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Vorrichtung zur elektrischen und/oder pneumatischen Regelung von Dampfkessel-Feuerungen
Zur Durchführun- einer automatischen Kesselregelung sind bereits verschiedene Regelvorriclitungen
bekanntgeworden. Diese bezwecken, dem Kessel unabhängig von der Dampfentnahme so
viel Brennstoff, Verbrennungsluft und Speisewasser zuzuführen, daß der Dampfdruck
an einer bestimmten Stelle, z. B. in der Trommel, konstant gehalten wird, der Speistwass,-rstand
in der Trommel erhalten bleibt und eine möglichst gute Verbrennung des Breilnstoffes
stattfindet.
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Bei Regelvorrichtungen der einfachsten Wirkungsweise wird wenn d er
konstant zu haltende Druck in der Trommel von seinem Sollwert abweicht, eine Veränderung
der Brennstoff-, Luft- und Speisewa,sserzufuhr herbeigeführt. Da jede Druckänderung
in der Trommel erst die Folge einer Aiiderung der Dampfentfiahme ist, spricht der
Regler nur mit großer Verzögerung an. Außerdem ist die Druckabweichung kein eindeutiges
Maß für die neue Dampfentnahme.
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Um diese Trägheit der Impulsgabe zu vermeiden, ist man. bei einem
bekannten Regelverfahren von .der entnommenen Dampf menge ausgegangen. Da zu jeder
Dampfleistung des Kessels eine bestimmte Menge Brennstoff, Luft und Speisewasser
benötigt wird, verändert der Regler diese drei Größen so lange, bisdas richtige
Verhältnis dieser Größen zur Dampfmenge eingeregelt ist. Wird aberdieses Verhältnis
nicht erreicht, so wird dauernd etwas zuviel oder zuwenig Brennstoff zugef ährt,
und der Dampf -
druck in der Trommel steigt langsam an, oder er sinkt ab-.
Bei diesein Regelverfahren muß die Regelung
von Z--it zu Zeitdurch
Handeingriff berichtigt werden.
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Bei .-einem anderen Verfahren, das oft angewendet wird, werden deshalb
sowohl die Dampfinenge, als auchder Dampfdruck zur Impulsgabe herangezogen. Allerdings
erfolgt diese Imp-ulsgabe nicht getrennt durch bzide Größen, sondern. durch eine
einzige Größe, nämlich den Dampfdruck hinter dem Überhitzer. Bei -konstantem Trommeldruck
steigt der Druckabfall am übe#.hitzer bekanntlich quadratisch mit der Dampfentnahme
(s. Abb. i). Solange also der Tromineldruck konstant ist, isst -der Dampfdruck hinter
dem überhitzer ein Maß für die Dampfentnahme. Die Regelung wird also wie im vorher
beschriebenen Fall so aufgebaut, daß durch den Regler das Verhältnis von beispielsweise
Dampf menge zu Brennstoffmenge konstant gehalten bleibt. Dabei ist es -unwesentlich,
ob die Einregelung, diceses Verhältnisses nun elektrisch, beispielsweise mit elektrischen
Fernsendern einer Brückenschaltung, oder mechanisch, etwa. so, daß die beiden Größen
durch Ausschläge zweier Membranen dargestellt werden, die beide auf einen Stzuerkolben
oder auf ein Strahlrohr wirken, erfolgt.
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Auch hier kann es geschehen, daß nicht genau das richtige Verhältnis
von Dampfinenge- zu Brennstoff eingestellt ist, so daß der Dampfdruck in der Trommel
beispielsw#-ise langsam absinkt. Angenommen, der Dampfdruck sei, bei einer Dampfinenge
von 5o lio des Höchstwertes, von 29,7 auf :29,4 atü abgesunken. Dem Regler
wird dann entsprechend der Dampfdruckk-ennlinie eine Dampfmenge von 7011/o der maximalen
Belastung vorgetäuscht (s. Abb. i: Istmenge und vorgetäuschte Menge). Die Brennstoffmenge
wird also vermührt, und zwar so lange, bis die K ennlinie wieder erreicht ist und
die reine Verhältnisregelung zu arbeiten beginnt. Dies:es Verfiahren hat folgenden
Nachteil: Die Wärmeenergie, -die notwendig ist, um bei einer Druckabsinkung in der
Trommel den alten Dampfdruck innerhalb einer gewissen Zeit von, beispielsweise 20
bis 30 sec wieder einzustellen, ist wesentlich geringer als diejenige,,die
benötigt wird, um bei einer tatsächlich erfolgten Vermehrung der Dampfentnahme von
50 auf 70% die Vergrößerung der Dampf erzeugung um 2o 1/o zu bewirken. Der Impuls,
derdurch die Druckänderung in der Trommel auf den Regler gegeben wird, wirkt also
zwar in der richtigen, Richtung, ist in seiner Größe aber erheblich falsch. Außerdem
ist das Verhältnis der beiden Impulse, Dampfdruck und Dampfinenge, d. h.
der Ungleichförmigkeitsgrad, bei dieser Anordnung von der Kesselbelastung abhängig,,die
Ursache dafür, daß solch,-, Regler bei kleiner Kessellast leicht ins Pendeln kommen.
