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Kraftanlage mit zwei getrennten Kesselanlagen Die Erfindung bezieht
sich auf Kraftanlagen mit mehreren getrennten Kesselanlagen, von denen jede Kesselanlage
eine besondere Gruppe von Maschinen speist. Die Kraftmaschinen liefern dabei Strom
für ein gemeinsames elektrisches Netz.
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Derartige Kraftanlagen dienen beispielsweise zur Versorgung einer
Stadt oder eines Industriebezirkes mit elektrischem Strom. Der Strombedarf des Netzes
weist in vielen Fällen starke Schwankungen auf. Beispielsweise zeigt der Verlauf
des Strombedarfs, insbesondere in den Wintermonaten, eine deutliche Spitze in den
frühen Morgenstunden und eine noch schärfere Spitze in den Abendstunden.
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Die Stromerzeugung wird in der Regel auf die verschiedenen Anlagen
in der Weise verteilt, daß eine Kesselanlage mit den zugehörigen Kraftmaschinen
die Grundlast deckt, während eine andere Kesselanlage mit den zugehörigen Maschinen
den Strom für die Spitzenbelastung erzeugt. Selbstverständlich können auch mehrere
Grundlast- und mehrere Spitzenanlagen vorhanden sein. Häufig sind auch die Grundlast-
und Spitzenanlagen in verschiedenen `'Werken untergebracht, wobei die Spitzenkraftwerke
meist im Innern des Stromversorgungsgebietes, die Grundlastwerke dagegen am Rande
des Verbrauchergebietes errichtet sind.
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Die Verteilung der Stromerzeugung auf die einzelnen Werke bzw. auf
die einzelnen Kesselanlagen und deren Kraftmaschinen erfolgte bisher von der Schalttafel
aus, indem die Füllung der einzelnen Kraftmaschinen von Hand nach freiem Ermessen
des Bedienungspersonals eingestellt wurde. Dieses bisher allgemein übliche Verfahren
hat aber große Nachteile. Wird nämlich bei Auftreten der Bedarfsspitze die Leistung
der Kraftmaschine gesteigert, so muß auch gleichzeitig die Dampferzeugung der zugehörigen
Kesselanlage erhöht werden, wenn nicht der Kesseldruck stark absinken soll, wodurch
die Leistung in unwirtschaftlicher Weise erzeugt würde. Da sich aber die Leistung
der Kesselanlage nicht beliebig schnell verändern läßt, so muß schon vor dem Auftreten
der Spitze die Feuerung der Kessel gesteigert oder es müssen besondere Kessel angeheizt
werden, was ungefähr eine Stunde in Anspruch nimmt. Erreicht der Dampfdruck in diesen
Kesseln die Höhe des Betriebsdruckes, bevor der große Dampfbedarf auftritt, so muß
die Feuerführung wieder vermindert werden, wenn nicht die Sicherheitsventile zu
blasen anfangen sollen.
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Die Dampfabgabe eines angeheizten Kessels beginnt ohne Veränderung
der Feuerung nicht allmählich. Vielmehr muß, um den Kessel auf Druck zu bringen,
diesem schon während der Anheizzeit eine so große Wärmemenge in der Zeiteinheit
zugeführt werden, daß, sobald beim Erreichen des Betriebsdruckes die Ventile geöffnet
werden müssen, der Kessel mit einer plötzlichen starken Dampferzeugung einsetzt,
wenn nicht die Feuerführung rechtzeitig gedämpft und dann abermals beim weiteren
Steigen der Spitze allmählich erhöht wird. Kennzeichnend für diese Art der Lastverteilung
ist also, daß
durch einen Handgriff an der Schalttafel des Maschinenhauses
eine erhebliche Belastungsänderung der Maschinen eingestellt werden kann, während
die außerordentlich schwer veränderliche Dampferzeugung der Kesselanlage dieser
Belastungsänderung unter großen Schwierigkeiten angepaßt werden muß.
