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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung von Fördereinrichtungen für
Betriebsmittel von Feuerungsanlagen Der Sollwert und der Zustandswert von Betriebsgrößen
einer Feuerungsanlage werden durch selbsttätige Regler den jeweiligen Betriebsverhältnissen
entsprechend aufeinander abgestimmt. Der Verlauf der Regelung wird dabei im wesentlichen
durch die Empfindlichkeit und den LTngleichförmigkeitsgrad des Reglers sowie durch
das Speichervermögen der geregelten Anlage oder einzelner Teile derselben beeinflußt.
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Außer diesen Größen haben bei Feuerungsanlagen mit selbsttätiger Regelung
von Fördereinrichtungen für Betriebsmittel die Anlaufzeiten der eingeregelten Betriebsmittel
einen wesentlichen Einfluß auf den Verlauf des Regelvorganges. Der Regelvorgang
wird durch die Anlaufzeiten ungünstig beeinflußt und wird unstabil, sofern kein
ausreichendes Speichervermögen der geregelten Anlage entgegensteht. Das letztere
ist aber nicht immer der Fall. Mit der fortschreitenden Entwicklung der Technik
ist in manchen Fällen sogar das Speichervermögen noch vermindert worden. So ist
man z. B. im Dampfkesselbau dazu übergegangen, den Kesselwasserraum auf ein Mindestmaß
herabzusetzen, womit naturgemäß auch eine Verringerung des Wärmespeichervermögens
der Kesselanlage verbunden ist. Andererseits ergeben sich bei Kohlenstaubkesseln
mit dem Übergang auf Einzelmühlen vergrößerte Anlaufzeiten in der Brennstoffzufuhr.
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Diesem Verhältnis zwischen der Anlaufzeit des gesteuerten Mittels
und dem Speichervermögen der geregelten Anlage trägt der Erfindungsgegenstand Rechnung.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung
von Fördereinrichtungen für Betriebsmittel von Feuerungsanlagen, insbesondere von
Dampfkesselfeuerungsanlagen, bei denen die durch die Steuerimpulse hervorgerufenen
Zufuhränderungen der Betriebsmittel infolge der Anlaufzeiten der letzteren verzögert
wirksam werden, was bei Regelvorgängen Abweichungen der wirksamen Regelimpulse von
ihren eigentlichen Sollwerten zur Folge hat.
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Gemäß der Erfindung ist zusätzlich eine in Abhängigkeit von einer
Betriebsgröße der Anlage selbsttätig arbeitende Steuereinrichtung vorgesehen, welche
die Abweichungen, die die Regelimpulse infolge der Anlaufzeiten der Betriebsmittel
von ihren eigentlichen Sollwerten aufweisen, ganz oder teilweise ausgleicht, indem
sie bei einem Regelvorgang eine der Kräfte, die als Gegenkraft zu der Hauptregelimpulskraft
in entgegengesetztem Sinne auf die Hauptregeleinrichtung einwirken,
z.
B. die die Hauptregeleinrichtung beeinflussende Rückführkraft, ändert oder indem
sie die Einwirkung einer solchen Gegenkraft auf die Hauptregeleinrichtung z. B.
durch Verstellen des übersetzungsverhältnisses von Hauptregelimpulskraft zur Gegen=
kraft ändert.
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Es ist bekannt, bei Feuerungsanlagen den Brennstoff in Abhängigkeit
von der Temperatur am Rostende zu steuern, wobei als Impulsgröße die Temperatur
des Wassers im Kühlbalken verwendet wird. Auch hierbei kommt eine zusätzliche Regeleinrichtung
.zur Anwendung, die dazu dient, den Feuerungsrost vorzeitig abzuschalten, um so
die Einflüsse zu beheben, die durch die Trägheit der Meßeinrichtung entstehen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Dabei geben die Abb. i und 2 Diagramme wieder zur Veranschaulichung
der Regelvorgänge bei der selbsttätigen Einregelung von Dampfkesselfeuerungsanlagen,
während die Abb.3 und ,4 je eine selbsttätig arbeitende Regeleinrichtung für Dainpfkesselfeuerungsanlagen
schematisch wiedergeben.
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Bei bekannten selbsttätigen Feuerungsreglern wird das Hauptsteuerwerk
durch den statischen Druck in der Dampfsammelleitung beeinflußt. Als Regelmeßwert
ist aber bei Regelvorgängen nicht der Dämpfdruck, sondern der Druckunterschied gegenüber
dein Sollwert wirksam. Dieser auf das Hauptsteuerwerk einwirkende Druckunterschied
wächst bei steigender Belastung der Anlage in quadratischer Charakteristik mit der
Belastung. Der Hauptregler weist einen Ungleichförmigkeitsgrad auf, der gleich ist
dem Druckunterschied zwischen dein gleichzuhaltenden Druck und dem Druck an der
Regeldruckentnahmestelle bei größtem Reglerhub.
