger für hohe Dampfzustände mit Abscheidevorrichtung benötigen außer dem obenerwähnten Temperatursignal, welches mit einer bestimmten Meßverzögerung behaftet ist, noch ein weiteres Signal für die Zuflußregelung des Arbeitsmittels, welches mit geringen Verzögerungen arbeitet. Es wurden auch Anordnungen bekannt, die die Arbeitsmittelzufuhr nach dem Verhältnis der Arbeitsmittelmenge in einem Teil des Dampferzeugers zur Abschlämmenge aus der Abscheideflasche regeln. Dieses Verfahrest setzt eine aperiodisch arbeitende Niveauregelung der Abscheiäeflasche voraus, da sonst beträchtliche Fehler-bei den Mengenmessungen entstehen. Bei größeren Dampferzeugern ist der Arbeitsmitteldurchsatz im Vergleich zum Inhalt der Abscheideflasche meistens so groß, daß eine aperiodische Niveaureglung unmöglich. ist. Außerdem setzt die Abscheidewirkung eine Rotation des flüssigen Arbeitsmittels in der Flasche voraus und erschwert dadurch beträchtlich die exakte Niveaumessung und damit die Ausbildung eines aperiodischen Regelvorganges. -Weiterhin haftet dem bekannten Verfahren der Nachteil an, daß die gesamte Arbeitsmittelmenge z. B. nach der Abscheideflasche gemessen werden muß. Die Unterbringung einer Mengenmessung an dieser Stelle des Dampferzeugers bereitet außerordentliche konstruktive Schwierigkeiten. Ferner ist an der Stelle normalerweise nur eine beschränkte Meßgenauigkeit zu erreichen, da nur kurze Meßstrecken konstruktiv unterzubringen sind.The above-described procedures and arrangements are liable for Disadvantage is that the steam moisture only approximately consists of several physically different ones Measured values can be determined empirically. There is also the risk that in the pipe string with slight overheating, the sd mentioned conduction line, a salt deposition occurs, which can only be eliminated by changing the guide line and thus flushing the pipe can be. The guide line is changed manually according to the respective operating procedure. Therefore, the steam moisture to be derived from the duct is naturally subject to errors, depending on the characteristics of the respective guiding line. Large once-through steam generator for high steam conditions with separator need in addition to the above Temperature signal, which is subject to a certain measurement delay, still Another signal for the flow control of the working medium, which with low Delays works. There are also arrangements known that the supply of work equipment according to the ratio of the amount of working fluid in a part of the steam generator to Regulate the blowdown volume from the separation bottle. This procedure sets an aperiodic working level control of the separating bottle in advance, otherwise considerable errors the quantity measurements arise. In the case of larger steam generators, the working medium throughput is compared to the content of the Separation bottle usually so big that aperiodic level control impossible. is. In addition, the separation effect continues a rotation of the liquid working medium in the bottle ahead and made more difficult considerably the exact level measurement and thus the formation of an aperiodic Control process. Furthermore, the known method has the disadvantage that the total amount of work equipment z. B. must be measured after the separation bottle. The placement of a quantity measurement at this point of the steam generator prepares extraordinary constructive difficulties. Furthermore, at the point is normally to achieve only a limited measuring accuracy, since only short measuring distances are constructive are to be accommodated.
Es sind auch Anordnungen bekannt, wo aus einer Wirkdruckmessung des Naßdampfes eine Verstellung der Wasserzufuhr mittels zusätzlicher Regelventile zum jeweiligen Strang hergestellt werden sollte. Bei dem bekannten Verfahren handelt es sich jedoch um einen Zangumlauf-Dampferzeuger, d. h. die aus der Abscheidevorrichtung abgezogene Wassermenge wird den Verdampferrohren über . obengenannte Regelventile wieder zugeführt.There are also known arrangements where from a differential pressure measurement of the Wet steam an adjustment of the water supply by means of additional control valves for respective strand should be produced. The known method acts However, it is a forced circulation steam generator, d. H. those from the separation device The amount of water withdrawn is passed through the evaporator tubes. the aforesaid control valves fed back.