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Diese Schwierigkeiten fallen ganz besonders ins Gewicht bei neuzeitlichen
Kraftwerken, in denen die Kesselanlage für hohen Druck und hohe Überhitzung gebaut
ist. Während bei mit geringerem Druck arbeitenden Anlagen die Kessel noch zumeist
größere Wasserräume besitzen, deren Speicherfähigkeit die Heftigkeit der Druckschwankungen
mildert, sind die modernen Hochdruckkessel wegen ihrer kleinen Wasserräume gegen
solche Belastungsänderungen außerordentlich empfindlich. Man wird deshalb den Werken
mit solchen Kesselanlagen nach Möglichkeit die Erzeugung der Grundlast zuweisen
und den Rest des Kraftbedarfes in anderen Werken erzeugen, die durch ihre Betriebsmittel
besser zur Anpassung an die starken Schwankungen geeignet sind. Aber selbst wenn
man die neuzeitlichen Werke dazu benutzt, nur die Grundlast zu erzeugen, so werden
doch an jedem Tage "einige größere Veränderungen der Krafterzeugung erforderlich
sein, beispielsweise eine starke Senkung beim Beginn der Nachtlast. Geschehen diese
Veränderungen in der beschriebenen Weise dadurch, daß zunächst die Füllung der Maschinen
verändert wird, so treten die erwähnten Schwierigkeiten in vollem Maße auf, obgleich
es sich nur um die Deckung der Grundlast handelt.
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Diese Schwierigkeiten werden gemäß vorliegender Erfindung dadurch
behoben, daß der Kraftanteil der Grundlastmaschinen durch die Grundlastkessel bestimmt
wird mit Hilfe eines vom Druck oder der Temperatur der Grundlastkessel gesteuerten
Überströmventils, durch das die Dampfzufuhr zu den Grundlastmaschinen der jeweiligen
Dampferzeugung der Grundlastkessel angepaßt wird. Die Spitzenkessel werden unabhängig
von den Grundlastkesseln betrieben, und die Dampfzufuhr zu den Spitzenmaschinen,
die alle oder nur zum Teil Dampf aus dem Wärmespeicher erhalten, wird entsprechend
dem von den Grundlastmaschinen nicht gedeckten Teil der Gesamtbelastung durch Geschwindigkeitsregler
geregelt.
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Die Veränderung der Lastverteilung wird also im Gegensatz zu der bisherigen
Betriebsweise einfach durch Änderung der Feuerführung der Grundlastkessel durchgeführt.
Wollte man in einem Kraftwerk, dessen Turbinen in normaler Weise durch von Hand
verstellbare Geschwindigkeitsregler gesteuert sind, die Lastübernahme durch die
Veränderung der Feuerführung bestimmen, so wären starke Druckschwankungen unvermeidlich.
Durch die Anordnung der vom Kesseldruck gesteuerten Überströmventile in der Frischdampfzuleitung
zu den Maschinen wird es möglich, die Lastübernahme durch das Kesselhaus, dem am
wenigsten anpassungsfähigen Teil der Kraftanlage, zu bestimmen, während die Leistung
der Maschinen automatisch der Dampferzeugung angepaßt wird.
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Außer dem beschriebenen Druckregler wird zweckmäßigerweise vor der
Maschine ein Geschwindigkeitsgrenzregler angeordnet, der bei steigender Umdrehungszahl
der Maschine schließt. Dieser Regler greift jedoch nur dann ein, wenn die durch
den Überströmregler freigegebene Dampfmenge eine größere Leistung erzeugen würde,
als dem augenblicklichen Bbdarf des Netzes entspricht. Eine weitgehende Erleichterung
des Betriebes solcher Kraftanlagen wird durch den Einbau von Wärmespeicrern erzielt.
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Ist im Grundlastwerk ein Gleichdruckspeicher eingebaut, so soll die
Ladung dieses Speichers erfolgen, wenn die Leistungserzeugung der Grundlastmaschinen
vom Geschwindigkeitsregler begrenzt wird oder wenn die Dampferzeugung der Kessel
die Schluckfähigkeit der im Betrieb befindlichen Maschinen übersteigt. Zu diesem
Zweck wird die Zufuhr des Dampfes zum Speicher oder aber die Zufuhr des kalten Wassers
zum Niederschlagen des Dampfes eben-: falls vom Kesseldruck geregelt. Geschieht
die ' Lastverteilung in der erfindungsgemäßen Weise mit Hilfe eines Überströmventils,
so werden die vom Kesseldruck beeinflußten Regler so eingestellt, daß das Niederschlagen
des Dampfes bei steigendem Kesseldruck beginnt, nachdem die vor den Maschinen angeordneten
Überströmventile ganz geöffnet haben.
