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Aus einer Dampferzeugeranlage, einer Kraftmaschinenanlage und einer
Wärmeverwertungsanlage bestehende Dampfanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine
aus einer Dampferzeugeranlage mit geringem Speichervermögen, einer Kraftmaschinenanlage
und einer Wärmeverwertungsanlage bestehende Dampfanlage, bei welcher die Dampferzeugeranlage
in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Wärmeverwertungsanlage geregelt und
der Verbrauchsdampf (Heiz- oder Kochdampf) durch die Wärme eines Teiles des für
die Kraftmaschinenanlage bestimmten Frischdampfes, Anzapfdampfes oder beider erzeugt
wird.
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Handelt es sich bei einer solchen Anlage um Dampferzeuger mit geringem
Speichervermögen, die mit Kondensat gespeist werden müssen, und bei denen daher
in bekannter Weise das ganze Kondensat der Maschine und des Heizdampfes zum Kessel
zurückgeführt wird, so treten leicht Störungen infolge plötzlicher Änderungen im
Kraft- oder Wärmebedarf auf. Z. B. sinkt bei schneller Vergrößerung der Entnahme
aus dem Dampferzeuger der Druck rasch ab, ein Teil der Flüssigkeit verdampft explosionsartig
und der entstehende Dampf reißt den noch verbleibenden Teil der Flüssigkeit mit
in die Dampfleitung und zu den Verbrauchsstellen, wo dann Schäden entstehen. Umgekehrt
steigt bei schneller Verkleinerung der Dampfentnahme der Druck rasch an, die Strömung
wird gestaut, so daß die von der Feuerung auf die Heizfläche übertragene Wärme vom
Arbeitsmittel nicht mehr aufgenommen werden kann und somit der Baustoff durch Temperaturanstieg
beschädigt wird.
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Es ist nun bei kombinierten Dampfkraft-und Heizanlagen an sich schon
bekannt, in Abhängigkeit von dem in einem Abdampfnetz einer Gegendruckdarnpfmaschine
herrschenden Druck die Feuerung des Dampferzeugers zu .regeln. Es ist weiter bekannt,
bei Entnahmemaschinen die Menge des Entnahmedampfes in Abhängigkeit von der Drehzahl
derMaschine zu verändern. Schließlich ist es an sich auch schon bekannt, die Menge
der aus dem Frischdampfnetz unmittelbar in das Niederdrucknetz geleiteten Dampfmenge
nach Maßgabe des Niederdrukkes zu verändern.
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Um nun alles anfallende Kondensat aus der Anlage als Speisewasser
für den Dampferzeuger zu gewinnen, wird der für g.ie Erzeugung des Verbrauchsdampfes
bestimmte Teil des Frischdampfes und der Entnahmedampf mit dem Kondensat aus dem
Maschinenkondensator vermischt und dieWärme dieses Dampfkondensatgemisches in einem
Oberflächenvorwärmer in bekannter Weise zur Erzeugung des Verbrauchsdampfes abgegeben.
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Um nun eine solche Anlage so betreiben zu können, daß sie allen Schwankungen
im Kraft- und Wärmeverbrauch folgt, wird erfindungsgemäß
bei steigender
Drehzahl das Überströmdrgan - zur Niederdruckmaschine gedrosselt und das Ventil
in der Frischdampfheizleitungmehr geöffnet, während bei sinkender Drehzahl das Ventil
in der Frischdampfheizleitung gedrosselt und das Überströmventil an der Niederdruckmaschine
mehr geöffnet wird. Außerdem wird die Leistung des Dampferzeugers in Abhängigkeit
von einer Betriebsgröße des erzeugten Verbrauchsdampfes geregelt. Durch eine solche
Regelung wird folgende Wirkung erzielt: Bei Lastveränderungen bleibt zunächst der
Betrieb des Dampferzeugers unverändert; die Anpassung der Kraftmaschine an denn
veränderten Leistungsbedarf wird dann dadurch erzielt, .daß die zur Erzeugung des
Heizdampfes bestimmte Dampfmenge - und damit die für, die Kraftmaschine übrigbleibende
Dampfmenge - verändert wird:. Erst die im Betrieb der Wärmeverwertungsanlage sich
einstellenden Änderungen beeinflussen dann die Leistung des Dampferzeugers in einer
Weise, daß sie dem veränderten Bedarf der Kraftmaschine entspricht. Die Leistung
des Dampferzeugers wird mittelbar und daher langsam verändert, der Betrieb der l:raftmaschinenanlage
aber ohne Verzögerungen selbst plötzlich auftretenden Veränderungen des Kraftbedarfes
genau angepaßt.
