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Dampfkraftanlage Bei DampfkraftarIlagen mit Abdampfverwertung bildet
es eine gewisse Schwierigkeit, die Mengen des anfallendenAbdampfes entsprechend
der augenblicklichen Maschinenleistung mit dem Bedarf an - Abdanipf ins Gleichgewicht
zu bringen, insbesondere dann, wenn eine der beiden Größen - starken Schwankungen
unterworfen ist. Abhilfe wird meist geschaffen durch Speicherung oder Kondensation
des Abdampfüberschusses, während Dampfmangel durch Zusatz von Frischdampf befriedigt
werden kann. Dabei regelte man den Wasserzufluß zum Speicher in Abhängigkeit von
der Menge des Überschußdampfes und die Dampfzufuhr zum Speicher in Abhängigkeit
vom Zustand des Speicherinhalts. Es ist auch vorgeschlagen worden, Frischdampf,
ferner zwischen der Hoch- und Niederdruckstufe der Dampfmaschine entnommenen Zwischendampf
und Abdampfkondensat in eiiier Mischvorrichtung zu mischen und den hierbei erzeugten
Dampf den Dampfverbrauchern und das nicht verdampfte Heißwasser dem Dampfkessel
zuzuführen. Die Regelung dieser Einrichtung erfolgt in Ab-
hängigkeit vom
Druck des in der Mischvorrichtung erzeugten Verbrauchsdampfes- in der Weise, daß
- letzterer um so mehr Frisch- und Zwischendampf zugeführt wird,
je größer der Verbrauchsdampfbedarf ist. Der Frischdampfzustand bleibt hierbei
unverändert. - Es ändert -sich lediglich die Frischdampfmenge. Diese Anlagen
sind aber wegen der zusätzlichen Einrichtungen, - Speicher, Mischvorrichtungen,
Dampf- und Wasserabscheider, teuer und weisen großen Platzbedarf auf.
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Eine andere Dampfkraftanlage mit Abdampfverwertung hält eine bestimmte
Abdampftemperatur dadurch aufrecht, daß einerseits die Frischdampfzufuhr zur Kraftmaschine
in Ab-
hängigkeit von der Abdampftemperatur gedrosseli wird, andererseits
aus einem besonderen Dampferzeuger Sattdampf in das Abdampfnetz geschickt wird.
Abgesehen davon, daß hier eine besondere Sattdai#ipferzeugungsanlage erforderlich
ist, kann die Anlage nur dann einwandfrei arbeiten, wenn eine zweite Dampfmaschine
vorgesehen ist, welche die durch die Frischdampfdrosselung der ersten Maschine hervorgerufenen
Lei.stungsschwankungen ausgleicht. Dabei kann diese Maschine nicht'an das Abdampfnetz
angeschlossen werden, so daß ihre AbdarnpfWärme in einem Kondensator vernichtet
werden muß. Schließlich ist es noch bekanntgeworden, die dem Kessel zuzuführende
Speisewassermenge in Abhängigkeit von der Äbdampfinenge zu regeln. Auch bei dieser
Anlage bleibt der Frischdampfzustand gleichbleibend; es ändert sich lediglich die
Frischdampfmenge.
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Diesen bekannten Dampfkraftanlagen mit Abdampfverwertung gegenüber
sind insbesondere bei- Verwendung voil Schnelldarapferzeugern, die sich durch eine
äußerst schnelle Regelbarkeit
von Menge, Druck und Temperatur des
von ihnen gelieferten Dampfes auszeichnen, erhebliche Vorteile dadurch erzielbar,
daß gemäß der Erfindung bei einer aus einem Schnell-,#» dampferzeuger und einer
von diesem gespeisten',i: auf die jeweils benötigte Leistung geregelt6ii'# Gegendruchmaschine
die Speisewasser- und' Brennstoffzufuhr zum Dampferzeuger in Ab-
hängigkeit
von dem Dampfzustand vor und hinter der Maschine derart geregelt wird, daß der Abdainpfzustand
auch bei wechselnder Belastung der Gegendruckmaschine und wechselndem Gegendampfbedarf
gleichbleibend erhalten wird.
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Eine solche Anlage benötigt weder.Darapfspeicher noch Mischvorrichtungen,
noch Dampf-und Wasserabscheider. Sie ist in weiten Grenzen regelbar und kommt den
Regelstößen sehr anpassungsfähig nach.
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Zur Durchführung dieser selbsttätigen Regelung des Schnelldampferzeugers
und der Anlage kann zum Beispiel die in Abb. i schematisch dargestellte Einrichtung
dienen, wobei dies dem Fall entspricht, daß nur der Frischdampfdruck in Abhängigkeit
vom Gegendruck der Regelung unterliegt, und die Frischdampftemperatur in anderer
bekannter Weise gleichbleibend gehalten wird. In Abb. 3 ist ein Schaltplan
einer Wärmekraftanlage beispielsweise dargestellt, bei welcher eine derartige Regelung
vorgesehen ist.
