DE664708C

DE664708C - Procedure for regulating the operation of steam generators with overpressure firing

Info

Publication number: DE664708C
Application number: DEA74163D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1934-09-15
Filing date: 1934-09-15
Publication date: 1938-09-03

Description

Verfahren zum Regeln des Betriebes von Dampferzeugern mit Überdruckfeuerung Die selbsttätige Regelung eines gewöhnlichen Dampferzeugers oder ähnlicher Einrichtungen erfolgt bekanntlich dadurch, daß durch irgendeinen Impuls, z. B. durch die Veränderung des Dampfdruckes, der Feuerung mehr oder weniger Brennstoff und Brennluft zugeführt wird. Dieser Impuls wirkt auf Vorrichtungen, die z. B. die Drehzahl der Brennstoffpumpe, des Rostantriebes usw. und mittel- oder unmittelbar die Drehzahl des Brennluftventilators verändern. Da der Antrieb dieser Fördereinrichtungen durch eine einzige und voll beherrschbare Kraftquelle (Motor) erfolgt, deren Energie von außen geliefert wird, so sind auch die Regeleinrichtungen verhältnismäßig einfach. Anders liegen die Verhältnisse bei Druckfeuerungen, vor allem, wenn der Brennkammerdruck durch einen Verdichter erzeugt wird, der von einer Gasturbine angetrieben ist, und im wesentlichen durch den Stau aufrechterhalten wird, den die abströmenden Heizgase durch de Drosselung in den Gasturbinenschaufelkanälen erfahren. In diesem Falle kann wohl der ganze oder .der größte Teil der Antriebsenergie des, Verdichters von der Gasturbine geliefert werden, es mu.ß aber trotzdem noch ein weiterer mit Fremdenergie gespeister Motor vorhanden sein, um stets die volle Antriebsenergie für den Verdichter zur Verfügung zu haben. Derartige Zusatzmotoren sind bereits vorgeschlagen und vielfach verwendet worden, wobei ihre Regelung sich. im wesentlichen auf den Ausgleich der fehlenden Leistung im Beharrungszustand der Ladegruppe beschränkte. Damit allein ist es jedoch nicht getan. Wie bekannt, erfolgt bei Druckfeuerungen die Regelung der Feuerung oder der zeit der Feuerung zusammenarbeitenden Einrichtung (Dampferzeuger) dadurch, daß die Lieferleistung und, da die aufzufüllenden Räume (Brennkammern) unverändert bleiben, der Ladedruck des Ladegebläses verändert wird. Nachdem nun ,als Ladegebläse meist Turbogebläse verwendet werden, und Änderungen von Liefermenge und Förderdruck bei diesen Maschinen mit gutem Wirkungsgrad nur bei Änderungen der Drehzahl erhalten werden können, so folgt, daß jeder Leistung des Dampferzeugers eine andere Drehzahl der Ladegruppe entsprechen muß. Die Regelung des Dampferzeugers wird somit am zweckmäßigsten dadurch erfolgen, daß dem Hilfsmotor eine ganz bestimmte Drehzahl aufgedrückt wird, und zwar die Drehzahl, bei welcher das, Ladegebläse die dem Belastungszustand des Dampferzeugers entsprechende Fördermenge und den entsprechenden Förderdruck mit bestem Wirkungsgrad abgibt.Procedure for regulating the operation of steam generators with overpressure combustion The automatic control of an ordinary steam generator or similar equipment takes place, as is known, in that by any pulse, z. B. through the change the steam pressure, the furnace, more or less fuel and combustion air are supplied will. This pulse acts on devices that e.g. B. the speed of the fuel pump, of the grate drive etc. and indirectly or directly the speed of the combustion air fan change. Because the drive of these conveyors by a single and full controllable power source (motor) takes place, the energy of which is supplied from the outside, so the control devices are also relatively simple. The situation is different with pressurized combustion, especially when the combustion chamber pressure is generated by a compressor is generated, which is driven by a gas turbine, and essentially by the congestion is maintained by the outflowing heating gases by de throttling experienced in the gas turbine blade channels. In this case the whole can or. most of the drive energy of the compressor supplied by the gas turbine but it still has to be another motor fed with external energy must be available in order to always have the full drive energy available for the compressor to have. Such additional motors have already been proposed and are widely used been taking their scheme itself. essentially to compensate for the missing Limited performance in the steady state of the loading group. But that alone is it not done. As is known, the control of the firing takes place in the case of pressure firing or the time of the firing cooperating device (steam generator) by, that the delivery performance and, since the spaces to be filled (combustion chambers) remain unchanged remain, the boost pressure of the charge blower is changed. After that, as a charge blower mostly turbo blowers are used, and changes in delivery rate and delivery pressure in these machines with good efficiency only obtained when the speed changes it follows that each output of the steam generator has a different speed must correspond to the loading group. The regulation of the steam generator is thus most expedient take place in that the auxiliary motor is pressed at a specific speed, namely the speed at which the, charging fan that the load condition of the Steam generator corresponding delivery rate and the corresponding delivery pressure with best efficiency.

