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Regeleinrichtung für die Brennstoffversorgung
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einer Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung für einen Dampferzeuger
und Anlage zur Regelung seines Gemischverbrauches Die Erfindung betrifft ein System
zur Regelung von leistungsfähigen Staubkesseln mit direkter Staubeinblasung, insbesondere
eine Regeleinrichtung für die Brennstoffversorgung einer Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung
für einen mit Kohlenstaub beheizten Dampferzeuger. Ferner bezieht sich die Erfindung
auf eine Anlage zur Regelung der dem Dampferzeuger zugeführten Gemischmengen.
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Vorzugsweise wird die Erfindung zur Steuerung der Mahlung von Steinkohle
zur Konstanthaltung eines vorbestimmten Brennstoff-Luft-Gemischverbrauches und einer
vorbestimmten Brennstoff-Luft-Gemischkonzentration bei größeren Belastungsänderungen
des Dampfkessels sowie bei Qualitätsänderungen des Brennstoffes verwendet, der in
die Feuerung von Gleichstrom- und Trommeldampf direkt eingeblasen wird.
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Die Einrichtung zur Brennstoff-Regelung einer Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung
ist ein Bestandteil des gesamten Regelsystems des Verbrennungsvorganges und der
Wärmebelastung des Dampferzeugers. Der Verbrauch an Brennstoff-Luft-Gemisch hat
den Belastungsänderungen des Dampferzeugers, d. h. des Kessels, genau zu folgen.
Zu diesem Zweck muß die Brennstoffkonzentration im Gemisch in einem breiten Belastungsbereich
geregelt werden. Die bekannten Regeleinrichtungen und Systeme werden den hohen Anforderungen
moderner Anlagen nicht voll gerecht, wodurch sich eine unwirtschaftliche Betriebsweise
der Dampferzeuger und Kessel ergibt.
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Bekannt ist eine Einrichtung zur Brennstoff-Regelung einer Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung
(SU-Erfinderschein Nr. 341 525), bei der ein Brennstoff-Verbrauchsregler mit einem
Warmluftverbrauchsgeber verbunden ist. Der Brennstoff-Verbrauchs regler steuert
einen Stellantrieb für die Brennstoffzuführung zu der Gemischaufbereitungs-Anlage.
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Die Vorrichtung hat ein träges Ansprechverhalten und eine geringe
Regelgenauigkeit des Brennstoffverbrauches. Das ist darauf zurückzuführen, weil
der Gemischverbrauch durch eine Verbrauchs änderung an Rohbrennstoff verändert wird.
Für die Brennstoffmahlung ist eine gewisse Zeit notwendig. Beispielsweise muß am
Abend bei vergrößertem Elektroenergieverbrauch die Menge des dem Dampfkessel zugeführten
Brennstoff-Luft-Gemisches erhöht werden. Die Verbrauchs zunahme an GemiscSeSKricgtVerwendung
des Brennstoffvorrates des Systems Mühle/Separator. Bei einer Widerstandserhöhung
der Mühle-Separator-Anordnung, beispielsweise durch Ausmahlung eines feuchten Brennstoffes,
kann die automatische Regelung eine genaue Kontrolle der
Brennstoffversorgung
der Anlage nicht gewährleisten, weil die tatsächliche Brennstoffmenge in der Gemischaufbereitungsanlage
nicht berücksichtigt wird. Hinzu kommt, daß die Kontrolle der Brennstoffversorgung
der Anlage indirekt nach dem Luftverbrauch vorgenommen wird, der von der Beschickung
der Anlage mit dem Brennstoff gewissermaßen abhängig ist. Bei der Mahlung von Steinkohlen
ist solch eine Kontrolle ungenau, und die Beschickung der Mühle ändert sich willkürlich,
was Störungen innerhalb des Systems und Ausfälle des Dampferzeugers zur Folge haben
kann.
