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Einrichtung zur Rückgewinnung von Überschußwärme in Dampfkraftanlagen
Bei dem sogenannten Regenerativverfahren wird Dampf, nachdem er einen Teil seines
Wärmeinhaltes als mechanische Arbeit an die Kraftmaschine abgegeben hat, zum Vorwärmen
des Speisewassers verwendet. Da die Leistung der Maschine schwankt, so sind die
bei gleichbleibender Kesselbeheizung zur Vorwärmung zur Verfügung stehenden Dampfmengen
je nach dem Belastungsgrad der Maschine verschieden groß. Um diese Dampfmenge niederzuschlagen,
wird die dem Vorwärmer zuzuführende Wassermenge nach der zur Verfügung stehenden
Dampfmenge eingeregelt. Diese Regelung wurde bisher von den Druckänderungen des
Dampfes vor seinem Eintritt in die Maschine abhängig gemacht, also von einem Faktor,
der sich erst als Folge der Änderungen in der verbrauchten Dampfmenge ergibt. Bei
der Einrichtung zur Rückgewinnung von überschußwärme in Dampfkraftanlagen, die Gegenstand
der Erfindung ist, wird dagegen der primäre Faktor, der die Entnahmemenge bestimmt,
zur Regelung herangezogen, nämlich die vom Kessel gelieferte Dampfmenge, die durch
einen Mengenmesser (Strömungsmesser) gemessen werden kann. Dieser :Mengenmesser,
der vor dem Leistungsregler der Entnahmemaschine liegt, regelt die Zufuhr des durch
ihn hindurch in die Maschine eingeströmten Überschußdampfes zu Einrichtungen, in
denen seine Wärme zurückgewonnen wird. Diese Rückgewinnungseinrichtungen brauchen
nicht unbedingt Vorwärmer zu sein. Der Mengenmesser ist dabei so ausgebildet, daß
er bei Erreichen eines oberen oder unteren Grenzwertes auf die der Dampferzeugung
dienenden Einrichtungen einwirkt.
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Die Wirkungsweise des Strömungsmessers als Regeleinrichtung für das
Regenerativverfahren gestaltet sich folgendermaßen: Der Kessel liefere z. B. io
t -Dampf, von denen die Maschine 9 t verbrauche. Zur Kesselspeisung diene eine Kreiselpumpe;
dann ist das Ventil hinter dieser Pumpe so eingestellt, daß gerade diejenige Wassermenge
hindurchgeht, die durch die zur Verfügung stehende eine Tonne Überschußdampf auf
eine bestimmte Temperatur vorgewärmt wird. jetzt steige die Leistung der Maschine
an. Es würde also mehr Dampf durch den Mengenmesser hindurchströmen, da der Geschwindigkeitsregler
der Maschine weiter öffnet. Da der Mengenmesser unabhängig von der Leistung der
Maschine arbeitet, so bedeutet seine Beeinflussung durch die erhöhte Dampfme%e dasselbe,
als wenn zuviel Dampf für Vorwärmungszwecke der Maschine entnommen würde: Er beeinflußt
also
das Regelventil hinter der Speisepumpe derart, daß weniger Wasser hindurchströmt.
Infolgedessen wird weniger Dampf der lJaschine entnommen, und das sich ergebende
Mehr steht in der Maschine als Arbeitsdampf zur Verfügung. In entsprechender Weise
verläuft der Vorgang, wenn die Maschine weniger Dampf verbraucht.
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Die Verwendung des Strömungsmessers in der angegebenen Weise hat den
Vorteil, daß die Regelung kleinen Schwankungen sehr elastisch nachkommen kann. Nun
kann es jedoch vorkommen, daß plötzlich größere Schwankungen auftreten, die sich
durch eine Steuerung der Speiseeinrichtung nicht ausgleichen lassen, weil die hierzu
vorhandenen Einrichtungen nicht genügen. Erfindungsgemäß soll deshalb der als Impulsgeber
dienende Mengenmesser bei Erreichen eines oberen bzw. unteren Grenzwertes gleichzeitig
auf die der Dampferzeugung dienenden Einrichtungen einwirken, d. h. bei stark erhöhtem
Dampfverbrauch wird :die zugeführte Brennstoffmenge und der Zug sowie die Kesselspeisung
verstärkt, bei stark absinkender Belastung dagegen vermindert. In diesem Falle besorgt
der Mengenmesser außer der Feinregelung also auch noch eine Grobschaltung der Dampfanlage.
