DE2544799A1

DE2544799A1 - Gasbeheizter dampferzeuger

Info

Publication number: DE2544799A1
Application number: DE19752544799
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Frei
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1975-09-26
Filing date: 1975-10-07
Publication date: 1977-03-31
Also published as: AU1806276A; JPS5241702A; AU507540B2; FI58681C; NL7512441A; BE846554A; DE2544799C3; CA1069000A; NL162732C; SE428152B; FR2325879A1; SE7610556L; CH599504A5; FI58681B; FR2325879B1; IT1072909B; DE2544799B2; US4080789A; ZA765740B; FI762719A

Description

P 4959/St/mm

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Wihterthur/Schweiz

Gasbeheizter Dampferzeuger

Die Erfindung betrifft einen gasbeheizten Dampferzeuger, in dessen sämtlichen Heizflächen die Wärmeübertragung im wesentlichen durch Konvektion stattfindet,wobei in Richtung des Gasstroms gesehen hinter einem Verdampfer ein Speisewasservorwärmer angeordnet ist, der über eine Speisepumpe mit einem Speisewasser enthaltenden Behälter in Verbindung steht.

Der gasbeheizte Speisewasservorwärmer (oft auch als Ekonomiser bezeichnet) dient dazu, das Speisewasser bis nahe an die Verdampfungstemperatur aufzuwärmen, um die Gasaustrittstemperatur aus dein Dampferzeuger möglichst weit zu senken, um die Ausnützung der im Heizgas enthaltenen Wärme zu verbessern. Vom Standpunkt der Brennstoffaus-r nützung ist es wünschenswert, die Differenz zwischen der Speisewassertemperatur am Austritt des gasbeheizten Vorwärmers und der Verdampf ungs temperatur möglichst klein zu halten, da auf diese Weise vom Speisewasser ein Maximum an Wärme aufgenommen werden kann.

Im Teillastbetrieb des Dampferzeugers verringert sich jedoch die Menge des den gasbeheizten Vorwärmer durchströmenden Speisewassers bei gleichzeitiger Erhöhung der Wärmeaufnahme, weil die Temperatur-

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differenzen zwischen Heizgas und Speisewasser über dem Vorwärmer grosser werden. Aus diesem Grund besteht die Gefahr einer Dampfbildung im Speisewasservorwärmer. Eine solche Dampfbildung ist unerwünscht, weil dadurch in dem meistens abwärts durchströmten Rohrsystem des Vorwärmers Instabilitätserscheinungen und Kavitationsschläge auftreten.

Um solche Nachteile zu vermeiden, hat man bisher entweder die Heizfläche des Vorwärmers verkleinert oder den Vorwärmer so geschaltet, dass er vom Speisewasser aufwärts durchströmt wird. Unter der bei gasbeheizten Dampferzeugern im allgemeinen zutreffenden Voraussetzung, dass das Heizgas den Dampferzeuger aufwärts durchströmt, wirken sich beide Massnahmen ungünstig auf die obengenannte Differenz zwischen der Austrittstemperatur des Vorwärmers und der Verdampfungstemperatur und damit auch auf die Brennstoffausnützung aus. Eine andere Möglichkeit zum Vermeiden von Dampfbildung im Vorwärmer besteht in einem Gasbypass. Diese Massnahme erlaubt zwar eine Auslegung des Dampferzeugers mit kleiner Temperaturdifferenz, stellt aber hohe Ansprüche an die Konstruktion des Dampferzeugers und ist ausserdem teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, dass eine Dampfbildung im gasbeheizten Speisewasservorwärmer sicher vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwi-_"_~..' _. sehen dem Speisewasservorwärmer und dem Verdampfer eine mit einem

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. Drosselorgan versehene Leitung abzweigt, die zum Behälter führt, dass im Bereich der Abzweigstelle der Leitung ein Temperaturmessorgan angeordnet ist und dass Mittel vorgesehen sind, die bei steigender Temperatur im Speisewasservorwärmer die den Vorwärmer und die Leitung durchströmende Speisewassermenge erhöhen und umgekehrt.

