DE1964758C - Regelverfahren für eine metallurgische Ofenanlage - Google Patents

Description

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angeschlossen ist, durch welche der Hochofen mit Stelle niedrigeren Druckes geleitet werden kann. Verbrennungsluft versorgt wird. Es können noch Damit soll verhütet werden, daß durch das schnelle weitere Leitungen an diese Druckluftieitung 10 ange- Abschalten der Turbo maschinenanlage der Betrieb des schlossen sein, welche noch andere Ofenanlagen mit Hochofens gestört wird.

Verbrennungsluft versorgen. Außerdem wird es in 5 Der dargestellte Verdichter 6 ist als Axialmaschine den meisten Fällen notwendig sein, der Druckluft- gebaut. Eingestellt können Eintrittsleitkränze, z. B. leitung durch einen gesondert angetriebenen Ver- ein vor der ersten Stufe schon angeordneter Kranz dichter noch die fehlende Luftmenge zuzuführen. oder Kränze zwischen den Stufen oder ein letzter Dadurch kann in der Druckluftleitung 10 der Druck Kranz hinter der letzten Stufe, werden. Es ist aber mittels Bemessung der zusätzlichen Luftmenge ge- ίο auch möglich, Radialverdichter zu verwenden, bei eignet eingestellt werden. denen dann entsprechende Eintrittsdrallvorrichtungen

Der Drehzahlregler 11,12, der durch die Turbo- oder Drallvorrichtungen in den Diffusoren Verwenwelie angetrieben ist, beeinflußt mittels des Servo- dung finden.

Motors 12 den Kranz der einstellbaren Schaufeln 7 so. Die Regelvorgänge lassen sich an Hand der V, P-

daü zunächst die Drehzahl konstant bleibt. Mit Hilfe 15 Bilder in F i g. 2 und 3 verfolgen. Pl entspricht dem einer Sollwerteinstellung 13 kann der einzustellende normalen Förderdruck in der Druckluftleitung 10 Sollwert der Drehzahl nach Maßgabe des Druckes Pl (Fig. 1). Mit A (Fig. 2) ist die Pumpgrenze bei ir, der Leitung 10 festgesetzt werden. Da in der Lei- verschiedenen Betriebszuständen dargestellt und mit B tnr.g 10 jedoch ein konstanter Druck aufrechterhalten eine Betriebslinie, die zur Verhütung des Eintritts des v, ,j, bleibt, solange keine Änderungen dieses kon- 20 Verdichterbetriebs in das Pumpgebiet nie unters!unten Wertes verursacht werden, auch die Drehzahl schritten werden darf.

auf konstanter Höhe. Bei einem Sinken der Drehzahl Außerdem sind durch die Kurven IfI. Wl und Wl

v-ird die Verdichterleistung durch Beschränkung der in F i g. 2 die Gebiete gleicher Wirkungsgrade η FÜrdermenge vermindert und bei einem Steigen der (80, 84, 86%) für den Betrieb des Verdichters mit der Drehzahl erhöht, wodurch die dem Druck Pl in der »5 Drehzahl n beim Förderdruck Pldargestellt. In F i g. 3 Leitung 10 entsprechende Sollwertdrehzahl wieder sind die entsprechenden Gebiete»? (84, 86°/₀) für den hergestellt wird. Betrieb mit der Drehzahl «Ι und dem Förderdruck P/l

An die Förderleitung 9 des Turboverdichters ist durch die Kurven W*2 und W*7> erkennbar. eine Zweigleitung 14 angeschlossen, in welche ein In F i g. 2 und 3 sind weiter Linien W und /Vl' als

Regelorgan 15 eingebaut ist. Die Leitung führt an 30 Parameter für konstante Verdichtungsleistung eingeeine Stelle niedrigeren Druckes, z. B. in eine Ab- tragen. Diese Linien stellen in erster Annäherung leitung, welche zuviel geförderte Luft über Dach Hyperbeln dar mit den Koordinatenachsen als abführt. Eingestellt wird das Regelorgan 15 durch Asymptoten.

