Verfahren zur Regelung des Wasserstandes in Dampferzeugern mit Verdampfungsekonomiser. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Wasser standes in Dampferzeugern, die mit Ober trommel und Verdampfungsekonomiser aus gerüstet sind. Die Erfindung besteht darin, dass ein grösserer Teil der einzuspeisenden Wassermenge durch den Verdampfungseko- nomiser geleitet und ein kleinerer Teil unter Umgehung des Verdampfungsekonomisers dem Dampferzeuger zugeführt wird.
Es ist zweckmässig, die durch den Ver- dampfungsekonomiser strömende Speisewas sermenge unabhängig vomWasserstand in der Obertrommel zu regeln. Sie kann in Funktion der abströmenden Dampfmenge oder der Feuerintensität geregelt werden. Die unter Umgehung des Verdampfungsekonomisers dem Dampferzeuger zugeführte Speisewasser menge kann in Abhängigkeit vom Wasser stand in der Obertrommel und gegebenenfalls noch zusätzlich in Abhängigkeit von der ab- strömenden Dampfmenge oder von der Feuer intensität reguliert werden.
Bekanntlich ist bei den mit natürlichem Umlauf betriebenen Strahlungskesseln die Wärmeübertragung durch die am natürlichen Umlauf angeschlossenen Heizflächen gegen über den entsprechenden Heizflächen von Mehrtrommelkesseln verhältnismässig kleiner, so däss die nachgeschalteten, nicht mehr- am natürlichen Umlaufsystem angeschlossenen Berührungsheizflächen einen entsprechend grösseren Wärmeanteil aufnehmen und über tragen müssen.
Von dieser verstärkten Wärmeübertragung werden insbesondere die zwangsläufig durchströmten Speisewasser- vorwärmer betroffen, wodurch in denselben öfters Dampfbildung eintritt.
Solche Dampfbildungen beeinflussen die an solchen Kesseln vorhandene selbsttätige Wasserstandsregelung in sehr starkem Aus mass. Jede Belastungsänderung des Kessels und ebenfalls jede Änderung der den Speise- wasservorwärmer durchströmenden Wasser menge bewirkt nämlich eine entsprechende Veränderung des Wasserinhaltes im Ekono- miser.
Diese Veränderung ist um so stärker, je tiefer der Betriebsdruck des Dampferzeugers und je stärker die- relative Dampfbildung im Ekonomiser ist. Diese Verhältnisse bewirken, dass jede Veränderung der Speisewassermenge erst mit- einer gewissen Verzögerung den Wasserstand in der Obertrommel beeinflusst.
Bei bekannten Verfahren zur Regelung des Wasserstandes in der Obertrommel von Naturumlaufkesseln mit Speisewasservor- wärmung wird das von einer Speisepumpe ge förderte Wasser über ein Speiseregelventil dem Ekonomiser und der Obertrommel zuge führt. Der Wasserstand in der Obertrommel wird mittels eines Niveaufühlers gemessen und der von diesem gegebene Regelimpuls auf das Speisewasser-Regelventil geleitet.
Handelt es sich um Dampferzeuger mit rela tiv kleinem Wasserinhalt, die überdies ra schen Belastungsänderungen unterworfen sind, so ist bereits vorgeschlagen worden, einen zusätzlichen Regelimpuls von der durch den Überhitzer abströmenden Dampfmenge auf das Speisewasser-Regelventil wirken zu lassen und dasselbe im Sinne einer Vorein stellung zu beeinflussen. Um die im Be- harrungszustand verbleibenden schiede in der Obertrommel einer Kesselan lage möglichst in kleinen Grenzen zu hal ten, kann nach bekannten Vorschlägen das Speisewasser-Regelventil mit einer nachgie bigen Rückführung ausgestattet sein.
Bei grösseren Kesselanlagen mit mehreren Speise- pumpen ist die Zweckmässigkeit erwiesen, die am Speisewasser-Regelventilwirksame Druck differenz durch einen Druckdifferenzregler konstant zu halten.
Bei diesen bekannten Regelschaltungen verursacht die verzögernde Wirkung in der Trommelspeisung eine grosse Erschwerung der Regelbedingungen, falls im Ekonomiser Dampfbildung auftritt. Zur Erzielung eines stabilen Regelverlaufes ist es in solchen Fäl len notwendig, den Regelvorgang entspre- chend träge verlaufen zu lassen, was zu gro ssen vorübergehenden Wasserstandsschwan kungen führt, die betriebstechnisch uner wünscht sind.