Durch die zwischen dem Speisewasservorwärmer und dem Verdampfer abzweigende Leitung lässt sich abhängig von der .im Bereich der Abzweigstelle dieser Leitung gemessenen Temperatur eine Vergrösserung des Durchflusses von Speisewasser durch den gasbeheizten Vorwärmer bewerkstelligen, so dass mit Sicherheit keine Dampfbildung auftritt. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass die Differenz zwischen der Temperatur des Speisewassers am Vorwärmeraustritt und der

die

Ve rdampfungs temperatur bei allen Lasten klein ist. Damit wird/Brennstoff ausnutzung verbessert. Die mit der vergrösserten Durchflussmenge des Vorwärmers in den Behälter zurückgeführte Wärme kann dort Dampf erzeugen, der dann einer Niederdruckstufe einer Dampfturbine zugeführt wird, oder die Wärme kann zur Vorwärmung des Speisewassers im Behälter und/oder zur Vorwärmung des Kondensates herangezogen werden, so dass der Verbrauch von Anzapf dampf verringert wird und somit in der Dampfturbine eine grössere Dampfmenge, zur Arbeitsleistung zur Verfügung steht.

Die Mittel, die abhängig von der Temperatur im Speisewasservorwärmer die diesen Vorwärmer und die Leitung durchströmende Speisewassermenge erhöhen oder vermindern,können auf ein . die Speisewasserzufuhr zum Vorwärmer beeinflussendes Stellorgan oder auf das in der Leitung angeordnete Drosselorgan oder auf das Stellorgan und das

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Drosselorgan gleichzeitig wirken. Das die Speisewasserzufuhr zum Vorwärmer beeinflussende Stellorgan kann dabei die Speisepumpe oder ein zwischen der Speisepumpe und dem Speisewasservorwärmer angeordnetes Speiseregelventil sein.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Dampferzeugers nach der Erfindung mit Dampf-Wassertrcmmel und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Dampferzeugers nach der Erfindung, der nach dem Zwangdurchlaufprinzip arbeitet.

Gemäss Fig. 1 sind in einem Gaskanal 6 ein Speisewasservorwärmer oder Ekonomiser 5, ein Verdampfer 11 und ein Ueberhitzer 16 eines Dampferzeugers mit Dampf-Wassertrommel 8 untergebracht. Der Gaskanal 6 wird in Richtung der Pfeile A vom die Heizflächen 5, 11, 16 durch Konvektion beheizenden Gas durchströmt, das von einer Gasturbine, einer verfahrenstechnischen Anlage oder auch von einem gasgekUhl-. ten Atomreaktor kommen kann.

.Von einem Speisewasserbehälter 1 aus wird Speisewasser mittels ei- · ner Speisepumpe 3 über eine Speiseleitung 2, die ein Speiseventil 4 enthält, in den Speisewasservorwärmer 5 gefördert. Vom Speisewasservorwärmer 5 führt eine Leitung 7 in die Dampf-Wassertrommel ■8, an der eine Leitung.9 angeschlossen ist, die über eine Umwälzpumpe 10 zum Verdampfer 11 führt. Ueber eine Leitung 12 wird das

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im Verdampfer 11 entstehende Dampf-Wassergemisch in den Dampfraum der Trommel 8 geleitet. An den Dampfraum ist eine Leitung 15 angeschlossen, die zum Ueberhitzer 16 führt, der über.eine Frischdampfleitung 17 mit einer Dampfturbine 18 verbunden ist, die einen elektrischen Generator 19 antreibt. Am Austritt der Dampfturbine 18 ist ein Kondensator 20 angeschlossen, von dem aus eine Kondensatleitung 21 über eine Kondensatpumpe 22, einen Kondensatvorwärmer 23 und ein Dreiwegventil 24 zum Speisewasserbehälter 1 führt. Der Kondensatvorwärmer 23 wird im Normalbetrieb mit Anzapfdampf aus der Dampfturbine 18 beheizt, der über eine Leitung 26 zugeführt wird. Der Kondensatvorwärmer 23 lässt sich mit Hilfe des Dreiwegvantils 24 und einer Bypassleitung 27 kondensatseitig umgehen. Das Dreiwegventil 24 steht unter dem Einfluss eines an der Speiseleitung 2 angeschlossenen Temperaturmessorgans 25.

