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Bei einer Kraftwerksanlage mit Leistungsregelung werden gleichzeitig
Signale an die Turbinen und die Kessel gegeben, d. h. der Tur@@satz ist den Dampfkesseln
übergeordnet mit der Bedingung, daß der Druck p vor der Turbine konstant ist. Vor
der Turbine
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wird nach Maßgabe der geforderten Leistung der Dampfdurchfluß geregelt
und zugleich die Dampfkesselleistung beeinfluflt. Das Meßsignal der elektrischen
Leistung, das am Generator abgenolemen wird, bewirkt als Leistungskorrektursignal
eine entsprechende Beeinflussung der Drehzahlverstellung der Turbine über den Dampfdurchflußregler
als auch gleichzeitig der Dampfkesselregler.
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Nachteilig ist ein ständiges Pendeln der Kesselregelung und die oft
widersinnige Signalgehung zwischen Dampfturbine und Dampfkessel immer dann, wenn
durch Feuerstörungen der Dampfdruck dem Dampfdrucksollwert ungleich ist. Es kommt
daher zu starken Pendelungen in der Blockregelung, die oft zu einer Handumschaltung
zwingen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Regelung eines
Kraftwerkes zu schaffen, das eine Regelung von zwei DampfkesselblHcken im Gleitdruckbetrieb
gestattet, wobei die genannten Nachteile anderer Regelverfahren vermieden, die Vorteile
Jedoch genutzt werden.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß nach Maßgabe eines
vorgebbaren Leistungssollwertes der Dampfdruck vor der Danpfturbine und die von
der Dampfkesselanlage gelieferte Dampfmenge in Abhängigkeit von wenigstens einer
von dem mit der Dampfturbine gekoppelten Generator gelieferten elektrischen Regelgröße
geregelt wird, daß durch die Regel anordnung im Normaibetrieb Werte für den Dampfdruck
in Abhängigkeit von der geforderten Leistung nach Maßgabe eines Modells für das
Gleitdruckverfahren hergestellt werden und daß die Regelanordnung bei einer Störung
in der Dampfkesselanlage selbsttitig auf Festdruckbetricb umgeschaltet wird.
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Dabei ist es möglich, einen Dampfkessel der Dampfkesselanlage einzeln
oder beide Dampfkessel gemeinsam betreiben.
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Hierbei wird die Dampfkesselanlage und die Dampfturbine im
Gleitdruckbetrieb
betrieben.
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Da Gleitdruckbetrieb ausschl ießlich mit konstanter Hochdrucktemperatur
gefahren wird, entfallt durch die Vermeidung des hohen Druckabfalls in der Einströmpartie
auch die zwangsläufige hohe Temperaturdifferenz im Teillastbereich; dadurch wird
eine Materialüberbeanspruchung ebenfalls vermieden.
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Bei der Umschaltung der Dampfkesselanlage vom Ein- in den Zweikesselbetrieb
oder umgekehrt wird auf Festdruckregelung umeeschaltet.
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Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahens ist dadurch
gekennzeichnet, daß jedem Dampfkessel ein eigener Dampfleistungsregelkreis fiir
die gemeinsame Zufuhr von Brennstoff, Verbrennungsluft und Kesselspeisewasser zugeordnet
ist, die von einem gemeinsamen Dampfkesselleistungssollwertgeber beaufschlagbar
sind, dessen Sollwerte sich aus einem vorgebbaren Sollwertsignal für die abzugebende
Generatorleistung und wenigstens etnem leistungsabhängigen Meßwertsir"'nal vom Generator
errechnen iind daß ein Rechner vorgesehen ist, der aus dem anliegenden Generatorleistungssollwert
hestimmte anlagenspezifische Dampfdrucksollwerte fiir einen Dampfdruckregelkreis
vor der Dampfturbine berechnet.
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Die Erfindung wird an Hand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen - Figur 1 den Schaltplan der Regelanordnung nach der
Erfindung, - Figur 2 die anlagenspezifische Zuordnung der Werte von Turbineneingangsdruck
und abgegebener Generatorleistung im Speicher des Rechners.
