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Zwanlaufdan ferzeuer
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Die Erfindung betrifft einen Zwanglaufdampferzeuger, vorzugsweise
für Gleitdruckbetrieb, mit in Reihe geschaltetem Speisewasserzufuhrsystem, Eco,
Verdampfer, Wasserabscheider und Ueberhitzer, wobei in einem ersten Bereich des
Ueberhitzers ein erstes und am Ende des Ueberhitzers ein zweites Temperaturmessorgan
und dazwischen mindestens eine Einspritzeinrichtung vorgesehen sind.
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Beim Gleitdruckbetrieb einer solchen Anlage kann es aus thermischen
wie auch aus regeltechnischen Gründen vorteilhaft sein, den Abscheider oberhalb
einer bestimmten Grenzlast, d.h.
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der Last,bis zu welcher zur Sicherung eines genügenden Arbeitsmittelstromes
in Verdampfer Wasser über den Verdampfer und den Abscheider umgewälzt wird, trocken
zu fahren.
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Es hat sich nun gezeigt, dass bei derart konzipierten Anlagen bei
Regelstörungen auch oberhalb der genannten Grenzlast Wasser in den Abscheider geraten
kann. Durch den Entzug des Wassers aus dem Rohrsystem, sei es durch Abfuhr aus dem,
oder durch Speicherung im Abscheider, ergeben sich in auf den
Verdampfer
folgenden Heizflächen Unstetigkeiten, die zu sekundären Regelstörungen führen können.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Dampferzeuger derart zu gestalten,
-dass solche sekundäre Regelstörungen mit Sicherheit vermieden werden. Diese Aufgabe
wird dadurch gelöst, dass mindestens die erste Einspritzeinrichtung an eine Einspritzleitung
angeschlossen ist, die am Rohrsystem des Dampferzeugers zwischen Eco und Verdampfer
abzweigt und dass ein Regler vorgesehen ist, der, auf das Signal des ersten Temperaturmessorgans
als Istwert und auf ein lastabhängiges Signal als Sollwert ansprechend, die dem
Verdampfer zugeführte Wassermenge beeinflusst.
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Durch diese Massnahme wird oberhalb der Grenzlast die Temperatur am
Verdampferaustritt durch Verminderung der Wasserzufuhr zum Verdampft auf einen gewünschten,
lastabhängig vorgegebenen Wert geregelt, ohne dass deswegen der Eco weniger als
üblich durchflossen oder andere, erhebliche Nachteile auftreten würden.
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Die Erfindung wird nun an fünf Ausführungsbeispielen, die durch Figuren
1, 3, 4, 5 und 6 und ein Diagramm, Figur 2, schematisch dargestellt sInd, näher
erläutert.
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Figur 1 zeigt, in Serie hintereinander geschaltet, eine Speisepumpe
1, eine Leitung 2 mit einem Mengenmessorgan 3, einen Eco 4, eine Verbindungsleitung
5, einen Verdampfer 6, einen Wasserabschelder 7, eine Verbindungsleitung 8 mit
Temperaturinessorgan
9, einen ersten Ueberhitzerteil 10, eine Verbindungsleitung 11 mit Einspritzeinrichtung
12, einen zweiten Ueberihitzerteil 13, eine Verbindungsleitung 14 mit einer Einspritzeinrichtung
15 mit davor und dahinter angeschlossenem, die an der Eispritzstelle auftretende
Temperaturdifferenz ## messendem Geber 16 sowie mit einem nachgeschalteten Temperaturmessorgan
17, einen Endüberhitzer 18, eine Frischdampfleitung 19 mit einem Temperaturmessgerät
2O, einem Druckmessorgan 21, einem Frischdampfventil 22 und eine Turbine 23 mit
auf gleicher Welle sitzendes Generator 2d. An der Verbindungsleitung 5 zweigt eine
Einspritzwasserleitung 25 ab, die sich in einem Punkt 26 in eine erste Elnspritzleitung
27 und in eine zweite Einspritzleitung 28 gabelt.