einen Servo-Motor 16, der seinerseits durch ein Meß- Schließlich sind in den F i g. 2 und 3 weiter noch

gerät 17 gesteuert ist. Das Meßgerät 17 steht unter 35 eingetragen ebenso als Parameter Linien konstanter dem Einfluß der durch die Leitung 9 zur Leitung 10 σ-Werte. Diese σ-Werte stellen dimensionslose Zahlen strömenden Luftmenge. Das Regelorgan 15 beginnt dar und werden als Drosselzahl bezeichnet. Der zu öffnen, wenn die in die Luftleitung 10 strömende geometrische Ort aller Punkte mit gleichem σ bildet Luftmenge so klein wird, daß der Verdichterbetrieb — entsprechend der Definition des σ-Wertes (zu vgl. sich der Pumpgrenze nähert. Die dadurch entstehende 40 Eckert, Axial- und Radialkompressoren, 1953, Vermehrung der Luftförderung durch den Verdichter S. 42ff.) — eine Parabel, deren Scheitelpunkt im verhütet den Eintritt des Betriebes in das Pumpgebiet. Nullpunkt der Koordinaten liegt. Die Wirkungsgrad-Da die Pumpgrenze sich mit Veränderung des Förder- kurven W bei verschiedenen Drehzahlen n werden bei druckes ebenso ändert, wird der Sollwert der Luft- Veränderung des Netzdruckes Pl, d. h. bei Vermenge, bei welchem das Ventil 15 durch den Servo- 45 änderung des den Drehzahlen zugehörigen Forder-Motor 16 geöffnet wird, durch eine Meßvorrichtung 18 druckes des Verdichters den σ-Linien entlang vernach Maßgabe des Druckes in der Förderleitung 9 schoben und dabei konform entsprechend der Schar eingestellt. Damit kann erreicht werden, daß in jedem der σ-Kurven verändert. Zudem liegt im Feld der Betriebspunkt immer so viel Druckluft der Leitung 10 Wirkungsgradkurven die 0-Kurvenschar, weiche die zugeführt werden kann, als diese ohne Druckerhöhung 50 Werte für die Anstellwinkel der Leitschaufeln zur aufnehmen kann, und nur diejenige Luftmenge abge- Erreichung der eingetragenen Wirkungsgrade darlassen werden muß, welche notwendig ist, um das stellen.

Pumpen des Verdichters zu verhüten. Das Rückschlag- Es mag unterstellt sein, daß der normale Betnebs-

ventil 25 in der Förderleitung 10 verhindert in solchen zustand beim Gegendruck Pl (in der Druckluft-Fällen ein Rückströmen von Luft aus der Luftleitung 55 leitung 10, F i g. 2) und bei der Drehzahl n im Punkt/· 10 gegen den Verdichter 6 oder in die Zweigleitung 14. liegt. Dabei wird dem Verdichter eine Leistung Nn In der Leitung 3 ist ein Schnellschlußorgan 19 von der Turbine zugeführt. Die Leitschaufeln werden eingebaut, welches durch einen Schnellschlußregler 20 von der Regeleinrichtung bei einem Anstellwinkel^ beeinflußt ist. Bei Erreichen einer unzulässigen Dreh- gehalten. .

zahl wird dieses Schnellschlußorgan geschlossen, so 60 Wenn die Leistung der Turbine abnimmt, ζ ο. daß die Drehzahl der Turbomaschinenanlage nicht infolge einer Verminderung der Menge oder Ues durchgehen kann. Außerdem ist vor dem Schnell- Druckes oder der Temperatur der aus dem Hocnoten schlußorgan 19 an die Leitung 3 eine Zweigleitung 21 anfallenden Abgase, verursacht die Regelung eine angeschlossen, die ein Durchfiußorgan 22 besitzt. Verschiebung des Betriebs vom Punkt F gegen t Dieses Durchflußorgan ist ebenso durch den Schnell- 65 durch Veränderung des Anstellwinkels vom Wert [i schlußregier 20 beeinflußt, so daß beim Abschließen gegen den Wert ß' und darüber hinaus bis höchstens des Schnellschlußorgans 19 die vom Hochofen an- Zum Punkt D. Hält bei weiterem Abfall der Turbinenkommende Gasmenge durch die Leitung 21 an eine leistung die Tendenz einer Verschiebung des Betriebs