Dieses Verfahren gestattet jedoch nicht die Bestimmung des Dampfgehaltes, da die zur Bestimmung der Dichte erforderliche Arbeitsmitteldurchsatzmenge des jeweiligen Stranges nicht bestimmt werden kann. Die bekannte Anordnung benutzt dafür als Ersatzgröße die gesamte Arbeitsmittelmenge aller Parallelstränge, die ihrerseits auch nur mittelbar bestimmt wird.However, this method does not allow the determination of the steam content, as the throughput of the working medium required to determine the density of the respective Strand cannot be determined. The known arrangement uses it as a substitute size the total amount of work equipment of all parallel lines, which in turn only indirectly is determined.
Weiterhin wurden Einrichtungen bekannt, die das sekundliche Dampfvolumen erfassen und als Regelsignal für die Einstellung des Arbeitsmittelzustromes verwenden. Solange der Verdampfungsvorgang noch nicht abgeschlossen ist, kann man aber aus dem Dampfvolumen nicht auf die darin enthaltene Masse an Arbeitsmitteln schließen, wenn der Restwasser-bzw. Dampfgehalt nicht bekannt ist.Furthermore, devices were known that the secondary steam volume record and use as a control signal for setting the flow of work medium. As long as the evaporation process has not yet been completed, you can leave it the volume of steam does not indicate the mass of working media it contains, if the residual water or. Vapor content is not known.
Die ständige Verbesserung und Verfeinerung der Regelungssysteme und -verfahren stellt die Aufgabe, regelungstechnisch wichtige Größen unmittelbar mit hoher Genauigkeit und Sicherheit möglichst verzögerungsfrei zu erfassen und Ersatzmeßgrößen sowie die damit verbundenen Unzulänglichkeiten zu vermeiden.The constant improvement and refinement of the control systems and method sets the task of directly communicating important control-related variables with a high degree of accuracy and security, as far as possible without delay, and substitute measured values as well as avoid the associated shortcomings.
Die erfindungsgemäße Anordnung kommt diesem Bedürfnis der Meß- und Regelungstechnik dadurch nach, daß in ein und demselben Rohrstrang nahe dem Eingang und nahe dem Ausgang, vor dem Restwasserabscheider, jeweils eine Mengenmeßeinrichtung vorgesehen ist, wobei zwischen den Meßeinrichtungen keine Arbeitsmittelzu- und -abfuhr erfolgt, und außerdem ein einem Quotienten aus den gewonnenen Mengenmeßwerten bildender Meßwertwandler vorgesehen ist und der gebildete Quotient als Regelimpuls Verwendung findet.The arrangement according to the invention meets this need of measurement and Control technology by the fact that in one and the same pipe string near the entrance and near the exit, in front of the residual water separator, a quantity measuring device is provided, with no working medium supply and discharge between the measuring devices takes place, and also a quotient from the obtained quantity measured values forming Measurement transducer is provided and the quotient formed is used as a control pulse finds.
Von Vorteil ist weiter, daß die. Querschnitte der Meßdrosseln der Mengenmeßeinrichtung so bemessen sind, daß zusätzliche Drosselorgane zur Stabilisierung der Durchflußverteilung in den parallelgeschalteten Heizflächenrohren entfallen.Another advantage is that the. Cross-sections of the measuring throttles of the Quantity measuring devices are dimensioned so that additional throttling devices for stabilization the flow distribution in the heating surface pipes connected in parallel is omitted.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmai beaufschlagt das Ausgangssignal des an dem Restwasserabscheider angeordneten Druckgebers einen Korrekturregler, dessen Ausgang mit einer Recheneinheit verbunden ist, so daß der Quotientenimpuls in einer weiteren Recheneinheit in Abhängigkeit vom Sättigungsdruck des Arbeitsmittels korrigiert wird.According to a further advantageous feature, the output signal is applied of the pressure transmitter arranged on the residual water separator a correction controller, whose output is connected to a computing unit, so that the quotient pulse in a further arithmetic unit as a function of the saturation pressure of the working medium is corrected.
Schließlich ist noch von Vorteil, daß die Regelimpulse jedes- Rohrstranges auf ein Extremwertauswahlgerät bekannter Bauart geschaltet sind, an dessen Ausgang ein Mengenregler angeschlossen ist.Finally, it is also advantageous that the control pulses of each pipe string are switched to an extreme value selection device of known design, at the output a volume regulator is connected.
An - Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Erfindungsgedanke näher erläutert.On - hand of an embodiment shown in the drawing the inventive concept is explained in more detail.