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Eine Regelvorrichtung ist in Abb. i beispielsweise für den Fall gezeichnet,
daß der Frischdampfdruck in Abhängigkeit vom Gegendruck geändert werden soll. Sie
besteht aus zwei federbelasteten Druckkolben und einem von diesein Kolben gesteuerten
Organ in der Speisewasserleitung. Durch die Leitung i, die mit dem Zylinder
2, beweglich verbunden ist, wirkt der Abdampfdruck auf den durch die Feder
3 belasteten Kolben 4. Der Frischdarnpfdruck des Kessels wirkt durch die
Leitung 5 auf den durch die Feder 6 belasteten Kolben 7. Die
Leitung 8 ist die Speiseleitung zwischen Speisepumpe und Kessel. Der Kolben
9, der durch den Steuerschieber :io verstellt wird, dient zur Regelung der
Speisewassermenge. An Stelle der Drosseleinrichtung 36 für die Speisung kann
nicht nur eine andere Art der Beeinflussung der Speisewassermenge treten, sondern
auch jede andere Beeinflussung von Energiezufuhr, die eine Änderung des Kesseldruckes
zur Folge hat. Für den Fall, daß nicht Drücke, sondern Temperaturen beeinflußt werden
sQ]Ien, sind selbstverständlich temperaturempfindliche Organe an Stelle der Druckkolben
zu verwenden, während von der Beeinflussung der Energiezufuhr das ,oben Gesagte
sinngemäß gilt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Die Störung eines eben bestehenden
Gleichgewichtszustandes zwischen Abdampfanfall und Abdarnpfbedarf kann entstehen
a) durch Änderung der verlangten Maschinenleistung oder b) durch Änderung
des Abdampfbedarfes.
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- a.) Bei Änderung der Belastung der Kraft-#Waschine, etwa
durch größer werdenden Energiev . erbrauch im belieferten Netz, wird folgender
.kegelvorgang eingeleitet: Infolge der nunmehr .löheren Belastung der Kraftmaschine
stellt deren Drehzahlregler die Steuerung auf größere Füllung, so daß die Maschine
mehr Dampf aus dem Kessel entnimmt. Dies hat vorerst ein geringes Sinken des Frischdampfdruckes
zur Folge. Da also der Druck des Frischdainpfes im Zylinder ii auf den Kolben
7 nachläßt, wird der Kolben 7 von der Feder 6 nach abwärts
gedrückt, und der Punkt 13 des Hebels 12 bewegt sich abwärts. Da die auf
den Kolben 9 wirkenden Kräfte bis dahin noch keine Änderung erfahren haben
steht dieser Kolben still, und der Punkt `# zurn Drehpunkt des Hebels 12. Der 15
wir Punkt 14 dieses Hebels wird also auch nach abwärts bewegt. Da auch der Abdampfdruck
(Gegendruck) noch unverändert ist, bleibt der Abdampfdruckregler (Zylinder 2" Kolben
4 und Feder 3) im Gleichgewicht und kann als augenblicklich starr angesehen
werden. Demzufolge muß sich gleichzeitig mit Punkt 14 des Hebels 1:2 der mit dem
Zylinder ?, fest verbundene Steuerschieber io abwärts bewegen und die Öffnungen
der Leitungen ig und 2o in der bei Steuerschiebern üblichen Art freigeben. Das zur
Steuerung dienende Druckmittel, das durch die Leitung 16 zum Steuerschieber io zutritt,
erhält dadurch freien Weg durch die Leitung ig unter den Kolben 9, während
gleichzeitig das über dem Kolben 9 befindliche Druckmittel durch die Leitungen
2o und 17 teilweise entweichen kann. Der Kolben 9 bewegt sich demnach aufwärts
und gibt einen größeren Querschnitt der Speiseleitung 8 frei. F-irr Gleichgewichtszustand
wäre nunmehr möglich, sobald die neue Speisewassermenge dem Dampfbedarf entspricht,
wobei sich der Frischdampfdruck innerhalb der durch die Feder 6 bestimmten
Ungleichförmigkeit erniedrigt hat, so daß der Steuerschieber io durch die Wirkung
der starren Rückführung des Hebels 12. wieder in seiner Mittellage sieht. Solange
der Gegendruck sich nicht ändert, bilden sich alle Gleichgewichtszustände um den
gewissermaßen feststehenden Punkt 14 des Hebels 12 aus, da Gleichgewicht nur bei
Steuerschiebermittellage bestehen kann. Bei entgegengesetzter Belastungsänderung
spielt sich der ganze Vorgang umgekehrt ab. Die Anpassung der Kesselfeuerung
an den neuen Belastungszustand kann in bekannter Weise ebenfalls selbsttätig in
Abhängigkeit vom Frischdampfzustand erfolgen, wobei es freisteht, diese in Zusammenhang
mit der beschriebenen Regeleinrichtung oder vollkommen getrennt davon vorzunehmen.