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Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung vereinfacht
dargestellt. Die einen geringen Wasserinhalt aufweisende Dampferzeugeranlage i erzeugt
den Dampf für die das Kraftnetz 3 mit Energie beliefernde Kraftmaschinenanlage 2.
Ein Teil des für die Kraftmaschinenanlage bestimmten Frischdampfes wird durch die
Leitung 24 und der Entnahmedampf durch die Leitung 23 einem Mischbehälter 22 zugeführt,
in dem dieser Dampf mit dem Kondensat aus dem Maschinenkondensator 2o vermischt
wird. Dieses Dampfkondensatgemisch (welches flüssig oder dampfförmig sein kann)
wird durch die Leitung 25 dem Oberflächenwärmeaustäuscher 4 zugeführt, gibt seine
Wärme dort zur Erzeugung. des- Verbrauchsdampfes ab und wird dann dem Dampferzeuger
i als S *se- sser zugeleitet.
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Tie C#nlpferzeugeranlage i wird durch die Feuerungsvorrichtung 6 beheizt.
Die Speisepumpe 7 führt die Speiseflüssigkeit der Dampferzeugeranlage zu. Sie wird
durch eine Maschine 8, welcher durch die Leitung 9 Energie zugeführt wird, angetrieben.
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Zur Veränderung der durch die Feuerungsvorrichtung 6 der Dampferzeugeranlage
zugeführten Wärmemenge dient eine Vorrichtung io, welche durch einen Servomotor
ii - gesteuert wird. Zur Veränderung der Speisefiüssiakeit.smenge ist einOrgani2
vorgesehen, durch das dieDrehzahl derAntriebsmaschine8 verstellt. wird. Das überströmorgan
13, dessen Durchflußquerschnitt durch den Druckaufnehmer 14 vom Servomotor 15
beeinflußt wird, hält den Druck im Dampferzeuger unveränderlich.
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Der Dampf strömt durch die Leitung 16 zur Hochdruckmaschine
17 der Kraftmaschinenanlage 2 und gelangt dann durch die Leitung i-8. in
die Niederdruckstufe i9, aus welcher der Abdampf in den Kondensator 2o strömt. Das
Kondensat wird durch eine Pumpe 2i der Mischvorrichtung22 zugeführt. Die Kraftmaschine
der Kraftmaschinenanlage 2 treibt einen Stromerzeuger 26 an.
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Zur Regelung der Kraftmaschinenanlage 2 ist der Geschwindigkeitsregler
28 vorgesehen, der durch den Hebel 29 den Impulsgeber 3o beeinflußt. Letzterer steuert
durch den Servomotor 31 das Durchströmorgan 32 in der Leitung 18 und durch den Servomotor
33 das Durchströmorgan 34 in der Leitung 24 in der Weise, daß bei steigender Drehgeschwindigkeit
zunächst das Durchströmorgan 32 fortschreitend geschlossen und anschließend daran
das Durchströmorgan 34 fortschreitend geöffnet wird. Bei sinkender Drehgeschwindigkeit
wird zunächst das Durchströmorgan 34 fortschreitend geschlossen und anschließend
daran das Durchströmorgan 32 fortschreitend geöffnet.
