DE457113C

DE457113C - Control device for thermal power machines, especially steam turbines, whose propellant comes from a variable or intermittent waste heat source

Info

Publication number: DE457113C
Application number: DES59034D
Authority: DE
Original assignee: Rateau SA
Current assignee: Rateau SA
Priority date: 1921-03-04
Filing date: 1922-02-25
Publication date: 1928-03-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungsvorrichtung für Wärmekraftmaschinen, insbesondere Dampfturbinen, deren Treibmittel einer veränderlich oder aussetzend arbeitenden Abwärmequelle entstammen und die zum Antrieb von Wechselstromerzeugern dienen. Der Zweck der Erfindung besteht darin, in veränderlicher Menge oder auch nur zeitweise, dafür aber sehr billig oder gar umsonst zur Verfügung stehende Treibmittel der Abwärmequelle möglichst vollständig für die Kraftanlage auszunutzen, während die nicht von der Abwärmequelle stammende Betriebskraft nur zum Ausgleich der Spitzenbelastung des Kraftwerks oder dann herangezogen wird, wenn die von der Abwärmequelle herrührende Energiemenge nicht ausreicht, um den von der Anlage jeweils zu liefernden Energiebedarf zu decken.The invention relates to a control device for heat engines, especially steam turbines, the propellant of which is changeable or intermittent working waste heat source and used to drive alternating current generators to serve. The purpose of the invention is to vary in amount or even only At times, but very cheap or even free of charge propellants to utilize the waste heat source as completely as possible for the power plant, while the Operating power not coming from the waste heat source only to compensate for the peak load of the power plant or if the amount of energy from the waste heat source is insufficient, in order to cover the energy demand to be supplied by the system.

ao Als Abwärmequellen können beispielsweise hoch erhitzte, gegebenenfalls brennbare oder explosible Gase aus irgendwelchen Anlagen oder der Auspuffdampf von Einrichtungen in Betracht kommen, die mit Dampf betrieben werden. Da es im allgemeinen stets möglich ist, mittels Dampfkraftmaschinen, insbesondere Dampfturbinen, entweder unmittelbar den Auspuffdampf oder aber denjenigen Dampf auszunutzen, der in einem durch die Gase beheizten Kessel entsteht, so sei im folgenden ausführlicher der Fall behandelt, in welchem als von der Abwärmequelle stammendes Treibmittel Dampf in Betracht kommt. Jedoch läßt sich die Erfindung bei allen Treibmitteln anwenden, die von einer ihrer Größe nach veränderlichen oder aussetzend arbeitenden Abwärmequelle herrühren. ao As waste heat sources, for example, highly heated, possibly combustible or explosive gases from any equipment or the exhaust fumes from equipment come into consideration, which are operated with steam. Since it is generally always possible is, by means of steam engines, in particular steam turbines, either directly to use the exhaust steam or that steam that is produced in a boiler heated by the gases, so be in the The following deals in more detail with the case in which as originating from the waste heat source Propellant steam comes into consideration. However, the invention can be used with all propellants that are of a due to their size according to variable or intermittently working waste heat source.

In den Fällen, in welchen die Abwärmekraftmaschine eine Wechselstrommaschine antreibt, arbeitet diese letztere häufig parallel mit einem elektrischen Netz oder einer Kraftzentrale. Bisher ließ man in solchen Fällen die Leistung der Abwärmekraftmaschine sich proportional mit den Belastungsänderungen des Netzes oder der Kraftanlage ändern. In solchem Falle sind jedoch für den Verbrauch der Abwärmeenergie andere Bedingungen maßgebend als die Menge der jeweils zur Verfügung stehenden Abwärme, so daß nicht diese Abwärme in erster Linie und auf alle Fälle ausgenutzt wird, wie dies am wirtschaftlichsten wäre. Vielmehr schwankt der Betrieb zwischen den folgenden beiden Fällen:In cases in which the waste heat engine drives an alternating current machine, the latter often works in parallel with an electrical network or a power station. So far one has left in such cases the power of the waste heat engine increases proportionally with the load changes of the network or the power plant. In such a case, however, are for consumption the waste heat energy other conditions than the amount of waste heat available, so that not this waste heat is primarily and in any case exploited as is most economical were. Rather, the operation fluctuates between the following two cases:

i. Die zur Verfügung stehende Abwärmemenge ist größer als die, welche durch diei. The amount of waste heat available is greater than that generated by the