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Ferner ist aus dem SU-Erfinderschein 688 226 eine Vorrichtung zur
automatischen Regelung der Brennstoffversorgung einer Anlage zur Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung
für einen Dampferzeuger bekannt, die einen Verbrauchsregler für den zugeführten
Rohbrennstoff besitzt, an dessen Eingänge ein Geber für die Brennstoffversorgung
der Anlage und über eine Differenziereinheit ein Verbrauchsgeber für die der Anlage
zugeführte Warmluft geschaltet sind, und dessen Ausgang an einen Antrieb eines Rohbrennstoffbeschickers
angeschlossen ist. Bei kurzzeitigen Belastungsänderungen des Dampferzeugers wird
der ggf. höhere Verbrauch an Brennstoff-Luft-Gemisch durch einen in der Mühle-Separator-Anordnung
gespeicherten Teil der Kohlenstaub und durch eine erhöhte Mahlfeinheit ausgeglichen.
Bei größeren Belastungsänderungen, die besonders am Abend auftreten, sowie bei Güteschwankungen
des Brennstoffes wird die Brennstoffversorgung durch den Bedienungsmann mit geringer
Genauigkeit ferngesteuert korrigiert. Dies ergibt eine schlechtere Wirtschaftlichkeit
der Mahlanlage und parallel dazu eine verschlechterte Verbrennung.
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Ein anderes Regel-System für den Verbrauch an Brennstoff-Luft-Gemisch
gemäß SU-Erfinderschein Nr. 623 061 hat einen Summierer, an dessen Eingänge die
Ausgänge der Verbrauchs geber für zugeführte Warmluft angeschlossen sind und dessen
Ausgang mit dem Eingang eines Warmluft-Verbrauchsreglers elektrisch verbunden ist,
an dessen anderen Eingang über einen weiteren Summierer Temperaturgeber für die
Dampfströme im Dampferzeuger geschaltet sind, und dessen Ausgang an einen Stellantrieb
zur Dosierung der Warmluftzufuhr angeschlossen ist. Bei einer Belastungsschwankung
des Dampferzeugers erfolgt eine praktisch trägheitslose Verbrauchs änderung des
Brennstoff-Luft-Gemisches. Aber auch hierbei ist eine Verschlechterung der ökonomischen
Kennziffern feststellbar, weil keine Korrektur der Brennstoffversorgung der Anlage
vorgesehen ist. Darüber hinaus weist der Warmluftverbrauchsregler keine ausreichende
Standsicherheit auf, da er mit einer starren Rückkopplung für den regelbaren Kennwert
ausgeführt ist. Beim Ubergangsbetrieb zeigt das System eine ungenügende Regelgenauigkeit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung für
die Brennstoffversorgung einer Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung für einen Dampferzeuger
und eine Anlage zur Regelung der dem Dampferzeuger nach Bedarf zugeführten Gemischmengen
zu schaffen, bei denen die Korrektur der Brennstoffkonzentration im Gemisch je nach
Dampfkesselbelastung, die Regelgenauigkeit der Brennstoffversorgung für die Gemischzubereitung
in einem breiten Änderungsbereich der Dampfkesselbelastung sowie die Standsicherheit
der Anlage zur Verbrauchsregelung des Brennstoff-Luft-Gemisches verbessert sind.
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Diese Aufgabe ist bei einer Regeleinrichtung zur Brennstoffversorgung
einer Anlage zur Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung für einen Dampferzeuger mit
einem Verbrauchsregler für den zugeführten Rohbrennstoff, mit dessen Eingängen ein
Geber für die Brennstoffversorgung und über eine Differenziereinheit ein Verbrauchsgeber
für die zugeführte Warmluft verbunden sind und dessen Ausgang an einen Antrieb für
einen Rohbrennstoffbeschicker angeschlossen ist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß ein Dampfgeneratorbelastungsgeber und eine an dessen Ausgang angeschlossene
Korrektureinrichtung für die Brennstoffkonzentration des Brennstoff-Luft-Gemischs
vorgesehen sind, deren Ausgang an den jeweiligen Eingang des Rohbrennstoff-Verbrauchsreglers
geschaltet ist.