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Es kann nun vorkommen, daß der Betrieb der Kraftmaschine langandauernde
große Belastungsschwankungen ergibt. Es sei angenommen, daß die Grundlast sich um
die Hälfte erhöht und .daß bei der neuen Grundlast Schwankungen bis zur Größe dieses
Betrages auftreten können. Ohne besondere Vorkehrungen würde bei erhöhtem Verbrauch
der Maschine die Entnahmemenge dauernd abgeschaltet bleiben; denn von seinem Grenzwert
an schließt der Strömungsmesser das die Vorwärmung regelnde Ventil in der Kaltwasserleitung.
Da jedoch, wie gesagt, innerhalb des neu angestellten Bereiches ebenfalls zeitweilig
Überschußdampfmengen zur Verfügung stehen, so würden diese nicht ausgenutzt werden
können, wenn man lediglich die beschriebene Einrichtung verwendet. Um auch in diesem
Falle das Regenerativverfahren durchführen zu können, wird bei Änderung der Strömungsverhältnisse
in der durch den Ströniun gsmesser überwachten Leitung nach überschreiten der Grenzimpu.lswerte
der Impulsbereich des Mengenmessers auf diese veränderten Strömungsverhältnisse
umgestellt.
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Liegen zwei Netze verschiedenen Druckes vor, von denen das Netz niederen
Druckes aus dem Netz höheren Druckes gespeist wird, so kann in dem Netz höheren
Druckes gemäß der Erfindung ein zweiter Mengenmesser vorgesehen sein, der den Innpulsbereich
des Mengenmessers im Netz niederen Druckes, nachdem dieser den oberen bzw. den unteren
Wert seines Impulsbereiches erreicht hat, auf die durch Beeinflussung der Dampferzeugung
(Speisung, Feuerung) auftretenden veränderten Strömungsverhältnisse im Niederdrucknetz
einstellt. Die Einrichtung kann beispielsweise so getroffen sein, daß der Mengenmesser
im Niederdrucknetz nicht unmittelbar auf die Regeleinrichtung einwirkt, sondern
über ein Gestänge, dessen Hebelübersetzungen durch den Mengenmesser im Hochdrucknetz
j e nach dem eingeschalteten Belastungsbereich verändert wird.
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In der Abb. i ist schematisch die Regeleinrichtung in ihren Zusammenhängen
mit den verschiedenen Teilen der Kraftlage dargestellt. Ein Kessel i mit dem überhitzer
2 speist ein Netz 3, an das eine Vorschaltmasch,ine 4. angeschlossen ist. Die Maschine
arbeitet als Gegendruckmaschine auf ein Netz 5. Sie wird durch ein Ventil 6 gesteuert,
das in Abhängigkeit vom Druck in der Leitung 5 verstellt wird, wie es die Linie
7 andeutet. 8 ist eine Niederdruckleitung, die aus einer Leitung 5 über eine Maschine
9 und einem Zwischenüberhitzer 1o gespeist wird. An die Leitung 8 endlich. ist die
Maschine i i mit der zum Kondensator 13 führenden Leitung 14 und den beiden Entnahmeleitungen
15 und 16 angeschlossen. Die Maschine i i ist mit einem Geschwindigkeitsregler 17
versehen. Eine Pumpe 18 entnimmt einem Speisewasserbehälter i9 das Kondensat und
führt es einem Kondensatkühler.2o zu. Durch. die Leitung 21 wird das Speisewasser
über ein Regelventil 22 in die Vorwärmer 23, 24 und 25 gedrückt und schließlich
durch eine Pumpe 26 über ein Regelventil 27 in den Kessel i gespeist. Das Kondensat
aus dem Ob:erflächenvorwärmer 24 fließt durch die Leitung 28 in den Vorwärmer 23
und dessen Kondensat durch eine Leitung 29 in den Kondensatkühler 2o, wo es durch
das aus dem Behälter ig kommende Kondensat erwärmt wird und aus dem es durch die
Leitung 30 zur Pumpe 18 fließt. Der Vorwärmen 25 ist ein offener Vorwärmer,
in dein das Wasser in Dampf eingespritzt wird, der durch :die Leitung 31 aus der
Leitung 8 entnommen wird.
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In die Leitung 8 ist der Strömungsmesser 32 eingebaut, der als Impulsgeber
auf das Ventil 2:2 einwirkt, wie es durch die Linie 33 angedeutet und bereits beschrieben
worden ist. Werden die Grenzimpulswerte dieses Strömungsmessers erreicht, so wird
außer dem Ventil 2-2 auch noch das Regelventil27, die Feuerung 34, der Zug 3-5 sowie
das Ventil 36 vor der Maschine 9 entsprechend denn geänderten Dampfbedarf verstellt.
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In der Leitung 5 vor der Maschine 9 ist ein
weiterer
Strömungsmesser 37 eingebaut, der die Impulsgrenzen des Strömungsmessers 32 verändert.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung sei an Hand der Schaubilder nach
Abb. 2 und 3 erläutert.