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Um diese Sch-,vierigkeiten zu umgehen, ist deshalb der Vorschlag gemacht
worden, den Dampfdruck -und die Dampfmenge als getrennte Impulse auf den Regler
wirkven zu lassen, so daß die beiden Impulse in ihrer Größe richtig auf-einander
abgestimmt werden können. Es wird soerreicht, daß die Vermehrung beispielsweise
der Brennstoffmenge -eine solche Vermehrung des Zustromes an Wärmeenergie zur Folge
hat, wie sie vom Kessel entweder für eine höhere Dampfleistung oder für eine Veränderung
des Trommeldruckes auf seinen Sollwert benötigt wird.
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Die genannten Lösungen berücksichtigen jedoch nicht die bei der Kesselfeuerung
auftretenden Trägheitserscheinungen. Die Regelungen sind zumeist so ,aufgebaut,
daß bei Abweichung der Impulsgröße von ihrem SolAve--rt ein Steuervorgang (z-. B.
Änderung der Brennstoffzuführ oder der Luftinenge) einsetzt. Dabei wird, da es sich
um sogenannte Verhältnisregelungen handelt, von der zu regelnden Größe eine Rückineldung
an den Regler gegeben, so daß der Steuervorgang unterbrochen, wird, sobald -die
Brennstoffmenge oder die Luftmenge den der neuen Dampfentnahrne entsprechenden Wert
erreicht hat.
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Soweit es sich um die Regelung der Brennstoffzufuhr handelt, ist mit
wesentlichen Trägheitserscheinungen nicht zu rechnen, denn sobald sich die Dampfentnahme
ändert, steuert der Regler die Brennstoffzufuhr #sofort auf einen neuen Wert, #so
daßdie Rückineldung praktisch trägheitslos erfolgt.
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Bei der Luftmengenregelung dagegen können andere Verhältnisse vorliegen.
Wird die Luftmengge durch den Differenzdruck längs, des Rauchgasweges im Kesselerfaßt,
so muß berücksichtigt -werden, daß sich bei Änderung der Luftklappen- oder Rauc#ligasklappenstellung
die neue Gesch-windigkeit des Rauchgases nur langsam einstellt; die Rückmeldung
erfolgt zu spät, und die Luftklappe würde über ihre neue Sollstellung 'hinaus verstellt
werden. Es ist be-
kannt, daß aus diesem Grunde zur Vermeidung einer ÜberrEgelung
eine elastische Rückführung Verwendung findet, die das vorzeitige Erreichen des
Luftmengensollwertes vortäuscht. Dabei kann in bekannter Weise die Rückführzeit
-der Feuerungsträgheit angepaßt werden. Die Trägheit der Ra'tichgasgeschwindigkeitseinstellung
wurde bisher nur bei demjenigen Regelverfähren berücksichtigt, ,das Dampfdruck und
Dampfmenge in einem einzigen Impuls, nämlich -dem Dampfdruck hinter dem Überhitzer
zusammenfaßt.
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Falls nun die Regelung so aufgebaut wird, daß Dampfinenge und Dampfdruck
getrennte Impulse auf den Regler geben, ist es möglich, noch eine weitere Trägheitserscheinung
zu berücksichtigen, nämlich die Trägheit der Dampfdruckeinstellun'-. Während die
Dampfma,Inge nur als unabhängige Impulsgröße auftritt, ist der Dampfdruck gleichzeitig
Impulsgröße und zu regelnde Größe. Wenn nun beispielsweise der Dampfdruck abgesunken
ist und daraufhin eine Vergrößerung der Brennstoffzufuhr eintritt, so muß dieser
vermehrte Brennstoff erst verbrennen, die Wärmeenergie muß an die Trommel abgegeben
werden, es muß sich mehr Dampf bilden, und dann steigt langsam der Dampfdruck an.