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In Figur 1 ist mit 1 der eine und mit 2 der zweite Dampfkessel des
Dampferzeugeraggregate bezeichnet, die je nach gewünschter Betriebsweise und cntsprechender
Ans teuerung einzeln oder parallel geschaltet Dampf erzeugen und diesen zu der in
das Dampfkreislaufsystem geschaltete Turbine 3 liefern. Die Dampfturbine
3
ist mechanisch mit einem Drehstromgenerator 4 gekuppelt, dessen elektrische Leistung
an die Stromschiene 5 abgegeben wird. Jeder der beiden Dampfkessel 1, 2 besitzt
einen eigenen Regelkreis 6,8, 10, 12 bzw. 7, 9, 11, 13 für die Einstellung einer
vorgehbaren Kesselleistung, mit deren Hilfe je nach geforderter Dampfleistung die
hierzu benötigten Mengen an Brennstoff, Luft und Kesselspeisewasser eingebracht
werden. Jeder dieser Regelkreise besteht an sich aus dem eigentlichen Regler 6 bzw.
7, im vorliegenden Falle einem PI - Regler, der ein Motorstellglied 8 bzw. 9 beeinflußt,
das über Sollwertsteller 10 bzw. 11 die Fördervorrichtungen für Luft, Wasser und
Brennstoff betätigt. Die Widerstandswerte der Sollwertsteller 10 bzw. 11 des Regelkreises
sind ein Maß für die Tätigkeit und Leistung der Fördervorrichtungen, die von Meßumformern
12, 13 erfasst und mit einem von einem gemeinsamen Sollwertgeber 14 über einen Verstärker
15 abgegebenen Signal verglichen werden (Soll - Ist - Wert - Vergleich: Soll - Wert
x1, - T.qtwert x = O). Der Sollwertgeber 14 ist als Additionsverstärker ausge bildet,
dem zusitzlich di Meßwerte der Meßumformer 1?, 13 der Kesselleistungsregler eingegeben
werden (fluckführslgnale). Bei Parallelschaltung beider Dampfkessel 1, 2 können
beide einer einen Anteilgeber 16 so eingestollt werden, daß sie einen verschieden
großen Anteil der Gesamtmenge des Dampfes liefern; gewöhnlich liefern beide Dampfkessel
1,2 jeweils die Hälfte der geforderten Dampfmenge. Die Dampfmenge wird von Dampfmengenmeßgeräten
10, 18 erfaßt und (nicht gezeigt) Anzeigegeräten und Sicherheitsschaltungen zugeführt.
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Die Kesselanlage kann im Festdruck-, Gleitdruck- oder Gleitdruckbetrieb
mit Frequenzfschaltung betrieben werden, ferner im Ein-oder Zweikesselbetrieb. Ein
Einflußauf die Kesselregelung wird durch einen Sollwerigeber 16, der zeitverzögert
sein gefordertes Leistungssignal über die Begrenzungseinrichtung 17 für Ein- oder
Zweikesselbetrieb, den Zeitintegrator 19, der maximalen oder minimalen Leistungsbegrenzungseinrichtung
20 und dem verzögert gesteuerten Sollwertgeber 21 über die Soll - Ist - Vergleicherschnltung
14 ausgeübt.
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Über einen Meßumformer 59 wird die tatsächliche Leistung des Generators
erfaßt, die sich mit der theoretisch geforderten Leistung aus dem Leistungssollwert
21 vergleicht und bei + Abweichungen durch einen PI - Regler 24 die Kesselleistung
über die Vergleicherschaltung 14 korrigiert (Leistungskorrektur).
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Der Sollwertwähler 17 ist -mit dem Zeitplangeber 19 verbunden, der
Änderungen des Sollwertes,beim vorliegenden Ausführungsbeispiel im Kesselbetrieb
von 1 MW min , und im Zweikesselbetrieb von 3 MW min-1, zulässt. Dem Zeitplangeber
19 nachgeschaltet ist das Leistungsbegrenzungsgerät 20, das eine minimale und eine
maximale Leistung für den Ein- und Zweikesselbetrieb festlegt, die bei der gegebenen
technischen Auslegung der Kesselanlage nicht überschritten werden darf. Mit dem
Ausgang des Leistungsbegrenzungsgerätes 20 ist der Sollwertgeber 21 verbunden, der
den Leistungssollwert verzögert an den Summierer 22 abgibt.
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@ummierer 22 ist sowohl mit dem Soliwertgeber 14 der Kessel als auch
mit einem Rechner 23 und einer Vergleichsstelle 67 vor dem PT - Regler 24 für die
Korrektur der abgegebenen elektrischen Generatorleistung verbunden.