Mit der vorliegenden Erfin dung lässt sich dieser Nachteil vermeiden, indem die im Zusammenhange mit der Speise wasserregelung auftretenden Schwankungen der Speisewassermenge vom Verdampfungs- ekonomiser ferngehalten werden, wodurch sich optimale Beaufschlagungsverhältnisse desselben erzielen lassen. Im weiteren können durch Anwendung dieses Regelverfahrens günstigere Bedingungen für die Wasser standsregelung in der Obertrommel erreicht werden, so dass ein rascher Regelablauf mit relativ kleinen vorübergehenden Ausschlägen erzielbar ist. Das Verfahren ist nachstehend Beispiels weise an Hand der in den Zeichnungsfiguren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele von Kesselanlagen erläutert.
Das in die Kesselanlage gemäss Fig. 1 einzuspeisende Speisewasser gelangt über die Speisepumpe 1 in den Vorwärmer 2, in wel chem es bis nahe an seinen Verdampfungs- punkt aufgewärmt wird. An den Vorwär- mer 2 sind die beiden Leitungsstränge 3 und 11 angeschlossen. Der Leitungsstrang 3, führt über ein Regelventilgehäuse 5 und die Ver-. Bindungsleitung 6 direkt in die einen freien Wasserspiegel 8 aufweisende Obertrommel 7 eines Dampferzeugers.
Die Stellung des im Ventilgehäuse 5 angeordneten Ventilkörpers 4 wird mittels des Übertragungsgestänges 9 vom Schwimmer 10 in Abhängigkeit der Wasserspiegelhöhe 8 in der Obertrommel 7 geregelt. Der Leitungsstrang 11 führt über ein Re gelventilgehäuse 12; und eine Verbindungs- leitung 22 zum Verdampfungsekönomiser 14 und von diesem über die Leitung 15 in die Obertrommel 7.
Von der Obertrommel 7 führt eine Leitung 16- zum Überhitzer 17 und wei ter über die- Leitung 39 zur Verbrauchsstelle.
Der im. Regelventilgehäuse 12 ange ordnete Ventilkörper -13! ist mit dem Servo- motorkolben 19 verbunden, ' dessen. Zylinder 20 an die Steuerölleitung 21 angeschlossen ist. Auf der einen Seite ist der Kolben 19 mit tels der Druckfeder 18 gegen den Zylinder 20 abgestützt. Die Steuerölleitung 21 ist an den Steuerschieber 23 angeschlossen, der mit einer Zufuhrleitung 24 und einer Ablauflei tung 25 für Drucköl verbunden ist. Der Kol benschieber 26 des Steuerschiebers 23 steht mit den Membranen 27 und 28 der Druck differenzfühler 29 bezw. 30 in Verbindung.
Beide Druckräume des Druckdifferenzfühlers 29 sind vor bezw. nach einer in der Leitung 39 vorgesehenen Messblende 33 über Leitun gen 31 bezw. 32 verbunden. Die durch die Membrane 28 getrennten Druckräume des Druckdifferenzfühlers 30 sind über Leitun gen 34 bezw. 35 nach bezw. vor der in die Verbindungsleitung 22 neingebauten Mess- blende 36 angeschlossen. Der Sollwert der an der Blende 36 jeweilen erforderlichen Druck differenz wird in Abhängigkeit von der Druckdifferenz an der Blende 33 eingestellt, welche ein Mass für die durch die Leitung 39 abströmende Dampfmenge ergibt.
Nimmt beispielsweise die durch die Leitung 39 ab strömende Verbrauchsdampfmenge zu, so ver grössert sich die Druckdifferenz zwischen den vor und hinter der Messblende 33 herrschen den Drücken, so dass sich die Membrane 27 und der Kolbenschieber 26 nach abwärts ver schieben. Dadurch wird eine Verbindung zwi schen der Steuerölleitung 21 und der Ab laufleitung 25- hergestellt, wodurch der Kol ben 19 unter der Expansionswirkung der Druckfeder 18 nach rechts verschoben und der Ventilkörper 13 in Öffnungsrichtung be wegt wird.
Entsprechend der grösseren, durch die Leitung 39 abströmenden Verbrauchs dampfmenge wird daher eine grössere Wasser menge über die Leitung 22 dem Verdamp- fungsekonomiser 14 und der Trommel 7 zu geführt, die eine Vergrösserung der Druck differenz in den Leitungen 34 und 35 her vorruft, welche eine Rückführung der Mem brane 28 und das Schliessen des Kolbenschie bers 26 zur Folge hat, sobald zwischen den Membranen 27 und 28 der neue Gleich gewichtszustand zwischen über die Leitung 22 einströmendem Speisewasser und über die Leitung 39 ausströmendem Verbrauchsdampf eingetreten ist.
Die verhältnismässige Einstellung der beiden Regelventile 5 und 12 zueinander er folgt derart, dass ein grösserer Teil der einzu speisenden Wassermenge durch den Ver- dampfungsekonomiser 14 und ein kleinerer Teil auf direktem Wege über die Leitung 6 dem Dampferzeuger zugeleitet wird.