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Sind in den angeschlossenen Kraftwerken mehrere Turbinen vorhanden,
so können diese entweder parallel betrieben werden, oder aber es kann durch eine
Einstellung der Überströmregler auf verschiedene Druckgrenzen bzw. der Geschwindigkeitsregler
auf verschiedene Drehzahlen eine bestimmte Lastverteilung auf die einzelnen Turbinen
erzielt werden, beispielsweise in dem Sinne, daß die In- und Außerbetriebnahme nach
Maßgabe des Gütegrades der Maschinen erfolgt. Sollte es sich als zweckmäßig erweisen,
daß während der Nachtlast eine oder mehrere der Grundlastturbinen stillgesetzt werden,
so ist das auch bei der vorliegenden Erfindung durch Absperren der Dampfzufuhr zu
den betreffenden Maschinen ohne weiteres möglich. Die Überströmregler verteilen
dann ohne jede besondere Einstellung die Last auf die anderen noch in Betrieb befindlichen
Maschinen.
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Als Beispiel einer gemäß der Erfindung geregelten Anlage ist in Abb.
z eine Kraftanlage dargestellt, die aus einem Grundlastwerk und einem Spitzenkraftwerk
besteht, welche auf ein gemeinsames Netz wirken.
Die Kesselanlage
K1 des Grundlastwerkes wird durch die Pumpe P entweder kalt über das vom Wasserstand
geregelte Ventil W aus dem Kondensatbehälter C oder heiß über das vom Druck der
Frischdampfleitung F1 gesteuerte Ventil H aus dem Speisewasserspeicher S1 gespeist,
der dampfseitig mit der Leitung F1 verbunden ist. Die Wasserzufuhr zum Speicher
S1 geschieht mit Hilfe der Pumpe P' aus dem Kondensatbehälter C und wird durch ein
vom Kesseldruck beeinflußtes Ventil R geregelt. An die Frischdampfleitung F1 ist
außerdem eine durch das vom Kesseldruck gesteuerte Überströmventil V1 und den Geschwindigkeitsregler
Z1 gesteuerte Turbine T1 angeschlossen, deren Kondensat dem Behälter C zufließt
und die einen Generator G1 betreibt.
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Der in der Kesselanlage K2 des Spitzenkraftwerkes erzeugte Dampf strömt
durch die Frischdampfleitung F2 entweder der vom Geschwindigkeitsregler Z2 gesteuerten
Turbine T2 zu, die den Generator G2 betreibt, oder er wird durch das vom Druck der
Leitung F2 beeinflußte Überströmventil V2 nach demRuthsspeicherS2 abgeführt. An
den Speicher S2 ist eine vom Geschwindigkeitsregler Z,s gesteuerte Turbine T, mit
Generator G, angeschlossen. Die Generatoren GS, G1 und G2 sind durch das Netz N
elektrisch gekuppelt.
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Die Reihenfolge des Eingreifens der einzelnen Steuerorgane ist in
der Abb. 2 und 3 dargestellt. Abb. 2 zeigt, daß bei steigendem Druck der Kesselanlage
K1 zunächst V, öffnet, dann H schließt und zuletzt R öffnet. Abb. 3 zeigt, daß bei
steigender Umdrehungszahl die Geschwindigkeitsregler in der Reihenfolge ZS, Z2,
Z1 schließen, Die Arbeitsweise der beschriebenen Anlage ist an dem in Abb. 4. wiedergegebenen
Belastungsdiagramm veranschaulicht.
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Der Linienzug i stellt den Verlauf der ßer lasteng in Kilogramm Dampf
pro Stunde dar. Die Gerade a ist die Begrenzung der Leistung, welche vom Grundlastwerk
übernommen werden kann. Die über dieser Geraden liegenden Spitzen werden vom Spitzenwerk
gedeckt. Die Dampferzeugung des Grundlastwerkes geht nach dem Linienzug g vor sich,
während im Spitzenwerk die Kessel nach der Geraden > konstant gefeuert werden. Die
senkrecht schraffierten Flächen -# #wllen die Lademengen des GlescidruckspeichErs
S1 dar, während die waagerecht -srhraffiertm die Entlademengen anzeigen. In .gleicher
Weise geben die rechts- bzw. linkssehraffier-teg Flächen die Lade- bzw. Entlademengen
des Ruthsspeichers S2 wieder.