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Das durch die Leitung 25 dem Wärmeaustauscher 4 zugeführte Gemisch
überträgt seine Wärme auf das durch die Leitung 35 zugeführte Arbeitsmittel, welches
dabei verdampft und durch die Leitung 36 der Wärmeverwertungsanlage 5 zuströmt.
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Die Dämpferzeugeranlage wird durch den in der Leitung 36 eingeschalteten
Druckaufnehmer 37 geregelt, welcher den Servomotor i i zur Veränderung der Wärmezuführung
und die Vorrichtung 12 zur Veränderung der Speisemenge steuert.
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Die Übertragung der Regelung zur Anpassung der Leistung der Dampfanlage
an die Veränderungen des Wärmebedarfs auf die Regelung des Dampferzeugers gewährleistet
für die gesamte Dampfanlage eine erhöhte Elastizität, weil die Anpassung unabhängig
von der Kraftmaschinenanlage erfolgt und demzufolge in dieser keine Störung verursacht.
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Bei zunehmendem Wärmebedarf der Wärmeverwertungsanlage 5 und gleichbleibendem
Kraftbedarf der Kraftmaschinenanlage 2 sinkt der Druck in der Leitung 36, so daß
die Feuerungsvorrichtung 6 und die Speisepumpe 7 durch den Druckaufnehmer 37 im
Sinne einer Anfachung des Feuers und einer Vermehrung der Speisung beeinflußt werden.
Es entsteht mehr Dampf, der Druck
in der Dampferzeugeranlage steigt
und der Druckaufnehmer 14 vergrößert den Durchflußquerschnitt des Überströmorgans
3. Der Kraftmaschinenanlage 2 strömt somit mehr Dampf zu, ihre Drehzahl steigt,
so daß der Geschwindigkeitsregler 28 zunächst den Durchflußquerschnitt des Durchströmorgans
32 verkleinert und bei weiter steigender Drehzahl den Durchflußquerschnitt des Durchströmorgans
34 öffnet bzw. vergrößert. Es strömt dadurch mehr Dampf durch die Leitungen 23 und
24 in die Mischvorrichtung 22 und durch die Leitung 25 ein Gemisch von höherer Temperatur
in den Wärnieaustauscher 4, so daß mehr Dampf für die Wärmeverwertungsanlage erzeugt
und das anfängliche Sinken des Druckes in der Leitung 36 behoben wird.
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Bei abnehmendem Wärmebedarf und gleichbleibendem Kraftbedarf steigt
umgekehrt der Druck in der Leitung 36. Durch den Druckaufnehmer 37 werden sowohl
die Feuerungsvorrichtung als auch die Speisevorrichtung in dämpfendem Sinn beeinflußt,
so daß weniger Dampf erzeugt wird, was zur Folge hat, daß die Drehzahl der Kraftmaschinenanlage
2 sinkt und durch den Geschwindigkeitsregler 28 das Organ 34 geschlossen und das
Organ 32 geöffnet wird. Die Kraftmaschinenanlage erhält wieder mehr Dampf. Dafür
strömt sowohl durch die Leitung 24 als auch durch die Leitung z3 weniger Dampf zur
Mischvorrichtung 22. Der Wärmeinhalt des durch die Leitung 23 strömenden Gemisches
sinkt, so daß im Wärmeaustauscher 4 weniger Dampf erzeugt und der den Regelvorgang
verursachende Druckanstieg in der Leitung 36 wieder behoben wird.
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Verändert sich der Kraftbedarf bei gleichbleibendem Wärmebedarf, so
sinkt im Fall einer Zunahme des Kraftbedarfes die Drehgeschwindigkeit der Kraftmaschinenanlage
2. Der Regler 28 verkleinert den Durchflußquerschnitt des Organs 34 und vergrößert
den Durchströmquerschnitt des Organs 32, so daß weniger Dampf der Mischvorrichtung
22, dafür aber mehr Dampf der Kraftmaschine zuströmt, wodurch das anfängliche Sinken
der Drehgeschwindigkeit wieder aufgehoben wird. Gleichzeitig wird aber dem Wärmeaustauscher
4 weniger Wärme zugeführt und zu wenig Dampf für die Wärmeverwertungsanlage 5 erzeugt.