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In der Einspritzleitung 27, die zur Einspritzeinrichtung 12 führt,
sltzt ein Ventil 30 und in der Einspritzleitung 289 die zur Einspritzeinrichtung
15 führt. sitzen ein Mengenmess-Organ 32 und ean Regelventil 33. Im Bereich der
Verdampfers 6 ########## ist ein Brenner 35 vorgesehen, der über eine mit einem
Regelventil 36 versehene Leitung 37 mit Brennstoff versorgt wird.
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Eine externe Kesselregelung geht von einer Leitung 40 für einen gegebenen
Leistungssollwert aus, die zu einem Vergleichspunkt 41 geführt ist, wo die Differenz
zum von einem Leistungsmessgerät 42 abgegebenen Istwertsignal bestimmt wird. Diese
DIfferenz wird über eine Leitung 44 einem Regler 45 zugeführt, der das rischdampfventi1
22 betätigt. Von der Sollwertleitung 40 wird in einem Punkt 46 ein zum Sollwert
proportionales
Signal abgezweigt und mittels einer Leitung 47 über ein Zeitglied 49 einer Subtraktionsstelle
50 zugeführt, in der ein Vergleich mit dem Ausgangssignal des Druckmessorgans 21
stattfindet. Das dabei gebildete Differenzsignal wird über eine Leitung 51 einem
Lastregler 52 zugeführt, der vorzugsweise PID-Charakter hat und ein Lastsignal abgibt,
das über drei Zweigleitungen 54, 55 und 56 einem Funktionsgeber 60, dem Brennstoffventil
36 bzw. einem Additionspunkt 61 zugeführt wird. Dem Additionspunkt 61 wird als zweites
Signal über eine Leitung 63 das Ausgangssignal eines a5-Reglers 64 zugeführt, dem
als Istwert das Temperaturdifferenzsignal des Gebers 16 und als Sollwert ein über
eine Leitung 65 zugeführtes Sollwertsignal eingegeben wird.
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Das im Punkt 61 durch Addition gebildete Summensignal wird über eine
Leitung 67 einem Speiseregler 68, der vorzugsweise PID-Charakter hat, als Sollwert
zugeführt. Der zugehörige Istwert wird durch Subtraktion in einem Punkt 70 aus den
Ausgangssignalen der Mengenmessorgane 32 und 3 gebildet. Der Ausgang des Reglers
68 beeinflusst die Speisepumpe 1.
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Im Funktionsgeber 60 wird ein lastabhängiges Signal gebildet, das
über eine Leitung 72 als Sollwert einem Regler 73 zugeführt wird. Als Istwert empfängt
der Regler 73 das Ausgangssignal des Temperaturmessorgans 9. Der Ausgang des Reglers
73 wirkt auf das Ventil 30 und zwar so, dass bei am Messorgan 9 steigender Temperatur
das Ventil 30 sich in schliessendem Sinne bewegt.
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Das Regelventil 33 wird einerseits über einen P-Regler vom Temperaturmessorgan
17 und andrerseits über einen PI-Regler, dem ein zeichnerisch nicht dargestellter,
konstanter Sollwert aufgeschaltet ist, vom Temperaturmessorgan 20 beeinflusst.
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Der PID-Regler 68 ist auf übliche Weise derart unterstellt, dass unterhalb
einer bestimmten Grenzlast LL die Speisepumpe 1 eine konstante, minimale Speisewassermenge
liefert, wie dies in Funktion der Last L in Figur 2 durch den Linienzug 'd dargesteilt
ist. Der Flalktionsgeber 60 ist derart ausgeführt, dass er, wie der Linienzug ßs
(72) in Figur 2 zeigt, bis kurz vor der Grenzlast LL ein tiefes Sollwertsignal abgibt,
dann jedoch mit relativ steiler Rampe auf den Temperaturverlauf führt, der in Funktion
der Kesselleistung,bzw. des Kesseldruckes, angestrebt wird.
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Durch den anfänglich tief liegenden Sollwert bleibt das Ventil 30
im unteren Lastbereich geschlossen.