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Bis zum Zeitpunkt i erfolgt die Arbeitsleistung ausschließlich im
Grundlastwerk, wo der Geschwindigkeitsreg,Ier Z1 die Leistung begrenzt. Der überschüssig
erzeugte Dampf steigert den Druck in der Leitung F, und öffnet dadurch das Ventil
$, so daß er iw Speicher S1 niedergeschlagen wird, während gleichzeitig das Ventil
H geschlossen ist, so daß der Kessel kalt gespeist wird. Im Zeitpunkt i übersteigt
die erforderliche Leistung die durch das Überströmventil V1 eingestellte; der Kesseldruck
sinkt ein wenig, so daß zunächst R geschlossen wird, wodurch das Niederschlagen
des Dampfes aufhört. Sodann wird das Ventil H geöffnet, das den Kessel K1 mit warmem
Wasser speist, wodurch die Dampferzeugung von der Linie g bis zur Linie A-B gesteigert
wird.
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Im Zeitpunkt 2 übersteigt die erforderliche Leistung auch diese Höhe
der Dampferzeugung. Jetzt beginnt die Periodenzahl zu sinken, was zur Folge hat,
daß das Spitzenkraftwerk eingreift, in dem bisher die in der Kesselanlage K2 erzeugte
Dampfmenge bei hohem Kesseldruck und offenem Ventil V2 dem Speicher ,Sg zugeströmt
war. Durch die sinkende Umdrehungq= zahl öffnet zunächst der Geschwindigkeits= regler
Z2 die Dampfzufuhr zur Turbine T" so daß diese einen Teil der Leistung übernimmt,
während bei gleichzeitig sinkendem Kesseldruck das Ventil V, geschlossen wird, In
Abb. 4. ist das vom Spitzenwerk gedeckte Dreieck-A-B-C der Belastungsfläche über
der Geraden nochmals durch A', B', C wiedergegeben, ngn die Wirkungsweise
deutlicher zu machen, Im Zeitpunkt 3 übersteigt die .erforderliche Leistung auch
die aus dem. Frischdampf des Spitzenwerkes erzeugbare, so da.ß durch weiteres Sinken
der Umdrehungszahl auch 27s öl-not tztin Dampf aus dem Speicher S2 zum Betrieb der
Turbine T, entnimmt.
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Im Zeitpunkt q. soll nun das Grundlastwerk einen größeren Teil der
angestiegenen Belastung übernehmen. Zu diesem Zweck ist gemäß der vorliegenden Erfindung
eine gewisse Zeit vorher die Feuerführung im Grundlastwerk verstärkt werdpn, so
daß im Zeitpunkt q. eine starke Vermehrung der Dampferzeugung in der Kesselanlage
K3 eintritt, rlie den Druck in der Frischä dampfleitung F, so weit zurr Ansteigen
bringt, daß durch das öffnende Vberströmventil V1 die Turbine T, bglgs#.et wird,
wa.s seinerseits zur Folge hat, da.f3 die I'efiolepzahl steigt, im Spitzenwerk Z2
schließt und riech j ffne V2 die Ladung des Putlisspeicüers-S, fprtges.e@z4 wird.
Gleichzeitig wird im Grundlgstwerk durch den weiter ansteigendeii j#esgeldruck die
Heißspeisung des Kessels K1 durch Sciliieß% von H unterbrochen und durch Öffnen
von R xip Niederschlagen des überschüssig erzeugten B,ampks im Speicher S1 bewirkt,
so daß damit der deiche j3eiriebszustand wie vor dem Zeitpunkt j: w,ecl,eF efreiciht
ist. Weiterhin entsprechen dann den _B.etfieveripde@uxitg@n x@ 2, 3 der Reihe nach
die Vorgänge 5, ,6, 7 sau; An Stelle des Speichers S" der mit wechselnder Kalt-
und Warmspeisung arbeitet, kaue auch eine Speisewasserspeicherung Verwendung fit=
den,
bei welcher der Kessel fortlaufend mit warmem Wasser gespeist wird.