Der Impuls zur Einstellung des Zusatzmotors auf die entsprechende Drehzahl kann unmittelbar von den zu regelnden Betriebszuständen ,ans erfolgen. Die zu regelnden Betriebszustände können der Dampifdruck oder die Dampfmenge sein.- Die Regelung kamt aber auch von der Belastung der vorn': Dampferzeuger gespeisten Dampfturbine, deren Geschwindigkeitsregler oder vom Schäle;; Brett aus unmittelbar erfolgen.The impulse for setting the additional motor to the appropriate The speed can be determined directly from the operating conditions to be controlled , ans take place. The operating conditions to be controlled can be the steam pressure or the amount of steam - The regulation also came from the load on the front ': steam generator fed Steam turbine, its speed regulator or from peeling ;; Board out immediately take place.

Während nun aber jeder Förderleistung des Verdichters :eine bestimmte, also en.g begremzte Drelizahlentspricht, kann die Antriebsleistung des Verdichters, sehr verschieden sein. Sie hängt ab von veränderlichen Zuständen, wie von der Ansaugetemperatur der Luft, dr Treibgastemperatur, von Strömungswiderständen z. B. infolge Verschmutzung usw. Damit der Zusatzmotor zur Regelung brauchbar ist, muß er also in der Lage sein, eine in weiten Grenzen verschiedene Leistung aufzubringen, ohne dabei von der ihm vorgeschriebenen Drehzahl merkbar abzuweichen. Hierfür eignen sich Elektromotoren, die sog. Nebenschlußcharakteristik aufweisen und deren Drehzahl durch Beeinflussung des Felderregungsstromes, der Klemmenspannung, der Bürstenstellung o. dgl. festgelegt werden kann.But while each delivery rate of the compressor: a certain, also corresponds to a limited number of Drels, the drive power of the compressor, be very different. It depends on changing conditions, such as the intake temperature of the air, the propellant gas temperature, of flow resistances e.g. B. due to pollution etc. So that the additional motor can be used for regulation, it must be able to to bring up an achievement that differs within wide limits, without thereby deviating from him noticeably deviate from the prescribed speed. Electric motors are suitable for this, have the so-called shunt characteristic and their speed by influencing them the field excitation current, the terminal voltage, the brush position or the like can be.