Ausser der zum Verdampfer'11 führenden Leitung 9 zweigt von der Dampf-Wassertrommel 8 eine Umwälzleitung 30 ab, die ein Drosselorgan 32 aufweist und zum Speisewasserbehälter 1 führt, in dem sie in Form einer Verteilleitung 33 unter dem Wasserspiegel endet. Zwischen der Dampf-Wassertrommel 8 und dem Drosselorgan 32 ist in der Leitung 30 ein im Speisewasserbehälter 1 angeordneter Kühler 31 vorgesehen.

An der vom Speisewasservorwärmer 5 zur Dampf-Wassertrommel 8 führenden Leitung 7 ist ein Temperaturmessorgan 35 angeschlossen, dessen Signalausgang mit einem Additionspunkt 36 verbunden ist. An der Dampf-Wassertrommel 8 ist ein Temperaturmessorgan 37 angeschlossen, dessen Signalausgang ebenfalls mit dem Additionspunkt 36 verbunden

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ist. Ueber eine Signalleitung 40 wird dem Additionspunkt 36 von einem nicht dargestellten Signalgeber ein lastabhängiges Differenzsignal zugeführt. Der Ausgang des Additionspunktes 36 führt zum Eingang eines vorzugsweise PI-Charakter aufweisenden Reglers 41, dessen Ausgang mit dem Speiseventil 4 in Wirkungsverbindung steht. An der Dampf-Wassertrommel 8 ist ausser dem Temperaturmessorgan 37 ein Niveaumessorgan 45 angeschlossen, dessen Signalausgang über einen Regler 46 auf das Drosselorgan 32 in der Umwälzleitung 30 wirkt. Parallel zum Regler 46 ist der Signalausgamg des Niveaumessorgans 45 mit einem Begrenzungsorgan 47 verbunden, das über eine Signalleitung 48 mit einem nicht dargestellten Signalgeber verbunden ist. Der Signalausgang des Begrenzungsorgans 47 ist mit dem Regler 41 verbunden und führt diesem ein Korrektursignal zu. Der Signalausgang kann statt mit dem Regler 41 auch mit dem Additionspunkt 36 verbunden sein.

Die Einrichtung funktioniert wie folgt: Das vom Temperaturmessorgan 37 kommende, die Dampftemperatür in der Trommel 8 darstellende Signal bildet zusammen mit dem über die Signalleitung 40 zugeführtenDifferenzsignal einen Sollwert für die vom Temperaturmessorgan 35 gemessene Temperatur am Austritt des Speisewasservorwärmers Ueberschreitet diese Temperatur den so gebildeten Sollwert, so wird das Speiseventil 4 durch den Regler 41 in öffnendem Sinne betätigt, so dass die den Speisewasservorwärmer 5 durchströmende Speisewassermenge grosser wird. Sofern die Dampferzeugung im Verdampfer 11 sich nicht ändert, steigt als Folge der Betätigung des Speiseventils das Niveau in der Dampf-Wassertrommel 8. Vom Niveaumessorgan 45 aus wird daraufhin über den Regler 46, der vorzugsweise ebenfalls PI-

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Charakter hat, das Drosselorgan 32 ebenfalls in öffnendem Sinne betätigt. Dadurch wird Wärme oder - falls das Drosselorgan 32 vorher schon in offener Stellung gewesen ist - mehr Wärme in den Speisewasserbehälter 1 zurückgeführt, so dass darin Druck und Temperatur steigen. Dies hat zur Folge, dass das Ausgangssignal des an der Speiseleitung 2 angeschlossenen Temperaturmessorgans 25 ansteigt, wodurch das Dreiwegventil 24 derart verstellt wird, dass ein grösserer Anteil des vom Kondensator 20 kommenden Kondensats über die Bypassleitung 27 am Kondensatvorwärmer 23 vorbeigeführt· wird. Der Dampfturbine 18 wird somit weniger Anzapfdampf entzogen, so dass die Leistungsabgabe der Turbine zunimmt.