Der neue Dampf-druck stellt sich also erst längere Zeit nach der erfolgten Brennstoffzunahme
ein. InderZwischenzeit würde aber deinRegler noch .dauernd ein zu geringer Dampfdruck
gemeldet werden und der Kessel dauernd, die vermehrte Brennstoffzufuhr efhalten.
Zur Erhöhung des
Trommeldruckes auf seinen Sollwert genügt es aber,
wenn die Brennstoffmenge nur kurzzeitig verinehrt wird, und daß dann vom Regler
wieder das alte Verhältnis von Brennstoff zur Dampfentnahine hergestellt wird. Würde
die vermehrt-- Brennstoffzufuhr beibehalten werden, so würde der Dampfdruck, unter
Annahme konstanter Dampfentnahme, weit über seinen Sollwert steigen. Die störende
Trägheit der Dampfdruckeinstellung kann nun besonders berücksichtigt werden.
Alk rdings ist es notwendig, daß der Dampfdruck neben der Dampfmenge als
getrennter Impuls vorhanden ist.
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Bei einer Regelvorrichtung, bei der auf den Regler z-wei getrennte
Impulse von Dampfinenge und Dampfdruck einwirken, ist nun gemäß der Erfind-ung vorgesehen,
daß die Trägheit der Dampfdruckeiiistellung durch eine 7,eitabhängige Rückführung
berücksichtigt wird, die den Dampfdruckimpuls nach einer gewissen einstellbaren
Zeit so lange, bis der Dampfdruck seinen Normalwert wieder erreicht hat, abschaltet.
Eine solch-, Rückführung bewirkt, daß eine auftretende Abweichung des Dampfdruckes
von seinem Sollwert nur kurzzeitig auf den Regler wirkt und dadurch zeitweise Verstellung
der Brennstoff- und Luftzufuhr hervorgerufen wird. -Auf diese Weise wird eine Überregelung
infolge zu langer Impulsgabe durch den Dampfdruck vermieden. Die RegAvorrichtung
gemäß der Erfindung hat somit zugleich einen konstanten und einen zeitabhängigen
Ungleichförinigkeitsgrad. Gemäß der Erfindung ist weiter ein, vom Dampfdruck gesteuerter
Nebenregler vorgesehen, -weldher mittels eines Fallbüggelkraftschalters einen der
beiden Körper einer therinischen Rückführung elektrisch erwärmt, wobei die Verzögerung
des Temperaturanstieges der an den Körpern angebrachten je zwei temperaturabhängigen
Widerstände so gewählt ist, daß diese Zeit gerade mit der Zeitspanne übereinstimmt,
die notwendig ist, um bei veränderter Feuerleistung die gewünschte Dampfdruckänderung
auf den Sollwert zu erzielen, so daß bei Temperaturerhöhung der beiden Widerstände
die vorherige der Kesselbelastung entsprechende Feuerleistung wieder eingestellt
-wird und gleichzeitig die thermische Rückführung wieder abgeschaltet wird.
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Die Zeilchnun ' - stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung im Grundzug dar. Abb. --, zeigt das Schaltungsschema für eine
elektrische Breillistoffrügelung. Die Dampfentnahme und die Brennstoffmenge ist
der Stellun "- der Fernsender i und 2 verhältnis 1-leich. Die Fernsender
sind in bekannter Weise an einem Dampfinengenniesser und an einem Tachometer, das
die Drehzahl eines Wanderrostantriebes oder der l#C-ohlenstaubzuteilun#sschnecke
mißt, angebracht. Außerdem wird der Dampf druck in der Trommel, der konstant gehalten
werden soll, mittels eines Manometers gemessen, an das die beiden Fernsender
3 und 4 angeschlossen sind. Weiterhin ist in der Schaltung noch der von Hand
aus veränderliche Widerstand 5 vorges.chen. Die Schaltung dient im wesentlichen
zur Regelung des Verhältnisses zweier Mengen, deren Größe durch die Stellungen 4--r
Fernsender i und 2 dargestellt ist. Das richtige Verhältnis ist dann ein--er
, eggelt, wenn durch die beiden Spulen des Meßwerkes 6 gleich große
Ströme fließen. Bei dem Meßwerk kann es sich ent#,vc-#dtr um ein Kreuzspulgerät
oder ein Doppeldrehspulgerät handeln. Das Meßwerk ist in einem Fallbügelregler eingebaut
und be-
tätigt in bekannter Weise bei einer Verhältnisabweichung Qu#ecl##silb--,rrö'hren,
die cinen Verstellmoto#r zur Veränderung der zu regelnden Menge-, z. B. der Brenn,stoffmenge,
schalten. Das Verhältnis Brennstoffmenge zu Dampfmengge kann nun bei richtiger Wahl
der Widerstände durch den Fernsc-iider 3 und den Schiebewiderstand
5 derart verändert werden, daß das neu--, Verhältnis unabhängig von der absoluten
Größe der Dampfnienge eingeregelt wird. Die von Han#d aus vorzunehmende Veränderung
des Sdhiebewiderstandes 5 erfolgt nur dann, wenn einz. neue Kohlensorte mit
anderem Heizwert verwendet werden soll.