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Es ist hierbei sinnvoll, die Vorrichtung mit einem Geber für die Verbrennungsgüte
des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Dampfgeneratorfeuerung zu versehen, der an
den zweiten Eingang der Korrektureinrichtung für die Brennstoffkonzentration des
Brennstoff-Luft-Gemischstromes angeschlossen ist.
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Bei einer Anlage zur Verbrauchs regelung des der Dampferzeugerfeuerung
zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches mit einem Summierer, an dessen Eingänge der
Ausgänge der Verbrauchs geber für die der Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung zugeführte
Warmluft geschaltet sind, und dessen Ausgang mit dem Eingang eines Warmluftverbrauchsreglers
elektrisch verbunden ist, an dessen anderen Eingang über einen zweiten Summierer
Temperaturgeber für die Dampfströme im Dampfgenerator geschaltet sind, und dessen
Ausgang an einen Stellantrieb einer Einrichtung für di.e Warmluftzuführung angeschlossen
ist, sind erfindungsgemäß
mindestens zwei Regeleinrichtungen für
die Brennstoffversorgung der Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung vorgesehen mit je
einem Verbrauchsregler für den zugeführten Rohbrennstoff, an dessen Eingänge der
Geber für die Brennstoffversorgung, über die Differenzeinheit der Verbrauchsgeber
für die zugeführte Warmluft, über die Korrektureinrichtung der Brennstoffkonzentration
des Brennstoff-Luft-Gemischstromes ein Belastungsgeber des Dampfgenerators geschaltet
sind und dessen Ausgang mit dem Antrieb des Roh~brennstoffbeschickers in Verbindung
steht, vorgesehen sind, wobei die Anlage eine Differenziereinheit aufweist, deren
Eingang mit dem Ausgang des ersten Summierers und deren Ausgang mit dem Eingang
des Warmluftverbrauchsregler verbunden sind. Ein weiterer Summierer ist mit seinen
Eingängen, an die Ausgänge der Dampfgenerator-Belastungsgeber geschaltet, und mit
seinem Ausgang an den jeweiligen Eingang des Warmluftverbrauchsregler angeschlossen.
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Es ist hierbei von Nutzen, das System mit einer weiteren Differenziereinheit
zu versehen, deren Eingang mit dem Ausgang des zusätzlichen Summierers und der Ausgang
mit dem betreffenden Eingang des Warmluftverbrauchsregler geschaltet ist.
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Die Regeleinrichtung für die Brennstoffversorgung einer Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung
für den Dampfgenerator gestattet, die Regelgenauigkeit der Brennstoffversorgung
der Anlage in einem breiten Schwankungsbereich der Dampfkesselbelastung zu verbessern.
Die vorbestimmte Genauigkeit wird durch den Kesselbelastungsgeber und die Korrektureinrichtung
für die Brennstoffkonzentration im Gemischstrom
erreicht. Die
Korrektureinrichtung erzeugt ein Signal zur Änderung der Brennstoffversorguw unter
Berücksichtigung von äußeren Störungen, wodurch ein Gesetz zur Optimierung der Brennstoffmenge
innerhalb der Anlage vorgegeben wird. Dank dem vorhandenen Geber für die Verbrennungsgüte
wird überdies eine Korrektur der Brennstoffversorgung der Anlage vorgenommen, wenn
innere (Feuerungs-)Störungen, wie Schwankungen des Brennstoff/ Luft-Verhältnisses
stattfinden, die durch den Heizwert des Brennstoffes, dessen Feuchte und Aschegehalt
charakterisiert wird.