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Als unmittelbare Folge des erhöhten Gesamtdampfverbrauches
der
Kraftmaschine infolge des unter a) beschriebenen Vorganges wird bei unverändertem
Abdampfbedarf der Gegendruck ansteigen müssen, was den nachstehend unter
b)
beschriebenen Regelvorgang auslöst.
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b) Eine Änderung des Abdampfbedarfes oder der - unter
a) beschriebene Regelvorgang haben unmittelbar eine Änderung des Gegendruckes zur
Folge, wobei die Schnelligkeit dieser Druckänderung vom Volumen des ganzen Abdampfnetzes
abhängt. Wird der Gegendruck beispielsweise als Folge des ganzen Regelvorganges
unter a) oder durch verkleinerten Abdampfbedarf erhöht, so wird auch der Druck im
Zylinder 2, der mit dem Abdampfnetz durch die Leitung i beweglich verbunden ist,
ansteigen.. Da das Gleichgewicht der Kolben 7
und 9 bei einer Änderlung
des Gegendruckes nicht gestört wird, bleiben diese beiden Kolben und damit der Hebel
12 mit dem Gelenk 14 in ihrer augenblicklichen Lage. Das Ansteigen des Druckes im
Zylinder 2 wird also eine Abwärtsbewegung des Zylinders z entgegen der Kraft der
Feder 3 bei stillstehendem Kolben 4 veranlassen, wodurch sich auch der Steuerschieber
io, der mit Zylinder 2 fest verbunden ist, nach abwärts bewegt und die Kanäle ig
Lind 2o freigibt. Das Steuerdruckmittel strömt durch die Leitungen 16 und ig unter
den Kolben 9, während es über dem Kolben durch die Leitungen' 2o und 17 teilweise
entweichen kann. Der Kolben 9 wird durch das Druckmittel nach oben gedrückt
und gibt einen nunmehr größeren Querschnitt der Speiseleitung 8 frei. Durch
geeignete Schaltung der selbsttätigen Feuerführung wird erreicht, daß das nunmehr
in größerer Menge zugeführte Speisewasser auch verdampft wird, was wieder ein Ansteigen
des Frischdampfdruckes zur Folge hat. Da die Maschinenbelastung nicht' verändert
ist, wird durch den jetzt höheren Frischdampfdruck die Kraftmaschine beschleunigt
und der Drehzahlregler der Maschine gibt kleinere Füllung, was eine weitere Drucksteigerung
nach sich zieht, während infolge Erhöhung des Frischdampfdruckes die Speisewassermenge
wieder verringert wird, wie unter a) beschrieben. Diese beiden Regelvorgänge unter
a) und b) wirken so lange, bis.sich um die Mittellage des' Steuerschiebers
io ein neuer Gleichgewichtszustand ausbildet.
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Das Kennzeichen dieses neuen Gleichgewichtszustandes iAt, daß bei
Steuerschiebermittellage wegen des nunmehr geänderten Druckes im Zylinder 2 der
Punkt 14 des Hebels i?, eine andere Lage eingenommen hat. Dieser neuen Lage des
Tunktes 14 entspricht ein neuer Hubbereich des Kolbens 7, während der Hubbereich
des Kolbens 9 durch die starre Kupplung mit dem Regelorgan 36 erhalten
bleibt. In Abb. ?, sind diese Verhältnisse angedeutet. Es entspricht dem Punkt i4!n
der Mittelwert, dem Punkt i4# der Höchstwert und dem Punkt 14!1 der Kleinstwert
des Gegendruckes; innerhalb dieser Grenzdrücke schwankt der Gegendruck bei den Regelvorgängen
(Ungleichförmigkeit), wobei dem hohen Gegendruck kleiner Abdampfbedarf und dem niedrigen
Gegendruck großer Abdampfbedarf zugeordnet ist. Aus der Abb. 2 geht hervor, daß
dem hohen Gegendruck, also niedrigem Abdampfbedarf, ein hoher Frischdampfdruckbereich
b
zugeordnet ist (Punkt i3a, 13 , 139 und großem Abdampfbedarf,
also niedrigem Gegendruck, ein niedriger Frischdampfdruckbereich (Punkt 13 d' 13ey
i3f). Da sich der Dampfverbrauch der Kraftmaschine bei gleichbleibendem Gegendruck
gegensinnig mit dem Frischdampfdruck ändert, erfolgt mit der selbsttätigen Beeinflussung
des Frischdampfdruckes gleichzeitig die selbsttätige Beeinflussung des Dampfverbrauches.