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In Abb. r ist der Verbrauch an Arbeitsdampf durch waagerechte, der
zur Verfügung stehende Überschußdampf durch senkrechte Schraffur dargestellt. I,
II und III bedeuten die verschiedenen vom Kessel gelieferten Dampfmengen, die sich
aus der Grobverstellung bei Erreichen der Grenzimpulswerte des Strömungsmessers
32 ergeben. In dem Schaubild nach Abb. 2 ist der Dampfbedarf über der Zeit, bei
dein Schaubild nach Abb.3 die Öffnung des Ventiles 22 über der Zeit aufgetragen.
Im Punkte i laufe die Maschine an. Der Anlauf dauere bis zum Punkte 2. Dann ist
das Ventil 22 zunächst offen und schließt immer mehr, bis es den Punkt 2 erreicht
hat. Vom Punkt 2 bis zum Punkt 3 ist die Belastung der Maschine annähernd gleich.
Es sind auf diesem Teil kleine Belastungsschwankungen eingezeichnet, die jedoch
im weiteren Verlauf der Schaulinie weggelassen sind. Im Punkt 3 beginnt die Maschinenleistung
zu steigen; infolgedessen wird das Ventil 22 immer mehr geschlossen, bis es den
Punkt 4 vollkommen abschließt. In Punkt 4 wird aber auch der Grenzimpuls des Strömungsmessers
32 erreicht und deshalb die Dampferzeugung auf den Wert I1 eingestellt. Infolgedessen
wächst die durch den Strömungsmesser 37 in der Leitung 5 fließende Dampfmenge, und
dieser verstellt den Regelbereich des Ströinungsinessers 32. und zwar so, daß das
Ventil 22 wieder voll geöffnet wird. Da aber die jetzt vor der Maschine i i zur
Verfügung stehende Dampfmenge größer ist, als ihrer Le(istung ;entspricht, so schließt
der weiterarbeitende Ströinungsinesser 32 das Ventil 22, bis der Punkt 5 erreicht
ist. Die Belastung bleibt bis zum Punkt 6 gleich, d. h. es tritt keine Verstellung
des Ventils 22 ein. Im Punkt 6 beginnt die Leistung der Maschine zu sinken bis zum
Punkt 7. In diesem war das Ventil zunächst vollkommen offen. Da jedoch durch den
Grenzimpuls die Kessellieferung wieder auf den Wert I eingestellt wird, so tritt
die Korrektur des Impulsbereiches des Strömungsmessers 32 durch den Strömungsmesser
37 wieder in Tätigkeit, d. h. das Ventil 22 wird geschlossen und öffnet wieder bis
zum Punkte 8, in dem die für die Maschine gebrauchte Dampfmenge eingestellt ist.
Auf dem Wege von Punkt i1 über Punkt 12 nach Punkt 13 ist dann noch der Fall
dargestellt, daß die Dampflieferung des Kessels durch den Grenzimpuls des Strömungsmessers
32 auf den Wert III eingestellt worden sei, Die Zahlen der Schaulinie nach Abb.
3 entsprechen der nach Abb.2. In Wirklichkeit wird naturgemäß infolge der Trägheit
der gesamten Anlage die Regelung nicht nach den dargestellten geraden Linien verlaufen,
doch ändert dies nichts am Wesen der Erfindung.
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Die Größe des Ausschlages des Mengenmessers ist abhängig vom Gewicht
und vom spezifischen Volumen des durchströmenden Dampfes. Schon bei kleinen Änderungen
des Dampfverbrauches können deshalb große Impulsausschläge am Mengenmesser auftreten.
Um diese abzudämpfen, wird erfindungsgemäß parallel zur Leitung 8 ein Pufferglied
38 eingeschaltet, das entweder ein reiner Dampfspeicher oder ein Flüssigkeitsspeicher
sein kann. Es kann auch der Vorwärmer 25 mit dem Pufferorgan 38 vereinigt sein.
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Bei der eben beschriebenen Anlage ist zur Korrektur des Impulsbereiches
des Ströintingsinessers 32 ein zweiter Strömungsmesser 37 vorgesehen. Dieser ist
nicht für alle Fälle erforderlich, sondern der Strömungsmesser 32 kann derart ausgebildet
sein, daß er gleichzeitig mehrere Regelbereiche vereinigt. Das läßt sich beispielsweise
dadurch erreichen, daß man an den Strömungsmesser mit Quecksilber gefüllte Rohre
anschließt. Mit Hilfe der Quecksilberbewegung kann man dann Kontakte schließen,
die den Regelbereich (I, 11, HI) umschalten.