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Da das System zur automatischen Verbrauchs regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches
mehrere Regelungsvorrichtungen der Brennstoffversorgung entsprechend der Anzahl
von Anlagen zur Gemischzubereitung aufweist, wird eine statische Optimierung des
in jeder Zubereitungsanlage durchgeführten Vorganges ermöglicht, und mithin kann
die Brennstoffkonzentration in den Brennern des Dampferzeugers bei Schwankungen
seiner Belastung und der Feuerführung genau geregelt werden. Dank dem im System
vorhandenen Summierer ist es möglich, das Summieren von durch die Verbrauchs geber
für die der Mühle zugeführte Luft erzeugten Signalen vorzunehmen und durch den Verbrauchs
regler eine Gesamtluftverbrauchsstabilisierung sowie eine praktisch trägheitslose
Verbrauchs schwankung des der Dampfgeneratorfeuerung zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches
zu sichern. Bei dem genannten Systemaufbau ist der Brennstoff-Luft-Gemischverbrauch
direkt proportional zum Verbrauch der der Mühle zugeführten Luft. Durch die in der
Anlage vorhandene Differenziereinheit wird die Stabilität des Warmluftverbrauchsreglers
verbessert. Die Dampfgeneratorbelastungsgeber gestatten, die Wärmeentbindung in
der
Dampfgeneratorfeuerung zu stabilisieren. Die vorhandene Differenziereinheit ermöglicht,
ein Geschwindigkeitssignal für die Dampfgeneratorbelastungsänderung zu erzeugen,
die Regelungsgenauigkeit für den Brennstoff-Luft-Gemischverbrauch in übergangszuständen
zu verbessern.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 im Blockschema eine Vorrichtung zur
Regelung der Brennstoffversorgung einer Anlage zur Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung
für einen Dampfgeneratort Fig. 2 einen Funktionsschaltplan eines Systems zur automatischen
Verbrauchsregelung des Brennstoff-Luft-Gemisches; Fig. 3 ein Wirtschaftlichkeits-Diagramm
für einen Dampferzeuger bei Leistungsschwankungen der Anlage zur Gemischzubereitung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Regelungsvorrichtung enthält einen Verbrauchs
regler 1 für den der Anlage zugeführten Rohbrennstoff. An die Eingänge 2, 3 des
Verbrauchsreglers 1 sind janTeils ein Geber 4 für die Brennstoffversorgung der Anlage
und über eine Differenziereinheit 5 ein Verbrauchs geber 6 für die der Anlage zugeführte
Warmluft geschaltet. Der Ausgang 7 des Verbrauchsreglers 1 ist an einen Antrieb
8 für einen Rohbrennstoffbeschicker angeschlossen. Die Vorrichtung umfaßt auch einen
Kesselbelastungsgeber 9, der über einen Umformer 10 mit dem Eingang 11 einer Korrektureinrichtung
12 für die Brennstoffkonzentration
des Brennstoff-Luft-Gemischstromes
verbunden ist. Als Kesselbelastungsgeber9 kann ein beliebiger Verbrauchs geber für
das dem Dampfgenerator zugeführte Speisewasser oder ein Druckgeber für den Dampfdruck
im Dampfgenerator verwendet werden. Als Geber 4 für die Brennstoffversorgung ist
ein Geber für die Wirkleistung an der Welle des Rührwerkes der Anlage zur Brennstoff-LuftGemischzubereitung
eingesetzt. Durch den Umformer 10 wird eine nichtlineare Umwandlung des Signals
vom Ausgang des Gebers 9 vorgenommen, um die statische Kennlinie der optimalen Brennstoffversorgung
der Anlage mit der statischen Belastungskennlinie des Dampfgenerators zur Deckung
zu bringen. Der Ausgang der Korrektureinrichtung 12 ist mit dem Eingang 13 des Brennstoff-Verbrauchsreglers
1 verbunden.
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Die Vorrichtung enthält ferner einen Geber 14 für den Verbrennungsvorgang
des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Dampfgeneratorfeuerung, der über einen Umformer
15 an den zweiten Eingang 16 der Korrektureinrichtung 12 für die Brennstoffkonzentration
des Gemischstromes angeschlossen ist. Als Geber 14 kann ein Geber zur Ermittlung
des 02', CO- oder C02-Gehaltes der Verbrennungsprodukte verwendet werden. Der Umformer
15 übernimmt eine nichtlineare Umwandlung des Signals vom Ausgang des Gebers 14,
um die statische Kennlinie der optimalen Belastung der Anlage mit der statischen
Kennlinie der Verbrennungsgüte des Brennstoff-Luft-Gemisches zur Deckung zu bringen.