über den Punkt D der kleinstmöglichen Antriebsleistung hinaus gegen die Pumpgrenze A noch an, so greift der Mengenregler 15 (F i g. 1) ein, um die Luft durch die Leitung 14 abzuführen. Ein Rückströmen von Luft aus der Druckleitung 10 durch die Leitung 9 wird durch das Rückschlagventil verhütet.

Bei einer Vergrößerung der von der Turbine dem Verdichter zugeleiteten Leistung infolge vermehrter Abgasenergie verschiebt sich der Betrieb vom Punkt F gegen den Punkt F". Durch die Regelvorrichtung wird dann die Stellung der einstellbaren Laufschaufeln gegen den Höchstwert des Anstellwinkels/?" vergrößert. Dadurch wird eine erhöhte Luftmenge in die Druckluftleitung 10 geführt und so die gesteigerte Turbinenleistung nutzbar verwertet. Bei weiterer Erhöhung der Abgasicistung wäre der Verdichter ausgeregelt, und der Betrieb würde — mit entsprechender Erhöhung der Drehzahl und des Förderdruckes — der eingezeichneten Kurve ß" weiter folgen. Der Verdichter würde dann wieder ein kleineres Luftvolumen — jedoch bei einem erhöhten Druck — fördern und so die vermehrte Turbinenleistung absorbieren. Wenn in Ausnahmefällen der Verdichter nicht mehr imstande wäre, die ihm angebotene Leistung aufzunehmen, könnte die Drehzahl unzulässig hoch an- as steigen. Dunn würde der Schnellregler 20 in Aktion treten und auf alle Fälle so lange das Schnellschlußorgan abschließen und das Abströmventil 22 öffnen, bis die Grenzdrehzahl wieder unterschritten ist.

Würde z. B. der Gegendruck in der Druckleitung vom Druck Pl auf den Druck Pll (F i g. 2) sinken, so würde — zunächst ohne Einwirkung durch die Sollwerteinstellvorrichtung 13 (Fig. 1) — z.B. der Betriebspunkt F' der Linie W = konstant entlang auf das Druckniveau PIi beim Punkt F'\ sinken, und der Wirkungsgrad würde von etwa 86,3 °/„ auf etwa 83,5 °/₀ fallen. Ebenso würden auch die anderen /•"-Punkte der /"/-Linie den ihnen entsprechenden /V-konstantlinien entlang auf das Niveau Pll fallen. Damit zusammenhängend wird aber auch der Druck der Treibgase für die den Verdichter antreibende Turbine fallen und die Gase in der Turbine nur noch eine Leistung von Wl entwickeln. Damit wandert der Betriebspunkt F'\ an die Stelle F'l.

Nun wirkt bei dieser Regelverschiebung aber gleichzeitig auch die Sollwerteinstellvorrichtung 13 (F i g. 1) mit und senkt die Drehzahl vom Wert η auf den Wert μ 1. Für diese gesenkte Drehzahl gilt nicht mehr das gleiche Wirkungsgradfeld wie das in F i g. 2 für die Drehzahl η eingezeichnete. Die Wirkungsgradkurven Wl, Wi in F i g. 2 und auch die Linienschar für die /9-Werte werden bei der Drehzahlsenkung konform entlang der σ-konstant Linienschar gesenkt. Sie verändern dabei ihre Form und ihre Lage und nehmen die Gestalt Wl*, W3* in F i g. 3 an. Die N-Linienschar und die «r-Linienschar erfahren in F i g. 3 gegenüber F i g. 2 keine Änderung, und damit verändern auch die Betriebspunkte F', F' 1 und F'l gegenüber dem Bild nach F i g. 1 ihre Lage nicht.