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In den Rechner 23 sind Werte eingegeben. die eine anlnvenspezifischc
Zuordnung zwischen dem Dampfdruck vor der Dampfturbine 3 und der vom Drchstromgensrator
4 abgegebenen elektrischen Leistung im Ein- oder Zweikesselbetrieb ergeben. Die
Ansteuerung des Rechners 97 erfolgt über die Steuerleitungen 24, 25, din eine Umschaltung
zwischen Ein- bzw. Zweikesselbetrieb bewirken. Dem Rechner 23 sind zwei Sollwertgeber
27, 28 zugeordnet, die den technisch bedingten anlagenspezifischen Maximal- bzw.
Minimaldampfkesseldruck vorgeben. Zum Einstellen der möglichen Betriebsarten, nimlich
Gleitdruck, Restdruck (Hand) und Gleitdruck mit Frequenzeinfluß sind Steuerleit
@@gen 29, 30, 31 vorgesehen, welche über ein Exklusiv-@@ - @@@ @ 22 mit dem Rechner
23 verbunden sind. Die @@@@leitungen 33, 31 des Rechners 23 sind daher Sollwert-@@@@
35, 36 mit einem Exklusiv - ODER - Glied 37 verbunden.
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Eine weitere Steuerleitung 35 führt vom Rechner 23 auf einen negierten
Eingang eines NAND - Gliedes 39. Auf dm l'T - Regler 42 ist der Vergleich des Ist
- Druckes über Meßumformer 45 und des Drucksollwertgebers 41 aufgeschaltet. Der
Ausgang des PT -Reglers 42 wird über den dynamischen Eingang des NAND - Gliedes
39 auf dem Motor 40 des Drucksollwertgebers 41. Diese Einrichtung bildet den nachlaufenden
Druck - Sollwert zum störungs freien Umschalten von Gleitdruck auf Festdruck bei
Störungen.
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Der Ausgang des ODER - Gliedes 37 führt zu einer Vergleichsstelle
des Druckregelkreises, der aus einem PID - Regler 43, dem Drehzahl - Verstellmotor
44 und dem Meßumformer 45 für den Dampfdruck vor der Dampfturbine 3 besteht. Ein
weiterer Meßumformer 46 in der Dampfleitung zur Dampfturbine 3 erfaflt die durchströmende
Dampfmenge, deren Wert einem Quotientenbildner 47 zugeführt wird, der über einen
weiteren Signaleingang mit dem Ausgang des PI - Reglers 24 verbunden ist. Der Ausgang
des Quotientenbildners 47 führt über einen Zeitbegrenzer 48 zu einem ODER - Glied
49, dessen Ausgang über die Steuerleitung 26 mit dem Rechner 23 verbunden ist (Umschalt1Ing
auf Festdruek, wenn das Verhältnis Dampf / Leistung = 3:1 mehr als - 10 % gestört
ist).
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Ferner ist zusätzlich ein Frequenzregelkreis vorgesehen, der dem Leistungsregelkreis
bei Anwahl über Steuerleitung 32 überlagert ist. Ein Frequenzlneßumformer 50 ist
mit t dem Eingang eines P-Reglers 51 verbunden, dem über einen Frequenzsollwertgeber
52 ein Sollwert vorgegeben wird. Der Ausgang des P-Reglers 51 ist mit einem Rechner
5 verbunden, in dem die sogenannte "Statik" aus dem Sollwertgeber 53 eingegeben
wird.
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Der Ausgang des Rechners 52 ist mit eiiiern P - Regler 54 verbundell,
dessen Ein- und Ausgang itber den Kennliniengeber 55 und dem Schalter 56 mit der
Ad iitions.stelle 22 verbunden ist und dessen anderer Ausgang über einen erhalter
57 zu einem Verstellmotor 58 führt, der auf den Solwertgeber 16 für die elektrisch.
Leistung des Drehstromgeneratore 4 einwirkt.
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Die Schaltung arbeitet wie folgt: Über die Steuerleitung 18 wird die
Wählvorrichtung 17 für Ein-oder Mehrkesselbetrieb angewählt. Bei Mehrkesselbetrieb
sind die Regelkreise 6, 8, 10, 12 und 7, 9, 11, 13 für die Kesselleistung der Dampfkesselanlage
eingeschaltet. Beim Anfahren der Kessel an lage beispielsweise wird im Bereich minimaler
Leistung mit konstantem Dampfdruck gearbeitet (Figur 2). Die Steuerleitungen 29
und 61 (Gleitdruckbetrieb) sowie die Steuerleitung 25 (Zweikesselbetrieb) werden
angesteuert. Ferner wird die gewünschte elektrische Abgabeleistung des Drehstromgenerators
4 am Sollwertgeber 16 eingestellt. Das Sollwertsignal durchläuft einen Zeitplangeber
19, der das Sollwertsignal in der Weise weiterleitet, daß er den Signalpegel bis
zum vorgegebenen Sollwert mit einer Zunahme von 3 MW/min. im Zweikesselbetrieb (bzw.
von 1 MW/min.