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Der Einfluß des Ungleichförinigkeitsgrades des Reglers bei Regelvorgängen
geht aus der Abb. i hervor.
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In dieser Abbildung ist oben schematisch eine Danipfkesselanlage dargestellt,
bestehend aus einer Kesseltrommel, einem Überhitzer und einer Dampfleitung mit Absperrventilen.
Bei IV ist die Regeldruckentnahinestelle angenommen.
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Es stellen jeweils dar: die oberen strichpunktierten Linien den Solldruck
bei einer Dampfmenge gleich Null, die stark ausgezogenen Linien den Verlauf des
Dampfdruckes in der Anlage bei Vollast, die kleingestrichelten Linien den Verlauf
des Dampfdruckes bei einer Belastungssteigerung auf Vbllast, falls eine auf den
Hauptregler einwirkende Ausgleichsvorrichtung nicht vorhanden ist, die gestrichelten
Linien mit größeren Teilstrichen den entsprechenden Verlauf des Dampfdruckes bei
Vorhandensein einer Ausgleichseinrichtung.
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Ferner bedeuten: :. g den Gleichdruckpunkt der Anlage, -..,: pl, p2,
p3 Drücke an der Regelimpulsent-`@ahmestelle bei einer Dampfentnahme gleich Null,
bei Vollast und bei Beginn der Einregelung der Anlage auf Vollast, öl den
Ungleichförmigkeitsgrad des Reglers gleich dein Druckabfall zwischen dein Gleichdruckpunkt
und der Regeldruckentnahmestelle bei Vollast, bal den Druckabfall zwischen Kessel
und Regeldruckentnahmestelle bei Vollast und ba,' den wirksamen Druckabfall zwischen
Kessel und Regeldruckentnahmestelle gleich nach einer Belastungssteigerung auf Vollast,
falls eine Ausgleichsvorrichtung nicht vorhanden ist.
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In der Darstellung a ist ein Betriebszustand dargestellt, bei welchem
der Ungleichförinigkeitsgrad öl des Reglers gleich groß ist wie der auf den
Regler bei Vollast einwirkende Druckunterschiedbal zwischen den Drücken im Kessel
und an der Regeldruckentnahinestelle. Die Gerade g, p. stellt den Vevlauf des Dampfdruckabfalles
vom Kessel bis zur Regeldruckentnahmestelle IV bei Vollast dar. Der Schnittpunkt
dieser Geraden mit der horizontalen Solldrucklinie g, p1 liegt im Kessel und bezeichnet
die Stelle, an der der Dampfdruck bei allen Belastungen Bleichbleiben soll. Dieser
sog. Gleichdruckpunkt g liegt in diesem Falle im Kessel selbst (Linie II). Dann
ist die Speicherfähigkeit des Kessels ausgeschaltet, weil der Solldruck im Kessel
schon bei einem geringeren als dein der Volllast entsprechenden Druckabfall bal
an der Impulsstelle IV entsteht.
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Bei der Darstellung b ist der Druckunterschied bal zwischen den Drücken
im Kessel und an der Regeldruckentnahmestelle IV bei Vollast größer als der Ungleichförmigkeitsgrad
bi (Druckabfall zwischen Gleichdruckpunkt und Regeldruckentnahinestelle bei
Volllast) des Reglers. Der Gleichdruckpunkt g befindet sich in der Hauptdampfleitung
(Linie III) ; dieses führt zu einem Überregeln des Kessels.
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Bei der Darstellung c ist der Ungleichförinigkeitsgrad öl des Reglers
größer als der wirksame Druckabfall bccl bei Vollast. Der Gleichdruckpunkt g wandert
über den Kessel hinaus (Linie I), und beim Übergang von Nullast auf Vollast sinkt
der Kesseldruck, wobei ein Teil des gesteigerten Wärmebedarfes aus dem speichernden
Wasserraum geliefert wird.