Es kann der Fall eintreten, dass bei bestimmten Betriebszuständen das Niveau in der Dampf-Wassertrommel 8 einen mit Hilfe des über die Signalleitung 48 zugeführten Signals am Begrenzungsorgan 47 eingestellten Schwellenwert nicht erreicht. In diesem Fall wird vom Begrenzung sorgan 47 ein das vom Temperaturmessorgan 35 stammende Signal dominierendes Korrektursignal auf den Regler 41 gegeben, der das Speiseventil 4 in öffnendem Sinne beeinflusst.

Gemäss Fig. 2 ist der Speisewasservorwärmer 5 über die Leitung 7 unmittelbar mit einer Heizfläche 50 verbunden, in der Verdampfung und anschliessend Üeberhitzung des Arbeitsmittels stattfindet. Im Bereich beginnender üeberhitzung ist an der Heizfläche 50 ein Temperaturme ssorgan 52 angeschlossen, dessen Signalausgang mit einem PI-Charakter aufweisenden Temperaturregler 53 verbunden ist. Diesem Regler wird über eine Signalleitung 54 ein Sollwert für die vom Temperaturmessorgan 52 gemessene Temperatur zugeführt.

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die Die Umwälzleitung 30 ist unmittelbar an/den Vorwärmer 5 mit der Heizfläche 50 verbindende Leitung 7 angeschlossen. Die Umwälz-2eitung 30 führt über einen Kondensatvorwärmer 55, .der in der den Kondensatvorwärmer 23 umgehenden Bypassleitung 27 angeordnet ist, zum Speisewasserbehälter 1 und endet wiederum als Verteilleitung 33 unter dem Wasserspiegel. In der Umwälzleitung 30 ist ausser dem Drosselorgan 32 ein Mengenmessorgan 56 angebracht, dessen Signalausgang zu einem Vergleichsorgan 58 führt. In der Speiseleitung 2 ist zwischen der Speisepumpe 3 und dem Speiseventil 4 ein Mengenmessorgan 57 vorgesehen, dessen Signalausgang ebenfalls zum Vergleichsorgan 58 führt. In diesem Vergleichsorgan wird aufgrund der Messignale der beiden Mengenmessorgane 56 und 57 ein Differenzsignal gebildet, das der in die Heizfläche 50 einströmenden Arbeitsmittelmenge entspricht. Das Differenzsignal wird dem Istwerteingang eines PI-Charakter aufweisenden Mengenreglers 60 zugeführt," dem das Ausgangssignal des Temperaturreglers 53 als Sollwert aufgeschaltet ist. Der Ausgang des Mengenreglers 60 ist dem das Speiseventil 4 beeinflussenden Regler 41 positiv und dem das Drosselventil 32 beeinflussenden Regler 46 negativ aufgeschaltet.

Der Sollwert für die vom Temperaturmessorgan 35 gemessene Temperatur wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 aufgrund des Druckes im Bereich des verdampfenden Arbeitsmittels bestimmt. Zu diesem Zwecke ist an der Leitung 7 ein Druckmessorgan 70 angeschlossen, dessen Signalausgang mit einem Funktionsgeber 71 verbunden ist. Der Ifunktionsgeber 71 bildet ein Signal, das der zum gemessenen Druck gehörenden Sattdampftemperatur oder einer um einen bestimmten Wert darunterliegenden Temperatur entspricht und das den Sollwert für

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die vom Temperaturmessorgan 35 gemessene Temperatur bildet. Die Signalausgänge des Temperaturmessorgans 35 und des Funktionsgebers 71 führen zu einem Vergleichspunkt 72, in dem die-Abweichung der beiden Signale gebildet wird. Diese Abweichung wird mit gleichem Vorzeichen je einem Additionspunkt 61 und 62 zugeführt, von wo aus sie, dem vom Mengenregler 60 kommenden Ausgangssignal überlagert, zum Regler 41 bzw. 46 weitergeleitet werden.