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Damit funktioniert die Einrichtung wie folgt: Beim Anfahren wird der
Sollwert für den Kesseldruck von Hand eingestellt, während der PID-Regler 68 dem
Verdampfer 6 die Minimalwassermenge zuführt, die aus dem Abscheider 7 in ein nicht
gezeichnetes Anfahrgefäss zurückströmt. Die Ventile 30 und 33 sind geschlossen.
Der Brenner 35 wird nun gezündet und -seine Leistung sukzessive erhöht. Der mit
dem Druckmessorgan 21 gemessene Druck im System steigt und im Verdampfer 6 bildet
sich Dampf, der die Ueberhitzerheizflächen 10, 13 und 18 kühlt und vorerst über
ein stromoberhalb des Frischdampfventils
22 angeschlossenes, nicht
gezeichnetes Bypassystem abströmt. Im weiteren Verlauf des Anfahrens steigt die
Leistung des Brenners 35 so hoch, dass die Wassermenge am 6 Austritt des Verdampfers#nur
noch wenige Prozent beträgt.
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Bei diesem Lastzustand steigt nun der vom Funktionsgeber 60 dem Regler
73 vorgegebene Sollwert, wie Figur 2 zeigt, rampenartig an. Da die Temperatur an
der Stelle 9 diesen erhöhten Sollwert noch nicht erreicht hat, öffnet das Ventil
30, wodurch die Wasserzufuhr zum Verdampfer 6 wegen der Wasserentnahme über die
Leitung 25 verkleinert wird.
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Dadurch wird das Arbeitsmittel am Verdampferausgang auf den gewünschten
Wert erhitzt. Steigt die Temperatur an den Stellen 17, 20 auf einen zu hohen Wert,
so wird über die Leitung 28 Wasser eingespritzt. Die Menge des eingespritzten Wassers
wird vom Mengenmessorgan 32 gemessen und über den Speiseregler 68 von der Speisepumpe
1 zusätzlich angefordert.
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Ueber den Geber 16 und den Regler 64 4 wird die Speisepumpenleistung
derart korrigiert, dass die Temperaturdifferenz am Einspritzorgan 15 im wesentlichen
konstant bleibt. Nun wird die Turbine 23 durch Oeffnen des Ventils 22 angefahren
und aufs Netz geschaltet, wobei das Bypassystem schliesst. Die externe Regelung
funktioniert nun wie folgt: Aufgrund des über die Leitung 40 eingegebenen Leistungssollwertswird
einerseits das Ventil 22 und andrerseits, durch das Zeitglied 49 verzögert, der
Regler 52 beeinflusst, dessen Ausgang die Kessellast diktiert.
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Die durch die Erfindung erzielte, lastabhängige Führung der Temperatur
bzw. der Enthalphie am Eintritt des Ueberhitzers hat nicht nur den Vorteil einer
besseren Stabilität der Regelung sondern darüber hinaus gewährt sie auch beim Konzipieren
des Kessels eine grössere Freiheit in der Disposition der Heizflächen.
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Bei den Figuren 3 bis 6 sind gleiche Teile gleich bezeichnet wie in
Figur 1. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 unterscheidet sich von demjenigen
nach Figur 1 vorallem dadurch, dass nur eine einzige Einspritzeinrichtung 12' vorhanden
und die Regelung entsprechend vereinfacht ist. Das in der Leitung 25 sitzende, einzige
Einspritzventil 80 wird von einem Servomotor 81 beeinflusst, der einerseits vom
PID-Regler 73 und andrerseits von einem PD-Regler 83 gesteuert wird. Dem 73 PID-Regler
## wird von einem, mehrere Funktionsgeber umfassenden Lastgeber 53 aus über die
Leitung 72 ein lastabhängiger Sollwert und vom Temperaturmessorgan 9 aus der zugehörige
Istwert zugeführt. Der PD-Regler 83 wird vom Temperaturmessgerät 20 beeinflusst,
das überdies über eine Leitung 85 auf einen Endtemperaturregler 86 wirkt, dem über
eine Sollwertleitung 87 ein Sollwert fur die Kesselaustrittstemperatur eingegeben
wird. Der Ausgang des Endtemperaturreglers 86 wird einem Additionspunkt 90 zugeführt,
dem überdies über die Leitung 56 vom Lastgeber 53 ein Lastsignal, sowie vom Speisemengenmessgerät
3, als Istwert, ein Speisemengensignal als negative Grösse zugeführt wird. Die arithmetische
Summe dieser drei Signale wird dem Speiseregler 68 zugeführt, der die Speisepumwe^;
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Die externe Kesselregelung ist in Figur 3 gleich aufgebaut
wie in Figur 1, mit dem einzigen Unterschied, dass in der Signalleitung 47 zusätzlich
ein Funktionsgeber 48 angeordnet ist, der eine nichtlineare Verknüpfung des Drucksollwertes
mit der Kesselleistung erlaubt.