Abwärmemaschinenanlage verbraucht wird. In diesem Falle muß auf die Regelung der Abwärmemaschine eingewirkt werden, um deren Leistung zu steigern, oder man muß sich, da diese Einwirkung nicht selbsttätig erfolgt, dazu entschließen, die im Überschuß vorhandenen Abwärmemengen verloren zu geben, sobald das. Fassungsvermögen eines etwa zur Verwendung kommenden Abwärme-Speichers überschritten wird.Waste heat machine system is consumed. In this case, the regulation of the Waste heat machine are acted on to increase their performance, or you have to, since this action is not automatic takes place, decide to lose the excess amount of waste heat give as soon as that is exceeded.

2. Die Abwärmemenge reicht nicht aus, um die (geförderte Leistung zu erzeugen. Man benutzt in diesem Fall zur Ergänzung der fehlenden Energie beispielsweise eine Dampfkraftmaschine mit gemischter Dampfspeisung oder mit zwei Dampfspannungen, was eine Anlage ,zur Erzeugung einer Hilfsdampfkraft erfordert.2. The amount of waste heat is not sufficient to generate the (supported output. In this case, one uses, for example, to supplement the missing energy Steam engine with mixed steam feed or with two steam voltages, which is a system for generating an auxiliary steam power requires.

Demgegenüber soll die Erfindung eine äso vollständige Verwertung der j eweils zur Verfügung stehenden Abwärmeenergie gestatten — natürlich soweit diese Energie noch durch das Netz der Kraftanlage aufgenommen werden kann, an welche die von der Abwärmekraftmaschine betriebene Wechselstrommaschine angeschlossen ist —, und zwar erfolgt dies gemäß der Erfindung dadurch, daß die Abwärmekraftmasc'hine bei normalem Betriebe ungehindert und ohne Regelorgane das Treibmittel zugeführt erhält, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit durch die Frequenz des Wec'hselstromnetzes festgelegt ist, mit welcher die Kraftmaschinengruppe parallel arbeitet, während die Abwärmekraftmaschine durch die als Motor arbeitende Wechselstrommaschine leer mitgenommen wird, wenn die Treibmittelzufuhr aufhört.In contrast, the invention is intended to provide an äso complete utilization of each available Allow standing waste heat energy - of course, as long as this energy is still through the network of the power plant can be added to which the waste heat engine operated alternating current machine is connected - and this is done according to the invention by that the waste heat power machine receives the propellant in normal operations unhindered and without regulating organs, the speed of rotation being determined by the frequency of the alternating current network is with which the engine group operates in parallel while the waste heat engine is taken empty by the alternating current machine working as a motor when the propellant supply stops.

Da die anderen Kraftmaschinen, welche gleichfalls das Netz speisen, mit Reglern ausgerüstet sind, werden sie die erforderliche Ergänzungsleistung liefern. Hierbei überwachen die Regler dieser Maschinen diese Ergänzungsleistung sowie die Frequenz des Netzes. Die Abwärmeenergie wird sonnt vollständig und an erster Stelle ausgenutzt, was insbesondere dann. erwünscht ist, wenn diese Energie sozusagen kostenlos zur Verfügung steht. Die Abwärmekraftmaschine muß hierbei natürlich zur Aufnahme und Verarbeitung der Höchstmenge und des Höchstdruckes des Abwärmetreibmittels, beispielsweise des Abdampfes, eingerichtet sein.Since the other prime movers, which also feed the network, are equipped with regulators they will provide the necessary supplementary service. Monitor this the regulator of these machines this supplementary power as well as the frequency of the Network. The waste heat energy is fully and primarily used in the sun, what especially then. it is desirable if this energy is available free of charge, so to speak. The waste heat engine must, of course, be used to absorb and process the maximum amount and the maximum pressure the waste heat propellant, for example the exhaust steam, be set up.