Bei der Dampferzeugeranlage nach Fig. 2 gelangt das von der Speisewasser pumpe 1 eingespeiste Wasser über die Ver- teilleitungen 3 und 11 zu den Ventilen 5 bezw. 12 und von diesen über die Leitung 6 bezw. über die Leitung 22, den Verdamp- fungsekonomiser 14 und die Leitung 15 in die Kesseltrommel 7. Aus dieser strömt der Saudampf über die Leitung 16 in den Über- hitzer 17 und von diesem über die Leitung 39 zur Verbrauchsstelle.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist auch im Beispiel nach Fig. 2 in die Leitung 39 eine Messblende 33 von kon stantem Durchflussquerschnitt eingebaut. Vor und nach, derselben sind die zum Druckdif- ferenzfühler 29 führenden Messleitungen 31 bezw. 32 angeschlossen.
Die im Druckdiffe- renzfühl-er 29 angeordnete Membrane 27 ist mit dem Kolbenschieber 26 verbunden, wäh rend das andere Ende dieses im Zylinder gehäuse 23 angeordneten Kolbenschiebers 26 an der Membrane 28 des mit den Messlei- tungen 34 und 35 verbundenen Druckdiffe- renzfühlers 30- befestigt ist. Die Messl:eitungen 34 und 35 sind nach bezw. vor der Messblende 36 an die Leitung 22 angeschlossen.
Das Schiebergehäuse 23 ist mit Leitungen 24 für die Zufuhr und 25 für den Ablauf von Drucköl verbunden. Vom mittleren Ringraum des Schiebers 23 führt die Steuerölleitung\ 21 zum Servomotorzylinder 20, dessen mit einer Druckfeder 18 belasteter Kolben 19 den Ven tilkörper 13 betätigt.
Auf dem Wasserspiegel 8 in der Ober trommel 7 ist ein Schwimmer 10 vorgesehen, welcher am einarmigen Schwenkhebel 40 be- festigt ist. Am Hebel 40 ist das Übertra gungsgestänge 41 aasgelenkt und mit einem Ende des Ventilsteuerhebels 42 verbunden. Das andere Ende des Steuerhebels 42 ist über eine Kolbenstange 43 mit dem durch die Feder 46 belasteten Servomotorkolben 44 verbunden, welcher im Druckzylinder 45 an geordnet ist. An den Druckzylinder 45 ist die Steuerölleitung 47 angeschlossen, welche mit dem Regelschiebergehäuse 48 verbunden ist, das mit der Leitung 24 für die Zufuhr und mit der Leitung 25 für die Ableitung von Drucköl in Verbindung steht.
Der mit Durchlässen 49 versehene Regelschieber 50 ist an die Membrane 51 des Druckdifferenz fühlers 52 angeschlossen, dessen beide Druck räume über Leitungen 53 bezw. 38 mit den Leitungen 31 bezw. 32 kommunizieren. Zwi schen dem Gestänge 41 und der Kolbenstange 43 ist am Steuerhebel 42 die mit dem Ventil körper 4 verbundene Ventilspindel 37 ange lenkt. Mittels dieser Anordnung können die vom Schwimmer 10 bezw. vom Kolben 44 erzeugten Regelbewegungen ohne gegensei tige Beeinflussung auf den Ventilkörper 4 übertragen werden.
Die verhältnismässige Grundeinstellung der beiden Ventilkörper 4 und 13 ist derart getroffen, dass ein grösserer Teil der einzu speisenden Wassermenge durch die Leitung 22 und den Verdampfungsekonomiser 14 und ein kleinerer Teil auf direktem Wege durch die Leitung 6 in den Dampferzeuger einge führt wird.
Zur Erklärung der Wirkungsweise der Re gelvorrichtung gemäss Fig. 2 wird von einem betrieblichen Gleichgewichtszustand ausge gangen, in welchem die durch die Leitung 39 abströmende Verbrauchsdampfmenge durch eine entsprechende, über die Leitung 6 und den Vorwärmer 14 eingespeiste Wassermenge laufend ersetzt wird. Findet nun eine Er höhung der Verbrauchsdampfmenge statt, so nimmt die Geschwindigkeit des durch die Messblende 33 strömenden Dampfes zu. Diese Geschwindigkeitszunahme bewirkt eine Ver grösserung der Druckdifferenz in den Mess- leitungen 31 und 32. Dadurch wird einesteils die Membrane 27 mit dem Kolbenschieber 26 und andernteils die Membrane 51 mit dem Re gelschieber 50 nach abwärts gedrückt.