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im Einkesselbetrieb) erhöht und an eine Begrenzerstufe 20 weitorleitet,
welche den Pegel des Sollwertsignals im Ein- oder Zweikesselbetrieb auf einen minimalen
oder maximalen Wert begrenzt. Im Zweikesselbetrieb beispielsweise beträgt der Minimalwert
65 MW und der Maximalwert 150 MW, im Einkesselbetrieb dagegen 30 MW bzw. 72 MW (Figur
2). Der resulticrende Leistijngs sollwert wird verzögert in den Sollwertgeber 21
eingegeben und der nachgeschalteten Regeloflnricht1lng zugeführt. Durch das nachfolgende
Summiergerät 22 hindurch wird das Sollwertsignal an den Rechner 23 und die Regelkreise
6, , 10, 12 und 7, 9, 11, 13 für die Kesselleistung der beiden Dimpfkessel 1 und
2 weitergegeben, welche bei Regel abweichungen die Kesselleistung und den Dampfdruck
hoch- oder zurückregeln.
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Das Drossolventil 63 In der Dampfleitung vor der Dampfturbine 3 vird
durch den Dampfdruckregelkreis 43, 44, 45, 63 solange im Festdruck geführt, bis
die die minimal zulässige Dampfleistung fiir Ein- oder Zweikesselbetrieb in ele
ktrische Leistung umgesetzt ist (Stabilitätsdurchlauf der Kessel). Beim Erreichen
des
Endpunktes dieser minimalen Grenzleistling öffnet das Drosselventil 63 nach Kennlinie
des Druckes in Figur 2 nach Maßgabe der vom Rechner 23 errechneten Dampfdrucksollwerte
(Gleitdruckbetrieb) bis die geforderte elektrische Abgabeleistung erreicht ist.
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Minimaler und maximaler Druck der Dampfkessel 1, 2 im Ein- oder Mehrkesselbetrieb
können an den Sollwertgebern 28 bzw. 27 des Rechners 23 eingestellt werden. Dampfmenge
und Dampfdruck werden mit Hilfe der Drucksollwerte vom Rechner23 und der Kesseiregler
so eingestellt, bis die vorgegebene elektrische Abgabeleistung des Drehstromgenerators
4 erreicht wird. Sobald der Maßumformer 59 diesen Leistungs - Ist - Wert anzeigt,
verschwindet die Regelabweichung am Vergleichspunkt 67 vor dem Pl - Regler ?4, so
daß dieser kein Korrektursignal an den Sollwertgeber 14 abgibt.
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Die Dampfkesselleistung stellt sich in Abhängigkeit von der vorgegebenen
elektrischen Leistung am Sollwertgeber 16 über die Summiergeräte 22 und 14 auf die
geforderte Leistung ein, wobei der Anteilgeber 16 im Zweikesselbetrieb so eingestellt
ist, daß beide Dampfkessel 1, 2 die gleiche Kesselleistung abgeben. Der Druckregierkreis
43, 44, 45 hilt im Gleitdruckbetrieb einen bestimmten, vom Rechner errechneten Druck
der elektrischen Leistune entsprechend ein.
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Der Drucksollwert am Sollwertgeher 41 wird über den PI - Regler 42
dem am Meßumformer 45 gemessenen Druck nachgeführt, wenn die Bedingung am NAND -
Glied vorliegt, daß an einem Eingang ein Signal und an der Steuerleitung 38 kein
Festdrucksignal vorliegt. Das Dampfmengenmaßgerät 46 ist mit dem Quotientenbildner
47 verbunden, welcher die pro Zeit anfallende Dampfmenge ins Verhältnis zur gegebenen
elektrischen leistung setzt. Wird beispielsweise das Verhätlnis von 3 t/M@@ D@mpf
für einen von dem Zeitglied 48 vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise 10 %, über
-oder unterschritten, so wird über das ODER - Glied 49 und die Steuerleitung 36
der Rechner 23 umgeschaltet und die Steuerleitung @@ be@@tigt, welche über das NAND
- Glied 39 die Nachstellund das Drucksollwertes am Drucksollwertgeber 41 unterbricht
und den Drucksollwert auf dem anliegenden Wert festhält. Es erfnl-t e;ne automatische
Umschaltung des Rechners i3 auf Fesitdruckbetrieb. Eine manuelle Umschaltung von
Gleitdruck auf Festdruckbetrieb erfolgt über die Steuerleitung 30.