Dasselbe gilt von den Dampftemperaturen, allgemein von den Dampfzuständen.
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Es hängt von der Bemessung der Feder 6
des Kolbens
7 ab, mit welcher Ungleichförmigkeit die ganze Regelanordnung arbeiten kann,
mit welchem größten und kleinsten Dampfdruck der Schnelldampferzeuger betrieben
werden kann und in welchen Grenzen demnach der Dampfverbrauch der Maschine geändert
werden kann. Die voraussichtlichen Schwankungen von Leistungs- und Abdampfbedarf
sind dieser Bemessung zugrunde zu legen. Das Verhältnis des größten zum kleinsten
Dampfdruck kann in beliebig weiten Grenzen verwirklicht werden.
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Die Bemessung der Feder 3 des Kolbens 4 bestimmt die Grenzen,
in denen der Gegendruck schwanken darf. Im allgemeinen wird man diese Grenzen möglichst
eng ziehen. Durch Anordnung 'einer nachgiebigen Rückführung für den oder die Abdampfzustandsmelder
läßt sich erreichen, daß der Abdampfzustand völlig gleichbleibend bleibt, was in
manchen Betrieben von Bedeutung sein kann Die Längen der Kolbenstangen #er Kolben
4, 7 oder 9 oder des Steuerscbiebers io kann man verstellbar ausführen
und dadurch eine Verlagerung des Gleichgewichtszustandes während des Betriebes von
Hand oder durch Fernsteuerung ermöglichen. Es ist auch nicht nötig, die Regelstöße
wie in Abb. i: unmittelbar wirken zu lassen. Man kann ebensogut feinfühlige Zustandsmelder
und erhebliche Verstärkung verwenden. Durch Auswechseln der Federn oder durch Verändern
der Federkennlinien lassen sich. die Ungleichförmigkeitsgrade der Regelung bei Stillstand
oder während des Betriebes ändern.
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Abb. 3 zeigt beispielsweise ein Schema einer
Dampfkraftanlage
mit Abdainpfverwertung, die mit dem neuen Regelverfahren ausgestattet ist. Aus dem
Schnelldampferzeuger 21 gelangt der Frischdampf durch die Leitung 22, das Sicherheitsventil
23, das Absperrventil 7,4 und die Leitung 25 zur Dampfkraftmaschine
26, die von einem Drehzahlregler 2,7 beherrscht wird. Der Abdampf geht durch
die Leitung:z8 zu den Abdampfverbrauchern und kommt von dort als Kondensat durch
die Leitung 29 zurück-. Aus dem KondenstOPf 30 fließt das Wasser endlich
in den Speisewasserbehälter 31:. Die Speisepuinpe 32 drückt das Wasser durch
die Leitung 33, ein Überlaufventil 34, Rückschlagventil 35 und die
Drosselvorrichtung 36, die mit der Drosselklappe 36 der Abb. i wesensgleich
ist, in den Kessel 21. Das Unterwindgebläse 37 drückt die Verbrennungsluft
durch die Drosselklappe 38 und die Leitung 39 in die Feuerung. Der
Brennstoff werde durch die Brennluft selbst gefördert. Die gestrichelt gezeichneten
Linien geben in üblicher Weise die Regelzusammenhänge an. Der Druckmelder4o
entspricht dem Kolben7 und der Druckmelder 41 dem Kolben 4 in Abb. i. Der Temperaturmelder
42 möge der selbsttätigen Feuerführung dienen. Die wechselweise Verbindung und Beeinflussung
der Druckinelder 40 und 41 und der Temperaturinelder 42 und 43 mit den Regelorganen
für Speisung und Feuerung oder überhaupt Energiezufuhr kann je
nach den jeweiligen
Anforderungen des Betriebes in verschiedenster Weise vorgenommen werden. Einige
Beispiele dafür sind in den Abb. 4 bis 9 gegeben. In Abb, 4 wird der Frischdampfdruck
vom Gegendruck beeinflußt. In Abb. 5 wird die Frischdampftemperatur vom Gegendruck
beeinflußt. Die Abdampftemperatur kann nach Abb. 6 den Frischdampfdruck oder
nach Abb. 7 die Frischdampftemperatur beeinflussen. In Abb. 8 ist
der Fall dargestellt, daß der Frischdampfdruck in Abhängigkeit vom Gegendruck und
die Frischdampftemperatur in Abhängigkeit von der Abdampftemperatur geregelt werden.
In Abb. 9 schließlich sind Druck und Temperatur des Frischdampfes abhängig
gemacht nur vom Gegendruck, wobei die Regelung des Frischdampfdruckes als Grob-und
die Regelung der Frischdampftemperatur als Feinregelung ausgeführt werden kann.
In diesen angedeuteten Richtungen lassen sich noch weitere sehr zweckmäßige Abhängigkeiten
durchführen.