Obwohl die Abwärmemaschine nicht mit einem Fliehkraftregler ausgerüstet ist, welcher die Belastung und die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine überwacht, ist trotzdem durch den Anschluß ihrer Wechselstrommaschine an das Netz der Kraftanlage ihre Drehzahl betriebssicher festgelegt. Denn wenn die von der Abwärmemaschine getriebene Wechselstrommaschine ein Synchrongenerator ist, so nimmt dieser eine Geschwindigkeit an, welche der Netzfrequenz und der Polzahl seines Induktors entspricht, unabhängig von der vorhandenen Belastung. Wird als Dynamomaschine ein Asynchrongenerator verwendet, so ist dessen Drehzahl mehr oder weniger dieselbe, da die Schlüpfung sich entsprechend der Belastung ändert.Although the waste heat machine is not equipped with a centrifugal governor, which the load and the speed of rotation of the machine are monitored, is still through the connection of your AC machine their rotational speed is reliably established on the power plant network. Because if the one driven by the waste heat machine AC machine is a synchronous generator, it takes a speed which corresponds to the mains frequency and the number of poles of its inductor, independently of the existing load. If an asynchronous generator is used as the dynamo, then its speed is more or less the same as the hatching changes according to the load.

Wenn aus irgendeinem Grunde die Abwärmequelle nicht mehr ausreicht, so wird die Abwärmemaschine durch die Dynamomaschine, welche nun als Motor arbeitet, leer mitgenommen. Die Maschinengruppe beginnt jedoch sofort wieder selbsttätig Strom an das Netz abzugeben, sobald wieder Abwärme (z. B. Dampf) für die Kraftmaschine zur Verfügung steht.If for some reason the waste heat source is no longer sufficient, so will the waste heat machine through the dynamo, which now works as a motor, is empty taken away. However, the machine group immediately begins to automatically supply electricity to the grid as soon as there is waste heat again (e.g. steam) is available for the engine.

Wenn die zur Rückgewinnung der Abwärme dienende Dampfmaschine durch eine Kesselbatterie mit sich ändernder Beheizung gespeist wird, kann der Fall eintreten, daß die Wärmequelle augenblicklich versagt. Da die Turbine ohne Regelung mit dem Kessel in Verbindung steht, wird sich der Kesseldruck stetig verringern; es ist dann erwünscht, den Druckabfall auf einen bestimmten, noch zulässigen Mindestbetrag zu begrenzen. Zu diesem Zweck wird in der go zur Dampfmaschine führenden Zuleitung ein Absperrventil in der Weise angeordnet, daß der Dampfzutritt unterbrochen wird, wenn der Druck in dem Dampfbehälter auf den festgelegten Mindestbetrag gesunken ist. Im anderen Fall bleibt dieses Ventil ständig offen. Ein derartiges Absperrventil kann durch ein entlastetes Doppelsitzventil gebildet werden, welches von einem Kolben bewegt wird, auf den einerseits der Kesseldruck und andererseits eine regelbare Gegenfeder wirkt. Da die Abwärmedampfmaschine nicht mit einem ihre Belastung überwachenden Regler ausgerüstet ist, könnte sie durchgehen, wenn die Wechselstrommaschine vom Netz abgeschaltet wird. Um diesen Übelstand zu vermeiden, ordnet man gleichfalls in der Abwärmedampfzuleitung ein durch einen Fliehkraftregler bewegtes Absperrorgan an, wobei der Regler auf eine Geschwindigkeit eingestellt ist, welche über derjenigen des normalen Betriebes liegt.If the steam engine used to recover the waste heat is replaced by a Boiler battery is fed with changing heating, the case may arise that the heat source fails instantly. Because the turbine without regulation with the boiler is connected, the boiler pressure will steadily decrease; it is then desirable to limit the pressure drop to a certain, still permissible minimum amount. For this purpose, the go to the steam engine leading supply line arranged a shut-off valve in such a way that the steam access is interrupted when the pressure in the steam container has fallen to the specified minimum amount. in the otherwise this valve remains open all the time. Such a shut-off valve can be formed by a relieved double seat valve, which moves by a piston on the one hand the boiler pressure and on the other hand a controllable counter spring acts. Since the waste heat steam engine is not equipped with a controller that monitors its load, it could run away if the alternator is disconnected from the grid. To avoid this evil, one also arranges in the waste heat steam supply line by means of a centrifugal governor moving shut-off, the controller is set to a speed which is above that of the normal Operation.