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In den Darstellungen ist ein Betriebszustand nach erfolgter Laststeigerung
auf Volllast
wiedergegeben. Vor derselben ist das wirksame Druckgefälle
kleiner als das Druckgefälle bccl bei Vollast. Der Dampfdruck an der Regeldruckentnahmestelle
liegt zwischen den Werten p1 und P.,. Wenn dann bei einer Belastungssteigerung auf
Vollast selbsttätig die Brennstoffzufuhr erhöht -wird, wird durch den Einfluß einer
längeren Anlaufzeit des Brennstoffes ein Absinken des Regeldruckes auf den Wert
p3 und des Druckes im Gleichdruckpunkt (zu vgl. g') eintreten. Der auf den Regler
einwirkende Druckunterschied -wird entsprechend ansteigen, weil am Regler dein statischen
Leitungsdruck zwecks Innehaltung eines konstanten Solldruckes eine gleichbleibende
Kraft (Gewicht) entgegenwirkt. Der hierdurch bedingte, mit der Drucksenkung wachsende
wirksame Druckunterschied täuscht einen Betriebsfall noch höherer Belastungssteigerung
vor, und der Regler -wird eine Kohlenmenge aussteuern, die dein nunmehr -wirksamen
Druckabfall aa' entspricht (hinsichtlich des zugehörigen Dampfdruckverlaufes zu
vgl. die gestrichelt gezeichneten Verbindungslinien des Gleichdruckpunktes g mit
p3 in den Darstellungen a., b
und c), wobei p3 den Wert darstellt, auf den
der Dampfdruck an der Druckentnahrnestelle IV infolge der durch die Anlaufzeiten
der geänderten Brennstoffmenge verzögerten Regelwirkung gefallen ist. Die so Übersteuerte
Kohlenmenge wird z. B. erst nach 6 :Minuten wirksam, wenn diese Zeit die Kohlenanlaufzeit
darstellt. Durch das Übersteuern in der ersten Periode wird nach Ablauf der Kohlenanlaufzeit
ein entgegengesetzter Regelvorgang ausgelöst und infolge des zu erwartenden zu großen
Druckanstieges die Kohlenmenge über den Sollwert hinaus verringert. Der Verlauf
des Regelvorganges entspricht einem Schwingungsvorgang mit großer Amplitude.
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Ein Übersteuern kann offenbar vermieden werden, wenn man bei einem
Regelvorgang den auf den Hauptregler einwirkenden Steuerdruck durch Beeinflussung
der dem aus der Dampfleitung entnommenen Regeldruck an der Regeleinrichtung entgegenwirkenden
Kräfte derart berichtigt, daß der Regelimpuls in Höhe seines Sollwertes auf die
Regeleinrichtung einwirkt. Die Größenordnung dieser Berichtigung ist durch den Wert
h = ba' -bai gegeben. Es wird dann der Druckabfall ba@ = bal wirksam bleiben, welcher
bei dem jeweiligen tatsächlichen Belastungszustande, im vorliegenden Falle bei Vollast,
herrschen soll. Der wirksame Dampfdruck wird dann in übereinstiminung mit dem Dampfdruck
in der Anlage vorübergehend nach der durch die Punkte g', p3 gelegten gestrichelten
Linie verlaufen. Betrachtet man in den dargestellten Fällen den Druckverlauf unter
dem Einfluß langer :#,nlaufzeiten, so sieht inan, daß der Einfluß langer Anlaufzeiten
ausgeschaltet werden kann, wenn die durch diese im Gleichdruckpunkt bedingten Druckänderungen
auf den Hauptregler einwirken, und zwar derart, daß verhältnisgleich hierzu bei
einer Belastungsänderung der auf den FIauptregler einwirkende Regeldruck geändert
wird. Die Strecke k in der Abb. i - a, b, c - stellt die Druckabsenkung
dar, die in i vorliegenden Fall als Meßgröße für den Ausgleich dienen muß.
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In der Abb. 2 ist der zeitliche Verlauf eines Regelvorganges bei der
Belastungssteigerung einer Kesselanlage nach der Darstellung c der Abb. i unter
Berücksichtigung der Speicherzeit der Anlage und einer etwa doppelt so langen Kohlenanlaufzeit
dargestellt. In der Abbildung bedeuten S die Speicherzeit der Anlage, Z die Zulaufzeit
der lZohle, b3 den wirksamen Druckunterschied, i den Zeitpunkt des Beginns der Druckänderung
bei der Belastungssteigerung, 2 den Zeitpunkt des Ablaufs der Speicherzeit S, 3
den Schnittpunkt zweier Kurven.
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Wie die Abbildung zeigt, wird bei einer plötzlichen Belastungssteigerung
das wirksame Druckgefälle ba größer. Während der Speicherzeit S behält der vergrößerte
Druckunterschied ha seinen neuen Wert im wesentlichen bei, um nach Ablauf der SpeicherzeitS,
falls eine Ausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung nicht vorhanden ist, weiter
zu steigen, wie die gestrichelte Linie andeutet. Wenn die vergrößerte Kohlenmenge
wirksam geworden ist, wird das -wirksame Druckgefälle bis unter seinen Sollwert
fallen. Diesen Verlauf des -wirksamen Druckgefälles zeigt die gestrichelte Linie
zwischen den Punkten -- und 3 an.