Der Druck in der Leitung 36 sinkt, wodurch der Dampferzeuger im Sinne einer Anfachung
beeinflußt wird und die Erhöhung der Dampfmenge sich der Mehrleistung der Kraftmaschinenanlage
2 anpaßt.
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Bei einer Abnahme des Kraftbedarfes steigt umgekehrt die Drehzahl
der Kraftmaschinenanlage 2, so daß der Durchflußquerschnitt des Organs 32 verkleinert
und der Durchflußquerschnitt des Organs 34 vergrößert wird. Dem Wärmeaustauscher
4 strömt dadurch mehr Dampf zu, so daß ein erhöhter Druck in der Leitung 36 erzeugt
wird. Dadurch wird der Dampferzeuger im Sinne einer Dämpfung beeinflußt, so daß
weniger Dampf erzeugt und die Dampfmenge dem verminderten Kraftbedarf angepaßt wird.
Das Verhältnis zwischen der durch die Leitung 23 und der durch die Leitung 24 dem
Wärmeaustauscher zugeführten Dampfmenge wird vorteilhaft so gewählt, daß bei größtem
Wärmebedarf in der Wärmeverwertungsanlage 5 durch die Leitung 23 ungefähr % und
durch die Leitung 24 ungefähr 15 zum Wärmeaustauscher . geführt werden.
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Verändern sich der Wärmebedarf und der Kraftbedarf gleichzeitig, so
werden die beschriebenen Regelvorgänge einander überlagert und die Leistung des
Dampferzeugers gemäß den jeweiligen im Betrieb der Wärmeverwertungsanlage und im
Betrieb der Kraftanlage sich ergebenden Bedingungen eingestellt.
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Es kann beispielsweise statt der Drehzahl der Speisevorrichtung bei
Anwendung von Kreiselpumpen auch der Durchflußquerschnitt der Speiseleitung verändert
werden. Bei Rost-, Öl- oder Gasfeuerungen wird vorteilhaft die Menge des zugeführten
Brennstoffes bzw. die Menge der zugeführten Verbrennungsluft verändert. Bei Wanderrosten
kann die Rostgeschwindigkeit verändert werden.
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Die in Abhängigkeit vom Zustand des Heizdampfes erfolgende Regelung
der Leistung des Dampferzeugers kann auch so erfolgen, daß nur eine Vorrichtung
des Dampferzeugers unmittelbar vom Heizdampf, andere Vorrichtungen dann von den
durch die Veränderung der ersten Vorrichtung entstehenden Veränderungen des Dampferzeugerbetriebes
beeinflußt werden. So kann z. B. nur die Feuerungseinrichtung des Dampferzeugers
in Abhängigkeit vom einen Zustand des Heizdampfes und die Speisemenge dann in Abhängigkeit
von der Temperatur des Dampfes im Dampferzeuger beeinflußt werden. Die Leistung-
der Dampferzeugeranlagekann auch durch einen vom Dampf der Wärmeverwertungsanlage
betriebenen Druckregler, Temperaturregler oder Mengenregler eingestellt werden.
Schließlich kann auch in der Dampfleitung der Wärmeverwertungsanlage eine Drosselstelle
vorgesehen sein, wobei in Abhängigkeit von dem sich einstellenden Druckunterschied
die Leistung der Dampferzeugeranlage geregelt wird. Sowohl für das für den Dampferzeuger
bestimmte - Speisemittel als auch für das im Wärmeaustauscher zu verdampfende Arbeitsmittel
können Rauchgasvorwärmer
angeordnet und durch die Feuerung der
Dampferzeugeranlage beheizt werden.