Auf der Abb. i ist das. Schema einer derartigen Regeleinrichtung mit einem Elektromotor als, Zusatzmotor dargestellt. Es ist i ein Dampferzeuger, z. B. der Velox-Bauart, 2 der Überhitzer, 3 der Dampfabscheider desselben. Die Brennluft wird durch den Verdichter ¢, der Brennstoff durch die Pumpe 5 geliefert. Der Verdichter ist durch eine Gasturbine 6 angetrieben, deren Treibmittel die aus dem Überhitzer austretenden Heizgase selbst sind. Die Gasturbine wird durch einen Motor 7 unterstützt, der zur Durchführung einer geeigneten Regelung ein Motor mit N ebenschlußcharakteristik ist und dessen Drehzahl mittels einiger Hilfsapparate in unmittelbarer Abhängigkeit, hier beispielsweise vom Dampfdruck, geregelt wird. Zur übertragun,g der Regelkräfte dient in bekannter Weise Drucköl, das. von einer Pumpe 8 geliefert, durch das Druckbegrenzu.ngsventil9 unter einer bestimmten Spannung gehalten und durch die einstellbare Drosselvorrichtung i o auf den für die betreffenden Hilfsapparate geeigneten Druck herabgedrosselt wird. Die Hilfsapparate sind der Druckregler i i, der Brennstoffregler 12 und der Strom- oder Spannungsregler 13. Ändert sich der Dampfdruck infolge Änderung der Dampfentnahme, so ändert sich auch der Druck innerhalb des Metallbalges 14, so daß das ölregelventil 15 unter dein Einfluß der Feder 16 mehr oder weniger :geöffnet wird. Es kann deshalb mehr oder weniger öl abfließen, was zur Folge hat, daß sich im ganzen System nach der Drosselvorrichtung i o .ein anderer Öldruck einstellt. Es wird ,also auch der Druck auf den Kraftkolben 17 des Brennstoffreglers 12 ein anderer, so daß die Regelnadel der Brennstoffeinspritzdüse 18 mehr oder weniger Brennstoff, `r durch die Brennstoffpumpe 5 auf hohen y@#iuck gebracht wurde, in die Brennkammer gespritzt 'wird.In Fig. I is the. Scheme of such a control device with an electric motor shown as an auxiliary motor. It is i a steam generator, e.g. B. the Velox type, 2 of the superheater, 3 of the same steam separator. The combustion air the fuel is supplied by the compressor ¢, the fuel by the pump 5. The compressor is driven by a gas turbine 6, the propellant of which comes from the superheater escaping hot gases are themselves. The gas turbine is supported by a motor 7, a motor with a bypass characteristic to carry out a suitable regulation and its speed by means of some auxiliary equipment in direct dependence, here, for example, is regulated by the steam pressure. For the transmission of the control forces serves in a known manner pressure oil, which is supplied by a pump 8, through the pressure limiting valve 9 kept under a certain tension and by the adjustable throttle device i o throttled down to the pressure suitable for the auxiliary equipment in question will. The auxiliary devices are the pressure regulator i i, the fuel regulator 12 and the Current or voltage regulator 13. If the vapor pressure changes as a result of a change in the Withdrawal of steam, the pressure within the metal bellows 14 also changes, so that the oil control valve 15 under your influence of the spring 16 more or less: opened will. It can therefore drain more or less oil, which has the consequence that a different oil pressure is set in the entire system after the throttle device. It is, so also the pressure on the power piston 17 of the fuel regulator 12 other, so that the control needle of the fuel injector 18 more or less Fuel, `r has been brought to high y @ # iuck by fuel pump 5, in the combustion chamber is injected '.

.. Gleichzeitig mit der Verstellung der Einspritzdüse 18 erfolgt aber .auch die Verstellung des Strom- oder Spannungsreglers 13, indem auch hier die Spannung der Feder 19 und der auf den Kraftkolben 20 lastende Öldruck in Gleichgewichtslage zu kommen suchen. Mit dem Kolben ist ein Hebel 21 mit einer Kurvenbahn 22 gekuppelt, deren Profil nun so geformt ist, daß die durch die Kurvenbahn bewirkte Stellung des Hebels 23 eine Einregelung des Motors 7 auf eine ganz bestimmte Drehzahl herbeiführt. Ist der Motor z. B. ein Gleichstrommotor, so wird durch Einschaltung von Widerständen die Erregung geändert; erfolgt die Stromlieferung über einen Ward-Leonard-Antrieb, so beeinflußt Hebe123 die Felderregung des Generators. Bei Dreiphasenkommutatormotoren kann durch Hebel 23 die Bürstenverstellung bewirkt werden. Trotzdem diese Motorennureinen Bruchteil derAntriebsleistun.g des Verdichters aufbringen, ermöglicht ihre bei unveränderter oder nahezu unveränderter Drehzahl abgebbare verhältnismäßig große Leistung, der Ladegruppe die Drehzahl aufzuzwingen, die zur Abgabe einer bestimmten Brennluftmenge oder, im Falle eines gasgefeuerten Kessels, einen bestimmten Brennluft- und Gasmenge erforderlich ist. Es kann hierbei dieKurvenbahn 22 durchVersuch so ausgebildet werden, daß alle bei den verschiedenen Belastungen des Kessels sich als zweckmäßig oder wirtschaftlich erweisenden Betriebsbedingungen des Verdichters erfüllt werden. Um die geeignetste Kurvenbahnform zu finden, kann dieselbe gemäß Abb. 2 aus einem elastischen Stahlband 3o hergestellt «erden, dessen Krümmungen durch die einstellbaren Unterstützungsschrauben 31 geformt werden... Simultaneously with the adjustment of the injection nozzle 18, however, the adjustment of the current or voltage regulator 13 also takes place in that here too the tension of the spring 19 and the oil pressure on the power piston 20 seek to come into equilibrium. A lever 21 is coupled to the piston with a cam track 22, the profile of which is now shaped so that the position of the lever 23 brought about by the cam track regulates the motor 7 to a very specific speed. Is the engine z. B. a DC motor, the excitation is changed by switching on resistors; If the current is supplied via a Ward-Leonard drive, Hebe123 influences the field excitation of the generator. With three-phase commutator motors, the brush adjustment can be effected by lever 23. Despite the fact that these motors only provide a fraction of the drive power of the compressor, their relatively high output, which can be output at unchanged or almost unchanged speed, enables the charging group to impose the speed required to deliver a certain amount of combustion air or, in the case of a gas-fired boiler, a certain amount of combustion air and gas is required. In this case, the curved path 22 can be designed by experiment in such a way that all the operating conditions of the compressor which prove to be expedient or economical for the various loads on the boiler are met. In order to find the most suitable curved path shape, the same can be produced from an elastic steel strip 3o according to FIG.