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Die voll ausgezogene Kurvenlinie zeigt den Verlauf des wirksamen Druckunterschiedes
beim Vorhandensein einer Ausgleichsvorrichtung am Regler, die nach Ablauf der Speicherzeit
S den Druckunterschied auf seinen Sollwert gebracht hat (Verlauf der voll ausgezogenen
Kurvenlinie von 2 bis 3). Der Punkt 3 stellt den Schnittpunkt der beiden jeweils
den Verlauf des wirksamen Druckunterschiedes darstellenden Linien dar.
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Auf der rechten Hälfte der Abb. 2 sind die Vorgänge bei einer Belastungsverminderung
wiedergegeben.
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Es kann auch eine Einstellvorrichtung-für die Ausgleichsvorrichtung
am Hauptregler vorgesehen sein, durch deren Verstellung die wirksamen Verstellwege
der Ausgleichseinrichtung verändert werden. Hierdurch wird ermöglicht, daß man durch
Einstellung der
Ausgleichsvorrichtung auf nicht vollständigen Ausgleich
der Abweichungen der Regelwerte von ihren Sollwerten die Auflösung des Regelvorganges
unter einer gedämpften Schwingung erreichen kann.
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Bei der in der Abb. 3 dargestellten Einrichtung speist eine Batterie
von fünf Kesseln K eine gemeinsame Hauptdampfleitung L, welche zu einem Verbraucher
V führt. Bei R ist die Regelimpulsleitung für den.Hauptregler H angeschlossen. Dieser
Regler besteht in an sich bekannter Weise aus einer Balgmembran, deren Ausschläge
über ein Steuergestänge zur Verstellung eines Widerstandes W des Antriebsmotors
der Kohlenmühle M benutzt werden. Das Gewicht P bildet dabei die Gegenkraft der
Balgmembran. Die .Balgmembran H und das Gewicht P suchen einen bei a gelagerten
Hebel - des Steuergestänges in entgegengesetztem Sinne zu schwenken. Die Rückführung
erfolgt mit Hilfe eines Meßgebläses G, welches von dem Motor der Mühle angetrieben
wird. Der Förderdruck dieses Gebläses wirkt auf die Rückführmembran RM, deren Ausschläge
den Regler in seine Normallage zurückführen.
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Als Ausgleichsvorrichtung im Sinne der Erfindung ist ein Bourdonrohr
B vorgesehen, welches an dem Gleichdruckpunkt g der Kesselanlage angeschlossen ist.
Bei einem Ausschlag des Bourdonrohres infolge von Druckänderungen im Gleichdruckpunkt
wird der Stützpunkt a des Hebels, auf den die Balginembran H und das Gegengewicht
P in entgegengesetztem Sinne einwirken, verschoben und dadurch der gewünschte Ausgleich
erzielt.
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So wird bei einer Drucksenkung in der Kesselanlage infolge einer Belastungssteigerung
der von der Balgmembran H auf den Hebel ausgeübte Druck verringert, so daß der gleichbleibende,
von dem Gewicht P auf den Hebel ausgeübte Druck eine Drehbewegung des Hebels verursacht.
Dabei wird infolge einer Verschiebung des Hebelstützpunktes a nach links infolge
einer Drucksenkung im Gleichdruckpunkt g das von dem Gewicht P auf den Hebel ausgeübte
Drehmoment teilweise ausgeglichen, so daß beim Fallen des Regeldruckes unter den
der Belastungssteigerung entsprechenden Wert auf das Steuergestänge ein Druckunterschied
einwirkt, der der tatsächlichen Belastungssteigerung entspricht.
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Eine andere Anlage ist in der Abb. q. dargestellt, in der die gleichen
Bezugzeichen wie in der Abb. 3 für die gleichen Teile verwendet sind. Bei der in
der Abb. 4 gezeigten Regeleinrichtung dient das Bourdonrohr B nicht zur Verstellung
des Angriffspunktes der Balgmembran H bzw. des Gewichtes P, sondern es greift an
einer Feder F an, welche ihrerseits auf die Rückführmembran Rill' einwirkt,
so daß bei einem Regelvorgang durch einen Ausschlag des Bourdonrohres eine Veränderung
der Rückführkraft zum Ausgleich der Abweichung des Regelwertes von seinem Sollwert
herbeigeführt wird.