In einem Rohrstrang der parallelgeschalteten Vorwärmer- und Verdampferrohre werden zwei Durchflußmengenmeßvorrichtungen (z. B. Wirkdruckgeber in an sich bekannter Ausführung) eingebaut. Das eine Drosselmeßgerät wird dort angeordnet, wo in jedem Betriebsfall das Arbeitsmittel im flüssigen Aggregatzustand vorliegt. Das andere Drosselmeßgerät wird -im gleichen Rohrstrang an der Stelle, an der- der Flüssigkeits- bzw. Dampfgehalt des Arbeitsmittels bestimmt. werden soll, d. h. bei Zwangdurchlaufkesseln unmittelbar vor einer Abscheideflasche angeordnet.In a pipe run of the preheater and evaporator pipes connected in parallel two flow rate measuring devices (e.g. differential pressure transducers in per se known Version) built-in. The one throttle meter is placed where in each In operation, the work equipment is in a liquid state. The other Throttle measuring device is -in the same pipe string at the point where- the liquid- or steam content of the working medium is determined. should be, d. H. for once-through boilers placed directly in front of a separation bottle.
Da zwischen den beiden Meßstellen kein Abzweig oder Verlust an Arbeitsmitteln besteht, ist die durchströmende Gewichtsmenge pro Zeiteinheit absolut gleich. Für die Berechnung der Durchflußmenge wird bekanntermaßen außer- den Konstanten des Meßgerätes der erzeugte Wirkdruck und das spezifische Gewicht des strömenden Mediums an der jeweiligen Meßstelle benötigt. Es verhalten sich die Kehrwerte des spezifischen Gewichtes proportional den Wirkdrücken beider Meßstellen.Since there is no branching or loss of work equipment between the two measuring points exists, the amount of weight flowing through is absolutely the same per unit of time. For the calculation of the flow rate is known to be based on the constants of the Measuring device the generated differential pressure and the specific weight of the flowing medium required at the respective measuring point. The reciprocal values of the specific behave Weight proportional to the effective pressures of both measuring points.
Es gilt ergibt sich Als bekannt können folgende Werte vorausgesetzt So werden Am Drosselmeßgerät 1: P1 ; 191, v1 Am Drosselmeßgerät 2: P2; z92, t;2 ; n2', wobei im Falle. des Zwangdurchlauf-Dampferzeugers P2 und 02 die Werte des Sättigungszustandes darstellen, der unmittelbar vor und in der Abscheideflasche 4 herrscht. ' Außerdem gilt für das Naßdampfgebiet t2 - rä + x (Va, _ t5) , (3) wobei x den Dampfgehalt angibt. Daraus folgt unmittelbar für den Dampfgehalt Gleichung (3) in Gleichung (2) eingesetzt ergibt daraus folgt für den Dampfgehalt Das Verhältnis der beiden Wirkdrücke der Drosselmeßgeräte 1, 2 ist demzufolge ein unmittelbares Maß für den Dampfgehalt. Da die Berechnung von v2 auf die spezifischen Volumina des siedenden Arbeitsmittels und des Sattdampfes aufgebaut ist, ist ersichtlich, daß die Genauigkeit einer derartigen Ermittlung von der Einhaltung des Auslegungsdruckes an dem Drosselmeßgerät 2 in weitem Maße abhängig ist. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, mit Hilfe des bei Groß-Dampferzeugern üblichen, in F i g. 1 nicht dargestellten Druckregelers, die Betriebsweise des Dampferzeugers so einzurichten, daß der Dampfdruck in der Abscheideflasche 4 konstant gehalten wird, so daß dieser Sättigungsdruck auch für das Drosselmeßgerät 2, welches unmittelbar vor der Abscheideflasche 4 angeordnet ist, in Rechnung gesetzt werden kann. Wird der Dampferzeuger mit festem Frischdampfdruck betrieben, so kann über einen an sich bekannten Korrekturregler 5, der sein Signal von einem Druckgeber 6 in der Abscheideflasche 4 erhält, die erforderliche Berichtigung vorgenommen werden.It applies surrendered The following values can be assumed to be known. At the throttle measuring device 1: P1; 191, v1 At the throttle measuring device 2: P2; z92, t; 2; n2 ', where in the case. of the once-through steam generator P2 and 02 represent the values of the saturation state that prevails immediately in front of and in the separation bottle 4. In addition, the following applies to the wet steam area t2 - rä + x (Va, _ t5), (3) where x indicates the steam content. This immediately follows for the steam content Equation (3) inserted into equation (2) gives from this follows for the steam content The ratio of the two effective pressures of the throttle measuring devices 1, 2 is therefore a direct measure of the steam content. Since the calculation of v2 is based on the specific volumes of the boiling working medium and the saturated steam, it can be seen that the accuracy of such a determination depends to a large extent on compliance with the design pressure on the throttle measuring device 2. In principle, there is the possibility, with the help of the customary for large steam generators, shown in FIG. 1 pressure regulator, not shown, to set up the mode of operation of the steam generator so that the steam pressure in the separation bottle 4 is kept constant so that this saturation pressure can also be taken into account for the throttle measuring device 2, which is arranged directly in front of the separation bottle 4. If the steam generator is operated with a fixed live steam pressure, the necessary correction can be made via a correction controller 5 known per se, which receives its signal from a pressure transmitter 6 in the separation bottle 4.