Es ,sind noch folgende Einzelheiten erwähnenswert: Um den Dampferzeuger mit verschiedenen Dampfdrücken betreiben zu können, ist der Unterstützungsteller 2:1 der Feder 16 des Druckreglers i i durch Schraube oder Verzahnung und Handrad 25 verstellbar. Es liegt nahe, die Regelbewegungen abzudämpfen, um keine zu großen augenblicklichen Belastungsänderungen zu erhalten. Es wird deshalb z. B. der Regelapparat 13 mit einem ölkatarakt 26 versehen. Es kann weiter der Druckregler i i mit einer eigenen Öldruckleitung versehen und die Druckölleitung zu den Apparaten 12 und 13 mit dem Ölzuflußraum des Druckreglers über eine Drosselstelle verbunden sein, so daß der ülabfluß aus den Apparaten 12 und 13 langsamer erfolgt als aus dem Apparat I I, die Brennstoffregelung und die Regelung des Zusatzmotors also wesentlich langsamer vor sich geht als das Ansprechen des Druckreglers. Brennstoffpumpe 5 und Steuerölpumpe 8 «>erden zweckmäßigerweise von einem Motor angetrieben, der gleichbleibende Drehzahl hat. Sie sind deshalb mit dem Motor a7 gekuppelt, der die Umwälzwasserpumpe 28 antreibt. Da der Regelmotor 7 meist geringere Drehzahl als der Verdichter und die Gasturbine hat, wird ein Getriebe z9 vorgesehen.The following details are also worth mentioning: In order to be able to operate the steam generator with different steam pressures, the support plate 2: 1 of the spring 16 of the pressure regulator ii can be adjusted by means of a screw or toothing and handwheel 25. It makes sense to dampen the control movements in order not to obtain excessive instantaneous changes in load. It is therefore z. B. the control apparatus 13 is provided with an oil cataract 26. The pressure regulator ii can also be provided with its own oil pressure line and the pressure oil line to the apparatuses 12 and 13 can be connected to the oil inflow chamber of the pressure regulator via a throttle so that the oil outflow from apparatuses 12 and 13 is slower than from apparatus II, which Fuel regulation and the regulation of the additional motor are therefore much slower than the response of the pressure regulator. The fuel pump 5 and the control oil pump 8 are expediently driven by a motor that has a constant speed. They are therefore coupled to the motor a7 which drives the circulating water pump 28. Since the control motor 7 usually has a lower speed than the compressor and the gas turbine, a gear z9 is provided.

An Stelle des Dampfdruckes, kann auch irgendein anderer Zustand zur unmittelbaren Beeinflussung der Drehzahl der Ladegruppe verwendet werden. Es kann z. B. eine Änderung der Dampfmenge zur Regelung verwendet werden oder auch eine Änderung der Drehzahl oder der Leistungsabgabe des von dem Dampfgespeisten Turbosatzes.Instead of the vapor pressure, some other state can also be used can be used to directly influence the speed of the charging group. It can z. B. a change in the amount of steam can be used for regulation or a Change in the speed or the power output of the turbo set fed by the steam.

Die gleiche Regelung ist .auch durchführbar bei Druckfeuerungen, die anderen Zwecken als der Dampferzeugung dienen, z. B. bei Warmwagsererzeugern oder Wärineaustauschern chemischer Betriebe o. dgl.The same regulation can also be carried out for pressurized combustion systems that serve purposes other than steam generation, e.g. B. with hot wagons or Heat exchangers of chemical plants or the like.

Claims

PATENT CLAIM: Process for regulating the operation of steam generators with overpressure firing, in which the pressure in the combustion chamber is generated by a compressor maintained and the compressor by a gas turbine and the gas turbine supporting auxiliary motor is driven, which is influenced by the pressure of the steam generator is, characterized in that the auxiliary motor is used to regulate the steam generator operation (7) is used by using it to reflect the particular load on the steam generator corresponding speed of the compressor (q.) pressed the gas turbine drive (6) and maintained and at the same time the fuel flow changed and adjusted will.