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Die Regelanlage zur automatischen Verbrauchsregelung des der Dampfkesselfeuerung
zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches gemäß Fig. 2 enthält einen Summierer 17, an
dessen Eingänge 18 die Ausgänge mehrerer Warmluft-Verbrauchsgeber 6 angeschlossen
sind. Der Ausgang des Summierers 17
liegt am Eingang 19 einer Differenziereinheit
20, deren Ausgang mit dem Eingang 21 eines Warmluft-Gesamtverbrauchsreglers 22 verbunden
ist. An den anderen Eingang 23 des Reglers 22 sind über einen weiteren Summierer
24 Temperaturgeber 25 für die Dampfströme im Dampfgenerator angeschlossen. Der Ausgang
des Reglers 22 ist an einen Stellantrieb 26 einer Einrichtung für die Warmluftzuführung
zu den Anlagen angeschlossen.
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Das System umfaßt mindestens zwei Vorrichtungen 27 zur automatischen
Regelung der Brennstoffversorgung der Anlage zur Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung
für den Dampfkessel und einen zusätzlichen Summierer 28. Mit den Eingängen 29 des
letzteren sind die Ausgänge zweier Kesselbelastungsgeber 9 verbunden, während der
Ausgang dieses Summierers 28 mit dem Eingang 30 des Warmluft-Gesamtverbrauchsreglers
22 in Verbindung steht.
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Das System verfügt über eine weitere Differenziereinheit 31, deren
Eingang 32 an den Ausgang des zusätzlichen Summierers 28 und deren Ausgang an den
jeweiligen Eingang 33 des Reglers 22 angeschlossen ist. Der Ausgang des Summierers
24 ist außerdem an den Eingang 34 der Differenziereinheit 35 geschaltet, deren Ausgang
mit dem Eingang 36 des Reglers 22 verbunden ist.
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Bei der beschriebenen Regelanlage sind der Kesselbelastungsgeber 9,
der Geber 14 für die Verbrennungsgüte und die Korrektureinrichtung 12 für die Brennstoffkonzentration
des Brennstoff-Luft-Gemischstromes für die beiden benachbarten Vorrichtungen gemeinsam,
wobei in Fig. 2 die Umformer 10 und 15 nicht gezeigt sind.
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Fig. 3 zeigt Diagramme statischer Wirtschaftlichkeits-Kennlinien für
den Dampfgenerator, in denen auf der Abszisse die Leitung Q der Anlage zur Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung
und auf der Ordinate der Elektroenergieverbrauch W für die Kohlenmahlung und die
pneumatische Förderung abgetragen ist. Das Diagramm A gilt für die statische Wirtschaftlichkeits-Kennlinie
bei geringen Leistungen und einem geringen Warmluftverbrauch, das Diagramm B für
die statische Wirtschaftlichkeits-Kennlinie bei einem erhöhten Warmluftverbrauch,
einer erhöhten Beschickung der Anlage und einer gesteigerten Mahlleistung. Mit dem
Pfeil ist eine Versetzung der Kurvenextreme kenntlich gemacht, die einer erhöhten
Beschickung der Anlage bei einer Zunahme der Belastung des Dampfgenerators entspricht.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung zur Regelung der Brennstoffversorgung
der Anlage zur Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung ist folgende: Bei einer Änderung
der Kesselbelastung oder einer Störung der Feuerführung, beispielsweise infolge
einer Änderung des Aschegehaltes des Brennstoffes oder seines Heizwertes, entsteht
am Ausgang des Kesselbelastungsgebers 9 (Fig. 1) oder am Ausgang des Gebers 14 für
die Verbrennungsgüte ein Verstimmungssignal. über die Umformer 10, 15 gelangen diese
Signale an die Eingänge 11, 16 der Korrektureinrichtung 12 für die Brennstoffkonzentration.