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Der Druckregelkreis 43, 44, 45, 63 regelt nach Umschaltung auf Festdrllckhetrieb
auf einen konstanten Dampfdruck, während die elektrische Leistung über Meßumformer
59, Pl - Regler 24 und den Sollwertgeber 14 für die Kesselleistungsregelkreise korrigiert
wird.
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Soll die Kessel anlage von Zweikessel auf Einkesselbetrieb iimgeschaltet
werden, während sie im Gleitdruckbetrieb arbeitet, so muß mit Hilfe der Steuerleitungen
62 und 30 zuerst aiif Festdruckbetrieb umgeschaltet werden. In Figur 2 wird beispielsweise
die Leistungs - Druck - Linie 64 fiir den Zweikessel-Gleitdruckbetrieb bei dem gerade
am Sollwertgeber 41 anliegenden Drucksollwert verlassen, wobei die elektrische Leistung
sich beispielhaft entlang der Linie 65 verringert, bis sie die Leistungs - Druck
Linie 63 für den Einkessel-Gleitdruckbetrieb schneidet. Durch Ansteuern der Steuerleitungen
18, 24, 61, 29 wird der Rechner 23 auf Drucksollwerte im Einkessel - Gleitdruckbetrieb
umgeschaltet. Der Rechner 23 liefert dann entsprechende Drucksollwerte über die
Steuerleitung 33 an den PID - Regler 43 zur Regelung des Dampfdruckes.
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Auch im Einkesselbetrieb kann hei StHrung der Feuerung über den Quotientenbildner
47, das Zeit - Glied 48 und das ODER-Glied 49 automatisch auf Festdruckbetrieb,
etwa entlang der Linie 66 in Figur 2, umgeschaltet werden.
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Eine Umschaltung auf Festdruckbetrieb von Hand wird dann erfolgen,
wenn ein Dampfkessel abgefahren oder auf Zweikesselbetrieb umgeschaltet werden soll.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Kraftwerksanlage im Gleitdiickbetrieb
mit Frequenzaufschaltung zu betreiben.
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Hierzu werden im Gleitdruckbetrieb die Schalter 36 und 57 geschlossen,
wodurch die Frequenz des Stromnetzes von dem Meßumformer
60 gemessen,
an den P - Regler 51 weitergegeben und zuvor mit den vom Sollwertgeber 52 gelieferten
Frequenzsoilwert verglichen wird. Am Ausgang des P - Reglers 51 wird vom Sollwertgeber
53 die sogenannte "Statik", im vorliegenden Bereich wertmäßig etwa 4,S %, mti dem
Regelsignal dcs P - Reglers 51 multiplizicrt und in einer weiteren Regler 54 eingegeben,
dessen usangssignal über den geschlossenen Schalter 57 geleitet wird und einen Verstellmotor
58 betätigt, der den Leistungssollwertgeber 16 für die Leist'ing verstellt.
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Je nachdem, ob die Frequenz zu hoch oder zu niedrig ist, wird der
Leistungssollwert am Leistungssollwertgeber 16 verringert oder erhöht. Ist der Schalter
56 geschlossen, so beeinflußt das frequenzabhängige Signal des Reglers 54 über einen
statikabhängigen Leistungssprungbegrenzer 55 u.den Summiorer 22 unmittelbar die
Kesselregeltung und den Rechner 23.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das vorgewählte elektrische
Leistungssignal 16 direkt, anlagespezifisch zeitverzögert an die Kessel weitergegeben
wird.
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Die Kesselanlage wird die dazu erforderlich< Menge Dampf produzieren
und der turbine 3 mit Generator 4 zur Verfügung stellen.
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Gleichzeitig wird der Turbinenanlage über den Rechner 23 ein leistungsentsprechendes
Drucksignal zur Verfügung gestellt. Aber erst wenn die Kesselanlage die Dampfmenge
und damit den Dampfdruck zur Verfügung gestellt hat, wird die Leistung über den
Druckregelkreis 35, 36, 37, 43, 45, 44, 63 erhöht, d. h. die Kesselanlage ist der
Turbinenanlage übergeordnet und das bedeutet, daß die Anlage bei einer sehr guten
Regelgute als Duo- und Mono-Anlage pendlungsfrei arbeitet.