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Die zusätzliche Impulsgabe durch den Dampfdruck -,erfolgt nun in folgender
Weise: Sobald der Dampfdruck von seinem Sollwert abweicht, werden die Fernsender
3 und 4 verstellt. Die Widerstandsänd..-rung des Fernsenders 3 hewirkt,
daß beispielswei-ze. bei ein-er Dampfdruckabilahme das einzuregelnde #Terhältnis
Brennstoffmenge, zu Dampfmenge erhöht wird. Der Zeiger düs Hauptreglers geht dann
wieder in seine Mittelstell-un,-' Gleichzeitig wird aber durch Verstellung des Fernsenders
4 der Zeiger des angeschlossenen Kreuzspulgerätes 7 verstellt. Auch dieses
Meßw1-rk sitzt in ein-cm Fallbügelregler, der bei Abw#ei#(#.huiides Zeigerausschlages
von der Mittelstellung eine therinische Rückführung einschaltet. Diese bleibt zunächsteingeschaltet,
auch nachdem der Zeiger des Hauptreglers 6 nach- Ein#stellen einer neuen
Brennstoffnienge wieder in Mittelstellung gegangen ist. Die thermische Rückführung
besteht aus zwei Körpern 8 und 9, von denen beispielsweise bei Dampfdruckerniedrigung
der Körper 9 durch die dann eingeschaltete Heizspirale io erwärmt wird. Infolge
der ffiermischen Trägheit des Körpers 9 verstreicht eine gewisse Zeit, bis
die temperaturabhängigen am Körper 9 angebrachten Widerstände i i und 12
sich erwärmen. Die th-erinischhe Trägheit der Anordnung wird so gewählt, daß die
Zeitspanne bis zur Erwärmung der Widerstände gerade mit der Zeitspann-, übereinstimmt,
die notwendig ist, um bei "erhöhter Brennstoffzugabe die gewünschte Dampfdruckerhöhung
auf den Sollwert zuerzielen. Sobald die Widerstände i i und 12 sich zu erwärmen
anfangen, wird der Zeiger des Hauptregiers 6 wieder aus der Mittelstellung
gebracht, und zwar jetzt in entgegengesetzter Richtung, so daß die erhöhte Brennstoffzufuhr
wieder rückgängig gemacht wird. Gleichzeitig wird der Zeiger des Nebenreglers
7 in .die Mittelstellung gebracht, der Heizstrom für die thermische Rückführung
also unterbrochen. Die Rückflihrzeit und die Rücklaufcharakteristik werden der Dampfdruckänderung,
die durch die Brennstoffvermchrung hervorgerufen wird, angepaßt. Auf
diese
Weist wird erreicht., daß d,-r durch den Fernsender
3 ausgeübte
Impuls kurzzeitig w-irkt und ,dann ausgesetzt wird. Eine Überregelung der Brennstoffmenge
wird so vermieden.
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In der -gleichen Weise läßt sich die Erfindung auch bei dzer Regelung
der Luftmenge unmittelbar in Abhängigkeit von der Dampfmenge anwenden. Es ist dann
noch, wie bereits erläutert wurde, unter Umständen die Trägheitder Rauchgasgeschwindigkeitseinstellung
in bekannter Weise durch eine weitere Rückführung des Luftmengenimpulses zu berücksichtigen.
Ob erfindungsgemäß die Rückführun,g für die Dampfdruckregelung bei der Steuerung
der Brennstoffmenge oder der Luftmenge oder bei beiden zugleich angewendet wird,
richtet sich nacli der Art der Feuerung. Naturgemäß muß die zeitabhängige Rückführung
immer bei der Steuerung derjenigen Größe angewendet werden, von deren Veränderung
unmittelbar die Feuerleistung im Kessel abhängig ist.
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Die Erfindung:bezieht,sicli naturgemäß nicht nur auf die Elektrische
Kesselregelung, sondern läßt sich entsprechend auch bei einer pneumatischen Regelung
durchführen.