Man sieht, daß nun bei der verminderten Drehzahl «1 der Verdichterwirkungsgrad infolge der Drehzahländerung durch die Sollwerteinstellvorrichtung 13 (F i g. 1) an eine Stelle innerhalb der Kurve W* 3 zu liegen kommt und damit einen Wert hat, der etwas über 86^O/_O liegt. Es ergibt sich also, daß durch diese Drehzahlbeeinflussung bei Druckabsenkung der Wirkungsgrad an Stelle von 83,8%, wie er sich bei unveränderter Drehzahl beim Punkt F'l in F i g. 2 ergäbe, angehoben werden kann auf den Wert von etwa 86,1⁰/₀ beim Punkt F'l in F i g. 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

abströmen lassen müßte. Daraus ergäbe sich der Patentansprüche: Nachteil, daß die zur Verfügung stehenden Gase nicht wirtschaftlich genug ausgenutzt würden.

1. Regelverfahren für eine metallurgische Ofen- Zur Abhilfe des geschilderten Nachteiles schiägt die

anlage zur Erzeugung, zum Schmelzen oder zui 5 Erfindung vor, die aus Turbine und Turboverdichter thermischen Behandlung von Metallen mit min- bestehende Turbogruppe durch Einstellen einer verdestens einem Ofen, in welcher die erforderliche stelJbaren Leitschaufelanordnung des Verdichters mit-Verbrcnnungsluft aus einer Druckluftleitung dem tels eines Drehzahlreglers zu regeln und den Sollwert Ofen zugeführt wird, so daß die Verbrennung dieses Drehzahlreglers in Abhängigkeit vom Druck unter erhöhtem Druck vor sich geht und die io der Druckluftleitung einzustellen.
Verbrennungsgase ebenso unter erhöhtem Druck Da der Druck der Luft in der Druckluftleitung

abgeleitet und einer Turbine zugeführt werden, zugleich auch der Förderdruck des Verdichters der welche einen Turboverdichter antreibt, der ver- Turbogruppe ist, ist es möglich, den Wirkungsgrad dichtete Luft in die Druckluftleitung fördert, des Verdichters bei Einhaltung der durch die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die 15 vorgeschlagenen Abhängigkeit zwischen dem Druck aus Turbine (4) und Turboverdichter (6) bestehende in der Druckluftleitung und der Einstellung der Leit-Turbogruppe durch Einstellen einer verstellbaren Schaufelanordnung den Verdichter immer in einem Leitschaufelanordnung (7) des Verdichters (6) mit- möglichst günstigsten Wirkungsgradbereich arbeiten tels eines Drehzahlreglers (11, 12) geregelt wird zu lassen. Zudem ist es nunmehr auch möglich, die und daß der Sollwert des Drehzahlreglers in Ab- ao Turbine ohne Regelvorrichtung zu betreiben, was bei hängigkeit vom Druck in der Druckluftleitung (10) den stark mit Staub beladenen Abgasen des Ofens eingestellt wird. für die Turbine eine wesentliche Verminderung der

2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch Störanfälligkeit ergibt. Und schließlich wird es auch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung zur Turbine nicht notwendig, einen Teil des Abgases als Regel-(4) bei Erreichen einer höchstzulässigen Drehzahl as reserve zur Leistungserhöhung zeitweise unbenutzt des Turboverdichters (4, 6) geschlossen wird. abströmen zu lassen.

Eine entsprechend der Erfindung geregelte Hochofenanlage wird an Hand der Zeichnung näher er-

läutert.