Die Verschiebung des Kolbenschiebers 26 stellt ,eine Verbindung der Steuerölleitung 21 mit der Ablaufleitung 25 her. Die Druckfeder 18 kann dadurch den Kolben 19 und mit ihm den Ventilkörper 13 nach rechts (Fig. 2) ver schieben, so dass sich die durch das Ventil 12 strömende Wassermenge vergrössert.
Die erhöhte Wassergeschwindigkeit an der Mess- blende 36 bewirkt eine grössere Druckdiffe renz in den Messleitungen 34 und 35 und damit in den beiden Druckräumen des Druck differenzfühlers 30, wodurch die Membrane 28 den Kolben 26 nach aufwärts führt und die Verbindung zwischen der Steuerölleitung 21 und den Leitungen 24 und 25 unterbricht,
sobald der neue zwi schen der über die Leitung 22 fliessenden Wassermenge und dem durch die Leitung 39 strömenden Verbrauchsdampf hergestellt ist.
Durch die Bewegung des Regelschiebers 50 nach abwärts wird zwischen der Druck ölleitung 24 über die Bohrung 49 mit dem Schiebergehäuse 48 eine Verbindung her gestellt, wodurch so lange Drucköl in das Schiebergehäuse 48 und über die Steueröl- leitung 47 in den Servomotorzylinder 45 nachströmt, bis die vergrösserte, auf die Mem brane 51 wirkende Druckdifferenz mit dem auf den Regelschieber 50 wirkenden,
vergrö sserten Öldruck im Gleichgewicht ist. Der Kolben 44 wird dadurch entgegen dem Druck der Feder 46 nach abwärts geschoben, wobei einer jeden Druckhöhe des Steueröls in der Leitung 47 eine- bestimmte, von der Charak teristik der Feder 46 abhängige Stellung des Kolbens .44 entspricht. Infolge dieser Be wegung des Kolbens 44 führt der Steuerhebel 42 am Gestänge 41 eine .Schwenkung in Ge genuhrzeigerrichtung aus, wodurch die Spin del 37 den Ventilkörper 4 in Öffnungsrich tung bewegt.
Die durch das )Ventil 5 über die Leitung 6 in die Trommel 7 geleitete Speisewassermenge vergrössert sich.
Die in Abhängigkeit der durch die Lei tung 39 abströmenden Dampfmenge erzielte Regelung des Ventils 5 besitzt den Charak ter einer Voreinstellung. Die über die Leitung 6 und den Verdampfungsekonomiser 14 in die Trommel eingespeiste Wassermenge wird falls über die Leitung 16 nicht eine entspre chende Menge Sattdampf abströmt - ein Steigen des Wasserspiegels 8 zur Folge haben, so dass der Schwimmer 10 sich hebt und über das Gestänge 41 eine Schliessbewe gung des Ventilkörpers 4 einleitet.
Es wäre möglich, das Regelventil 5 mit einer nachgiebigen Rückführung auszurüsten, und es könnte, insbesondere bei Vorhanden sein mehrerer Speisepumpen 1, eine Druck differenzregelung vorgesehen sein, mittels welcher die am Regelventil 5 wirkende Druckdifferenz konstant gehalten wird. Die Anschlussstellen der Leitungen 6 und 15 zur Einleitung des Speisewassers in den Dampf erzeuger könnten an andern geeigneten Stel len als den in den Ausführungsbeispielen ge zeigten vorgesehen sein. Auch der Einbau der Messblende 33 ist nicht an die in den Aus führungsbeispielen gezeigte Stelle gebunden, da hiefür beispielsweise ebenfalls die Leitung 16 oder der Überhitzer 17 in Betracht fallen können.
Anstatt die Ventile 5 und 12 auf me chanischem oder hydraulischem Wege zu regeln, könnte dies pneumatisch, elektrisch usw. geschehen. Anstatt den Kolbenschieber 26 und gegebenenfalls den Regelschieber 50 vermittels eines Druckdifferenzfühlers durch die abströmende Dampfmenge zu beeinflus sen, wäre es möglich, einen andern Regel impuls auf diese Schieber einwirken zu las sen, z. B. die Feuerintensität oder damit im Zusammenhange stehende Steuergrössen, wie Brennstoffmenge, Verbrennungsluftmenge, Rauchgasmenge usw. Die Regelimpulse könnten gegebenenfalls zur Leistungsrege lung der an die Speisepumpen 1 angeschlos senen Antriebsmaschinen herangezogen wer den zwecks Ersatzes der Steuerung von Re gulierventilen 5 und 12, welche dadurch in Wegfall kommen können.
Falls für die Kes selspeisung mehrere Speisepumpen vorgese hen sind, so könnte eine Anzahl derselben auf das Ventil 5 und die übrigen Pumpen unabhängig vom ersteren auf das Regelventil 12 arbeiten, durch welche Massnahme sich die Drosselverluste auf ein Minimum herabsetzen lassen.