Der auf diese Weise ermittelte Meßwert für den Dampfgehalt wird unmittelbar als Signal für die Arbeitsmittel-Zuflußregelung des Dampferzeugers benutzt. Es bedarf keiner weiteren Signale für diesen Regelkreis, da die Meßwerterfassung ohne Verzögerung erfolgt.The measured value for the steam content determined in this way becomes immediate used as a signal for the working fluid flow control of the steam generator. It requires no further signals for this control loop, as the measured value acquisition takes place without delay he follows.
Eine Ausführungsform für den Aufbau der Vorrichtung zur Regelung der Arbeitsmittelzuflußmenge ist in F i g. 1 dargestellt. Die Drosselmeßgeräte 1, 2 sind im Rohrstrang 3 angeordnet. Die Wirkdrücke werden auf an sich bekannte Meßwertumformer 7, 8 geschaltet. Die Ausgangsgrößen der Meßwertumformer 7, 8 werden in bekannter Weise einem Rechenwerk 9 zugeführt, welches den Quotienten der Wirkdrücke bildet. Die für die Bestimmung des Dampfgehaltes notwendige Rechenoperation kann entweder im gleichen Gerät vorgenommen werden, oder es wird, wie in F i g. 1 dargestellt, eine getrennte Recheneinheit 10 vorgesehen. Diese Recheneinheit beeinflußt einen Mengenregler 11, der über eine Stelleinheit 12 die Arbeitsmittelzufuhr in bekannter Weise einstellt.One embodiment for the construction of the device for regulating the amount of working medium inflow is shown in FIG. 1 shown. The throttle measuring devices 1, 2 are arranged in the pipe string 3. The effective pressures are switched to transducers 7, 8 known per se. The output variables of the transducers 7, 8 are fed in a known manner to an arithmetic unit 9 , which forms the quotient of the effective pressures. The arithmetic operation required to determine the steam content can either be carried out in the same device or, as in FIG. 1, a separate computing unit 10 is provided. This arithmetic unit influences a quantity regulator 11 which, via an adjusting unit 12, adjusts the supply of working medium in a known manner.
Vorstehend beschriebene Anordnung kann auch bei Aggregaten zur Anwendung gelangen, bei denen ein in einer Flüssigkeit gelöstes Gas durch physikalische Verfahren ausgetrieben wird. Statt der in F i g. 1 dargestellten Drosselmeßgeräte 1, 2 für die Durchflußmengenmesser können ebensogut andere bekannte Volumendurchflußmeßgeräte eingesetzt werden. Der Einsatz von Drosselmeßgeräten für die Durchflußmessung gestaltet sich dann besonders günstig, wenn der Drosselquerschnitt so bemessen wird, daß zusätzliche Drosselvorrichtungen zur ohnehin erforderlichen Stabilisierung der Durchflußverteilung in den parallelgeschalteten Heizflächenrohren entfallen können.The arrangement described above can also be used in units in which a gas dissolved in a liquid is expelled by physical processes. Instead of the in FIG. 1, shown throttle measuring devices 1, 2 for the flow meter, other known volumetric flow measuring devices can just as well be used. The use of throttle measuring devices for flow measurement is particularly advantageous if the throttle cross-section is dimensioned in such a way that additional throttle devices for stabilizing the flow distribution in the parallel-connected heating surface tubes can be dispensed with.
Claims (4)
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1961
- 1961-10-04 DE DE1961J0020619 patent/DE1275545B/en active Pending
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