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Die Ausführung nach Figur 3 hat den Vorteil eines geringeren Aufwandes
an Armaturen, Regeleinrichtungen und Kollektoren.
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Ein Nachteil der Schaltung liegt jedoch darin, dass bei nass gefahrenem
Abscheider 7 die Frischdampftemperatur nur bis auf eine geringe, vom Fehlen eines
I-Teils am Regler 83 herrührenden, bleibende Abweichung geregelt werden kann. Ist
diese Abweichung unzulässig, so kann, wie in Figur 4 gezeigt, die im Uebrigen völlig
der Schaltung nach Figur 3 entspricht, parallel zum PD-Regler 83 noch ein I-Glied
93 vorgesehen werden, dem über eine Leitung 94 ein Sollwert für die Frischdampftemperatur
eingegeben ist und das, lastabhängig, über eine Leitung 95 vom Lastgeber 53 aus
ein- bzw. ausgeschaltet wird, je nachdem, ob die Grenzlast nach unten oder nach
oben überschritten wird. Das I-Glied 93 übernimmt dabei die Funktion des I-Anteils
des Reglers 86, wenn dieser wegen des nass gefahrenen Abscheiders 6 nicht mehr zur
Wirkung kommen kann. Das Umschaltsignal (95) kann auch von der Stellung des Ventils
am Abscheider ausgehen.
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In einer weiteren, in Figur 5 dargestellten Ausführungsform wirkt
die in einem Subtraktionspunkt 96 gebildete Abweichung des Ausgangs des Messorgans
9 vom über die Leitung 72 zugefünrten Sollwertsignal des Lastgebers 53 auf einen
PID-Regler
97) dessen Ausgang, zusammen mit einem im Sinne eines
Störgrössensignals wirkenden Lastsignal 56 als Sollwert auf den Speiseregler 68
geschaltet ist. Der Istwert des Speisereglers 68 wird ähnlich wie im Beispiel nach
Figur 1 gebildet, mit dem Unterschied jedoch, dass mit einem an der Einspritzwasserleitung
25 angeordneten Mengenmessorgan 32' nicht nur ein Teil, sondern die gesamte Einspritzmenge
gemessen wird.
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Figur 6 zeigt schliesslich eine Variante zu Figur 5, bei der anstelle
der beiden Mengenmessorgane 3 und 32' nur ein einziges (3') vorgesehen ist, das
unmittelbar vor dem Verdampfereintritt, d.h. stromunterhalb der'Abzweigung der Einspritzwasserleitung
25 von der Leitung 5 angeordnet ist. Diese Variante hat gegenüber derjenigen nach
Figur 5 den Vorteil, dass ein Mengenmessorgan (32) und eine Vergleichseinrichtung
entfallen können.
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Analog zu Figur 6 liesse sich auch die Ausführungsform nach Figur
1 ausgestalten, indem die Einspritzleitungen 28 und 27 direkt, und in dieser Reihenfolge,
an der Verbindungsleitung 5 angeschlossen, und anstelle der Messorgane 3 und 32
ein neues Messorgan zwischen den beiden Anschlusspunkten angeordnet wurden, dessen
Ausgang als Istwert auf den Speiseregler 68 geschaltet wurde.
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An die Stelle des Temperaturmessorgans 9 liesse sich auch ein Enthalpiemessgerät
setzen.