30 F i g. 1 zeigt das Schema einer nach der Erfindung

geregelten Ofenanlage;

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren F i g. 2 und 3 stellen V, P-Diagramme dar, aus

für eine metallurgische Ofenanlage zur Erzeugung, welchen die Regelvorgänge beim Übergang von zum Schmelzen oder zur thermischen Behandlung einem höheren Gegendruck zu einem niedrigeren von Metallen mit mindestens einem Ofen, in welcher 35 erkenntlich sind.

die erforderliche Verbrennungsluft aus einer Druck- Der Hochofen 1 in F i g. 1 erhält durch die Leitung 2

luftleitung dem Ofen zugeführt wird, so daß die Verbrennungsluft unter erhöhtem Druck zugeführt. Verbrennung unter erhöhtem Druck vor sich geht Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden und die Verbrennungsgase ebenso unter erhöhtem mit einem um den Druckverlust im Ofen verminderten. Druck abgeleitet und einer Turbine zugeführt werden, 40 aber immer noch beachtlichen Druck durch die Zufuhrweiche einen Turboverdichter antreibt, der verdichtete leitung 3 zur Gasturbine 4 geleitet. Es ist bekannt, daß Luft in die Druckluftleitung fördert. diese Hochofenabgase mit einem bedeutenden Anteil

Ofenanlagen zur thermischen Erzeugung von Metal- von staubförmigen Verunreinigungen aus dem Ofen len mit mehreren öfen, denen die Verbrennungsluft ankommen und daß sie daher die Gefahr in sich aus einer Druckluftleitung zugeführt wird, sind schon 45 bergen, in Leitungen und ungünstigen Strömungsbekannt. In diesen Anlagen werden jedoch die mit krümmungen Ablagerungen anzusetzen, die sich in einer Leitschaufelverstellung ausgerüsteten Axial- kurzer Betriebszeit so weit aufbauen, daß Durchverdichter zur Beschaffung der Druckluft durch gangsquerschnitte störend vermindert und allfällige Synchronmotoren angetrieben. Da solche Motoren bewegliche Teile in ihrem Betrieb gehemmt werden, nur mit einer von der Netzfrequenz abhängigen 50 Am meisten gefährdet sind dabei Rohrkrümmer und Drehzahl arbeiten, ist für solche Anlagen eine Dreh- ganz besonders Regelanlagen, z. B. Regelventile der zahlregelung überhaupt nicht möglich. Vielmehr wird Turbine. Andererseits gelingt es bei den erhöhten vom Synchronmotor dem Verdichter bei der Synchron- Strömungsgeschwindigkeiten in der Turbine durch drehzahl gerade so viel Leistung zugeführt, als zur geeignete Formgebung der Schaufelung die Strömung Verdichtung der ihm zugeführten Luftmenge auf den 55 so einzurichten, daß Ablagerungen überhaupt nicht verlangten Enddruck notwendig ist. Ganz andere entstehen oder mindestens kleine Ablagerungen sich Regelaufgaben entstehen jedoch, wenn der Verdichter nicht weiter aufbauen können. Wenn es demnach durch eine Turbine angetrieben ist, welcher gerade so gelingt, sämtliche wesentlichen Regelapparate aus der viel Druckgas zugeführt wird, als aus dem zugehörigen Gasströmung der Turbine fernzuhalten, so ist ein Ofen anfällt. 60 ungestörter Betrieb der Turbine trotz des reichen

Bei Anlagen der letztgenannten Art, bei denen die Staubgehaltes des Treibgases gesichert.
Verdichter durch Turbinen angetrieben sind, liegt es Die Turbine 4 treibt über die Kupplung 5 den

nahe, die Drehzahl der Turboverdichter durch Beein- Turboverdichter 6, der mindestens einen Kranz drehflussung des Druckgasstromes zu regeln. Eine solche barer Leitschaufeln 7 (von denen nur eine dargestellt Regelung könnte aber deshalb nur in beschränktem 65 ist) besitzt. Der Verdichter saugt durch die Leitung 8 Maß sich den Eigenheiten des Ofens anpassen, als sie Luft aus der Umgebung an und führt sie in verdichnur einen Teil des Gases der Turbine zuleiten könnte tetem Zustand durch die Förderleitung 9 in eine Druck- und den übrigen Teil als Regelreserve anderswohin luftleitung 10, an welcher unter anderem die Leitung 2