Die Zeichnung stellt schematisch und als Beispiel eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens für den Fall dar, daß ein Dampferzeuger von einer veränderlichen Wärmequelle beheizt wird. Ein Kessel α ist mit einer Feuerung b ausgerüstet, welcher Gase in veränderlicher oder aussetzender Menge zur Verfugung stehen, beispielsweise die Gase irgendwelcher Öfen. Der Kesseldampf wird einer Turbine c oder einer DampfmaschineThe drawing shows schematically and as an example an arrangement for carrying out the method in the event that a steam generator is heated by a variable heat source. A boiler α is equipped with a furnace b , which gases are available in variable or intermittent quantities, for example the gases from any ovens. The boiler steam is a turbine c or a steam engine

zugeführt, welche eine Wechselstrommaschine d antreibt.supplied, which drives an alternating current machine d.

Die Turbine besitzt keinerlei Regelorgane für die Begrenzung der Menge des zuströmenden Dampfes im normalen Betriebe. Jedoch ist eine Drosselklappe e oder ein entlastetes Ventil in der Leitung/ angeordnet, welches die Turbine mit dem Kessel verbindet. Diese Klappe e dient zur Absperrung der Zuleitung, wenn der Dampfdruck unter ein vorher festgelegtes Maß sinkt.The turbine does not have any regulating devices for limiting the amount of incoming steam in normal operation. However, a throttle valve e or a relieved valve is arranged in the line / which connects the turbine to the boiler. This flap e is used to shut off the supply line when the vapor pressure falls below a predetermined level.

Die Turbine ist außerdem mit einer Vorrichtung g zur Begrenzung ihrer Geschwindigkeit ausgerüstet, welche den Dampfzutritt abschneidet, sobald die Geschwindigkeit der Turbine ein bestimmtes Höchstmaß überschreitet. Der Kessel besitzt ferner ein Sicherheitsventil h, das sich öffnet, sobald der Dampfdruck höher wird, als der Höchstbelastung der Turbine entspricht.The turbine is also equipped with a device g for limiting its speed, which cuts off the entry of steam as soon as the speed of the turbine exceeds a certain maximum level. The boiler also has a safety valve h which opens as soon as the steam pressure is higher than the maximum load on the turbine.

Die Vorrichtung zur Begrenzung der Geschwindigkeit kann als normaler Leistungsregler mit Hilfsmotor und Regelfeder ausgebildet sein. Bei der im vorstehenden beschriebenen Anordnung wird diese Feder derart eingestellt, daß die Vorrichtung zur Begrenzung der Geschwindigkeit im normalen Betriebe nicht wirkt, sondern nur bei einem im voraus bestimmten Prozentsatz der Überschreitung der Höchstgeschwindigkeit. Durch Veränderung der Regelfederspannung kann dieser Regler auch als normaler Geschwindigkeitsregler arbeiten, welcher die Geschwindigkeit und die Belastung der Dampfmaschine überwacht. In diesem Fall ist es möglich, die zur Rückgewinnung der Abwärme dienende Dynamokraftmaschinengruppe auch als unabhängigen Kraftmaschinensatz zu betreiben, wenn im gegebenen Zeitpunkt der Parallelbetrieb mit einem Netz unmöglich ist. Jedoch ist es in diesem letzteren Falle in der Regel nicht mehr möglich, die gesamte, von der Abwärmequelle zur Verfügung stehende Energie wiederzugewinnen.The device for limiting the speed can be used as a normal power regulator be designed with an auxiliary motor and control spring. In the case of the one described above Arrangement, this spring is adjusted so that the device for limiting the speed in the normal Companies does not work, but only when a percentage of the exceeding of the maximum speed is determined in advance. By changing the control spring tension, this controller can also work as a normal speed controller, which monitors the speed and load of the steam engine. In this case it is possible to use it for recovery the dynamo power machine group serving the waste heat also as an independent power machine set to operate if parallel operation with a network is impossible at the given point in time. However, it is in In this latter case, as a rule, it is no longer possible to use the entire waste heat source regain available energy.

Claims

Patent claims:

1. Control device for alternator groups Driving heat engines, in particular steam or gas turbines, the propellant of which is a their size comes from a variable or intermittent waste heat source, characterized in that the heat engine in normal operation unhindered and without control organs the propellant is supplied, the speed of rotation being increased in a manner known per se Frequency of the alternating current network is set with which the prime mover group works in parallel, while the waste heat engine through the AC machine working as a motor is taken empty when the propellant supply to the waste heat engine stops.

2. Device according to claim 1, characterized in that the waste heat engine is preceded by a control valve (e) which cuts off the propellant supply when the pressure of the inflowing propellant falls below a specified minimum limit.

1 sheet of drawings.