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Die Kraftmaschinenanlage kann aus mehreren Einheiten bestehen. Zur
Regelung der dem Austauschen zuzuführenden Dampfmenge können natürlich Durchflußorgane
entweder in den Entnahmeleitungen selbst oder in den Verbindungsleitungen zwischen
den verschiedenen Stufen angeordnet werden. Sie müssen ihrer Anordnung entsprechend
geregelt werden, d. h. im Fall der Anordnung in den Entnahmeleitungen in umgekehrtem
Sinn wie im Fall der Anordnung in der Verbindungsleitung.' Die verschiedenen Teile
der Kraftmaschinenanlage können miteinander mechanisch oder elektrisch gekuppelt
sein. In besonderen Fällen können einzelne Teile unabhängig voneinander, z. B. auf
besondere Netze, arbeiten. In anderen Fällen ist es auch möglich, mit den Kraftmaschinen
andere Arbeitsmaschinen als Stromerzeuger zu betreiben oder z. B. unmittelbar mechanische
A_ rbeit zu liefern. -Gegebenenfalls kann die Vorrichtung zur Mischung des Entnahmedampfes
mit dem Kondensat mit dem Wärmeaustauscher zu einer einzigen Vorrichtung vereinigt
werden. Der Wärmeaustauscher kann sowohl im Nebenschluß als auch in Hauptschaltung
zur Kraftmaschinenanlage angeschlossen werden. Das Kondensat kann schließlich in
besonderen Fällen auch getrennt vom Entnahmedampf und unter Umgehung der Wärmeaustauschvorrichtung
der Speisevorrichtung zugeführt werden.
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Bei sehr großen Veränderungen des Wärmebedarfes oder des Kraftbedarfes
können unter Umständen die Drücke in den Zwischenstufen der Kraftmaschinenanlage
und in der Wärmeverwertungsanlage in unzulässiger Weise ansteigen, weil der vorhandene
Dampf nicht verwertet werden kann. Es empfiehlt sich, um solchen Fällen zu begegnen,
in den den Dampf aus der Kraftmaschinenanlage zum Wärmeaustauscher führenden Leitungen
bzw. in den Leitungen der Wärmeverwertungsanlage Abblasevorrichtungen, beispielsweise
Sicherheitsventile, vorzusehen, die bei einem bestimmten Dampfdruck im Wärmeaustauscher
den Überschuß fortleiten. Gegebenenfalls kann auch der Wärmeaustauscher entweder
auf der vom Köpf der Kraftmaschinenanlage durchströmten Seite oder auf der vom Dämpf
der Wärmeverwertungsanlage durchströmten Seite oder schließlich auf beiden Seiten
als Speicher in der .Weise vergräßert sein, daß die Überschüsse bzw. die Mängel
an Arbeitsmittel bei raschen Veränderungen so lange die firn Flüssigkeitsinhalt
enthaltene Wärmemenge ausgleichen, bis die Regelungsvorrichtungen den Betrieb der
Dampfanlage dem neuen Kraftbedarf und dem neuen Wärmebedarf angepaßt haben.
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In der wärmeverwertenden Anlage können beliebige Heizvorrichtungen,
beispielsweise earmwasserbereitungsanlagen oder Heizvorrichtungen, für Apparate
usw: vorgesehen sein. In. besonderen Fällen ist es aber auch möglich, kleinere Kraftmaschinen
durch den Heizdampf zu betreiben, z. B. für den Antrieb von Ventilatoren oder Rührwerken.
Um in der wärmeverwertenden Anlage einen unveränderlichen Dampfdruck zu erhalten,
kann diese gegebenenfalls über ein Druckminderorgan, welches den Dampfdruck auf
ein und denselben Ausgangsdruck vermindert, an den Wärmeaustauscher angeschlossen
sein.