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In beiden Fällen kann natürlich an Stelle eines Bourdonrohres eine
Membran oder eine sonstige auf Druckänderungen ansprechende Einrichtung verwendet
werden.
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Um auch bei Einstellung der Ausgleichseinrichtung auf völligen Ausgleich
der Abweichungen der Regelwerte von ihren Sollwerten die Wirkung der Ausgleichseinrichtung
nach Abklingen der Anlaufzeit aufzuheben, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ein Zeitrelais vorgesehen sein, das durch die Druckänderung im Gleichdruckpunkt
eingeschaltet wird, wobei die Ablaufzeit desselben auf den Unterschied zwischen
derAnlaufzeit des gesteuerten Mittels und der Speicherzeit der geregelten Anlage
eingestellt wird. Der Ausgleich selbst kann hierbei in gleicher Weise wie bei den
Darstellungen in den Abb. 3 und q. durchgeführt werden. Es ist somit möglich, die
Ausgleichseinrichtung so anzuordnen, daß mit Hilfe eines Bourdonrohres oder einer
Membran -der wirksame Steuerdruck des Reglers oder die auf letzteren einwirkende
Rückführkraft der Druckabweichung im Gleichdruckpunkt entsprechend verändert werden.
Die Ausgleichsmeßstelle ist dabei immer diejenige Stelle, an welcher die durch die
Anlaufzeiten des gesteuerten Mittels bedingten Abweichungen vorn Sollwert meßbar
sind. Bei Dampferzeugungsanlagen ist als Ort der Meßstelle bereits der Gleichdruckpunkt
erwähnt; bei Feuerungsreglern, die in Abhängigkeit von einer Temperatur arbeiten,
ist die Meßstelle beispielsweise der Knotenpunkt von Temperaturschwingungen.
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In schwierigen Fällen wird ein besonderes Meßgerät für die Anlaufzeiten
des gesteuerten Mittels als Ausgleichseinrichtung ausgebildet. Als Anwendungsbeispiel
sei eine selbsttätige Temperaturregelanlage für kohlenstaubbefeuerte Überhitzer
angeführt, bei der das geförderte, einzuregelnde Mittel (Kohlenstaub) eine Anlaufzeit
besitzt, die einen Ausgleich erforderlich macht. Hierzu sei angenommen, daß die
Kohlenstaubfeuerung mit einer Einblasemühle langer Mahlzeit betrieben wird. Dabei
ist der Sollwert der Ausgleichskraft unmittelbar von der Größe der Belastungsänderung
abhängig und die -erforderliche Wirkzeit der Ausgleichseinrichtung durch die Anlaufzeit
des Kohlenstaubes beim Durchgang durch die Mühle bestimmt. Ein Zeitrelais kann hier
zur Aufhebung
der Ausgleichswirkung nicht herangezogen werden,
weil die Durchlaufzeit der Kohle durch die Mühle keine konstante Größe darstellt,
sondern von der Beschaffenheit der Rohkohle und dem Zustand der Mahlteile abhängig
ist. Es ist daher ein besonderes Meßgerät für die Anlaufzeiten der Kohle vorgesehen,
das als Ausgleichseinrichtung auf den die Kohlefördereinrichtungen steuernden Belastungsregler
einwirkt.
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Zu diesem Zwecke ist mit der Rohkohlenfördereinrichtung ein Meßgebläse
gekuppelt, dessen Drehzahl in dieser Anordnung eine Funktion der Fördergeschwindigkeit
der Fördereinrichtung darstellt. Der Meßdruck wird in quadratischer Charakteristik
mit der Fördergeschwindigkeit und damit mit der Kohlemnenge anwachsen. Das austretende
Kohlenstaub-Luft-Gernischwird durch eine besondere Meßeimzchtung, z. B. über einen
Staurand, gemessen. Die Meßeinrichtungen (Staurand und Meßgebläse) werden so abgestimmt,
daß die Meßdrücke im Beharrungszustand der Mühle gleich sind oder einen Sollwert
entsprechen. Das Mengenverhältnis der zugeführten Rohkohle und des abgegebenen Kohlenstaubes
wird durch die beschriebene Differenzdruckmeßanordnung gemessen. Bei einer Änderung
der Arbeitsgeschwindigkeit der Fördereinrichtungen für die Kohle infolge einer Belastungsänderung
der Anlage wird während der Anlaufzeit der Kohle der gemessene Differenzdruck von
seinem Sollwert abweichen. Die Größenordnung der Abweichung ist dabei unmittelbar
abhängig von der Größe der Belastungsänderung, so daß der Differenzdruckmesser selbst
als Ausgleichseinrichtung für den Belastungsregler dienen kann.