Am Ausgang der Korrektureinrichtung 12 wird ein Signal für eine Änderung der Beschickung
der Anlage zur Brennstoff-Luft-Gemischzubereitung erzeugt.
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Die Brennstoffversorgung der Anlage wird im Normalbetrieb auf dem
vorbestimmten Niveau gehalten. Falls die Kesselbelastung beispielsweise am Abend
zunimmt oder der Brennstoff-Heizwert bei einer Kohlenfeuchteänderung zurückgeht,
muß die Menge an Brennstoff-Luft-Gemisch vergrößert, d. h. ein übergang von der
Kurve A (Fig. 3) auf die Kurve B vollzogen werden. Dieser Übergang ist so durchzuführen,
daß die Wirtschaftlichkeit des Kessels nicht absinkt.
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Im Steuerschema vollzieht sich hierbei folgendes.
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Ein Signal gelangt vom Ausgang der Korrektureinrichtung 12 (Fig. 1)
an den Eingang 13 des Rohbrennstoff-Verbrauchsreglers 1 und dann an den Stellantrieb
8 für die Rohbrennstoffzuführung. Die Einstellung der Korrektureinrichtung 12 wird
derart vorgenommen, daß die Brennstoffversorgung der Anlage im Bereich ihres Extrems
liegt, während die Geschwindigkeit ihrer Änderung mit der der Sollsignaländerung
übereinstimmt und das Betreiben der Anlage ohne Verstopfung erfolgt.
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Gleichzeitig gelangen an den Verbrauchsregler 1 Signale vom Geber
4 für die Brennstoffversorgung der Mühle sowie vom Warmluftverbrauchsgeber 6. Durch
das Signal für die Änderungsgeschwindigkeit des Verbrauches der der Anlage zugeführten
Luft wird eine Störung so ausgeglichen, daß die Brennstoffversorgung der Anlage
unverändert bleibt.
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Die Anlage zur automatischen Verbrauchs regelung des der Kesselfeuerung
zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches wirkt wie folgt.
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Da an den Kessel mehrere Anlagen zur Gemischzubereitung angeschlossen
sind, ist eine aufeinander abgestimmte synchrone Betriebsweise mehrerer Regelungsvorrichtungen
notwendig. Bei einer Schwankung der Kesselbelastung gelangen Verstimmungssignale
von den Belastungsgebern 9 (Fig. 2) an die Eingänge 29 des Summierers 28. Vom Ausgang
des Summierers 28 gelangt das Signal an den Eingang des Gesamtverbrauchsreglers
22 für die der Anlage zugeführte Warmluft. Vom Ausgang des Reglers 22 gelangt das
Steuersignal an den Eingang des Stellantriebes 26 für die Einrichtung für die Warmluftzuführung
zu den Anlagen. Als Folge vollzieht sich eine praktisch trägheitslose Mengenänderung
des Brennstoff-Luft-Gemisches und die Wiederherstellung der Wärmebilanz, die durch
die Änderung der Kesselbelastung hervorgerufen wurde.
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Als Rückkopplungssignal der Anlage dient ein Signal für die Änderungsgeschwindigkeit
des Luftgesamtverbrauches, das in der Differenziereinheit 20 erzeugt wird, an deren
Eingänge Signale von dem Ausgang des Summierers 17 gelangen. Im Summierer 17 erfolgt
das Summieren der durch den Warmluftverbrauchsgeber 6 erzeugten Signale. Durch Verwendung
der Differenziereinheiten 20, 31, 35 erhöht sich die Stabilität des Warmluft-Gesamtverbrauchsreglers
22 sowie die Regelungsgenauigkeit im Übergangsbetrieb, da dadurch das proportional-integrale
Regelgesetz zur Regelung ausgehend von jeder Regelgröße verwirklicht wird.
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Eine statische Einstellung des Warmluft-Gesamtverbrauchsreglers 22
wird durch die Deckung der statischen Kennlinien der Summierer 17, 28, 24 erreicht.
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