Das Dreiwegventil 24 wird in Fig. 2 von einem an der Kondensatleitung 21 angeschlossenen Druckmessorgan 75 in dem Sinne beeinflusst, dass mit steigendem Druck im Speisewasserbehälter 1 die durch den Kondensatvorwärmer 55 strömende Kondensatmenge bei gleichzeitiger Verringerung der durch den Kondensatvorwärmer 23 strömenden Kondensatmenge vergrössert wird undumgekehrt.

Die Einrichtung funktioniert bei einer Lastabsenkung wie folgt, wobei vorausgesetzt wird, dass die Dampfturbine im Gleitdruckbetrieb gefahren wird: Infolge des wegen der Lastabsenkung kleineren gasseitigen Wärmeangebotes sinkt die vom Temperaturmessorgan 52 gemessene Temperatur in der Heizfläche 50. Dadurch wird das Eingangssignal des Mengenregler 60 kleiner, was zur Folge hat, dass über den Regler 41 das Speiseventil 4 in schliessendem Sinne und über den Regler 46 das Drosselorgan 32 in öffnendem Sinne beätigt wird.· Damit verringert sich die in die Heizfläche 50 einströmende Arbeitsmittelmenge und die vom Temperaturmessorgan 52 gemessene Temperatur stellt sich auf den über die Signalleitung 54 dem Temper.atu.r-

-den

regler 53 zugeführten, der Lastabsenkung entsprechen/neuen Sollwert ein.

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Trotz des kleineren gasseitigen Wärmeangebds wird im Speisewasservorwärmer 5 die einfallende Wärme nur wenig verringert. Wenn die Verringerung der Speisewassermenge diese Verringerung des Wärmeeinfalls gerade kompensiert, ändert sich die vom Temperaturmessorgan 35 gemessene Temperatur des Speisewassers am Austritt des Vorwärmers 5 nicht, so dass vom Temperaturmessorgan 35 aus kein Eingriff auf das Speiseventil 4 und das Drosselorgan 32 erfolgt. Bleibt der Wärmeeinfall auf den Speisewasservorwärmer 5 jedoch etwa gleich, so dass die Verkleinerung der Speisewassermenge nicht kompensiert wird, so steigt die vom Temperaturmessorgan 35 gemessene Temperatur und infolge dieses höheren Temperatürsignals wird das Speiseventil 4 etwas geöffnet, während gleichzeitig auch das Drosselorgan 32 etwas geöffnet wird, so dass die Umwälzmenge über die Leitung 30 auf nahezu den alten Wert ansteigt.

Durch das kleinere Wärmeangebot des Heizgases wird weniger Dampf produziert, was wegen des vorausgesetzten Gleitdruckbetriebes zu einer Absenkung des vom Druckmessorgan 70 gemessenen Druckes führt. Dies hat zur Folge, dass der im Funktionsgeber 71 gebildete Sollwert für die vom Temperaturmessorgan 35 gemessene Temperatur verkleinert wird. Das Speiseventil 4 und das Drosseidorgan 32 werden daher in öffnendem Sinne betätigt, bis die vom Temperaturmessorgasn 35 gemessene Temperatur ihrem neuen Sollwert entspricht.

Abweichend von den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, die Erfindung an einem gasbeheizten Dampferzeuger zu realisieren, bei dem die Dampferzeugung auf zwei verschiedenen Druckstufen erfolgt, so dass zwei gasbeheizte^ Vorwärmer["Wei7.Verdampfer

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und gegebenenfalls zwei Ueberhitzer vorhanden sind. Die erfindungsgemässe Leitung mit dem Temperaturmessorgan und den Mitteln zum Beeinflussen der Sjieisewassermenge sind dann bei beiden Vorwärmern vorhanden.

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Claims

P a tentansprüche

ί Iy Gasbeheizter Dampferzeuger, in dessen sämtlichen Heizflächen die Wärmeübertragung im wesentlichen durch Konvektion stattfindet, wobei in Richtung des Gasstroms gesehen hinter einem Verdampfer ein Speisewasservorwärmer angeordnet ist, der über eine Speisepumpe mit einem Speisewasser enthaltenden Behälter in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Speisewasservorwärmer (5) und dem Verdampfer (11, 50) eine mit einem Drosselorgan (32) versehene Leitung (30) abzweigt, die zum Behälter (1) führt, dass im Bereich der Abzweigstelle der Leitung (30) ein Temperaturmessorgan (35) angeordnet ist und dass Mittel vorgesehen sind, die bei steigender Temperatur im Speisewasservorwärmer (5) die den Vorwärmer und die Leitung (30) durchströmende Speisewassermenge erhöhen und umgekehrt.
2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in einer Verbindung des Temperaturmessorgans (35) mit einem die Speisewasserzufuhr zum Vorwärmer (5) beeinflussenden Stellorgan bestehen.
3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass/Mittel in einer Verbindung des Temperaturmessorgans (35) mit dem Drosselorgan (32) bestehen.
4. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

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Mittel in einer Verbindung des Temperaturmessorgans (35) sowohl mit einem die Speisewasserzufuhr zum Vorwärmer (5) beeinflussenden Stellorgan (4) als auch mit dem Drosselorgan (32) bestehen.
5. Dampferzeuger nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Speisewasserzufuhr beeinflussende Stellorgan als Speiseregelventil (4) ausgebildet ist.
6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen mit dem Temperaturmessorgan (35) verbundenen Regler (41) umfassen, dessen Sollwerteingang mit einem weiteren Temperaturmessorgan (37) verbunden ist, das im Sattdampf-Bereich des Verdampfers (11) angeschlossen ist.
7. Dampferzeuger nach Anspruch 1, mit einer Dampf-Wassertrommel, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein an der Dampf-Wassertrommel (8) angeschlossenes Niveaumessgerät (45) umfassen, dessen Ausgang mit dem Drosselorgan (32) verbunden ist.
8. Dampferzeuger nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (41) ausser mit den beiden Temperaturmessorganen (35, 37) mit einem ein lastabhängiges Signal liefernden Signalgeber verbunden ist.
9. Dampferzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Niveaumessorgans (45) ausser mit dem Drosselorgan (32) mit einem Begrenzungsorgan (47) verbunden ist, dessen Ausgang auf das die Speisewasserzufuhr beeinflussende Stellorgan

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(4) geschaltet ist.
10. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen mit dem Temperaturmessorgan (35) verbundenen Regler (41) umfassen, dessen Sollwerteingang mit·einem^lm Bereich des Verdampfers (50) angeschlossenen Druckmessorgan (70) verbunden ist, wobei der Funktionsgeber (71) abhängig vom gemessenen Sattdampfdruck ein zugehöriges Sattdampftemperatursignal bildet,, das zum Sollwerteingang des Reglers (41) gelangt
11. Dampferzeuger nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Regler (41) zusätzlich ein Mengenregler (60) geschaltet ist, der eingangsseitig mit je einem in der Speiseleitung (27 und in der das Drosselorgan (32) aufweisenden Leitung (30) angeordneten Mengenorgan (57 bzw. 56) sowie mit einem im Bereich der beginnenden Ueberhitzung angeschlossenen Temperaturmessorgan (52) verbunden ist.

♦iFunktionsgeber (71) verbunden ist, dessen Eingang mit einem

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