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Bei Dampfkesseln wird ein erheblicher Teil der durch die Feuerung zugeführten Wärme bekanntlich dazu benutzt, das Speisewasser bereits ausserhalb des Kessels, beispielsweise durch einen Rauchgasvorwärmer vorzuerhitzen. Obwohl sich dadurch bereits nennenswerte wirtschaftliche Vorteile durch Wiedergewinnung sonst in den Abgasen verlorengehender Wärme erzielen lassen, können solche Einrichtungen in'Zeiten hohen Dampfverbrauches nicht befriedigen, weil es damit nicht gelingt, das Wasser bis zur Siedetemperatur vorzuerhitzen.
Um während solcher Zeiten hoher Belastung Spitzenleistungen des Kessels erzielen zu können, hat man daher besondere Heisswasserspeicher vorgeschlagen, aus denen der Kessel zu Zeiten höchster Belastung unter Beschränkung oder Ausschaltung der normalen Vorwärmerspeisung mit Wasser beliefert wird. Dazu ist natürlich ein zweiter Behälter erforderlich, damit das durch den Vorwärmer geleitete Wasser während der Speisung aus dem Heisswasserspeicher aufbewahrt werden kann, der Vorwärmer also nicht zu ruhen braucht.
Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die Speisung von Dampfkesseln zeitweise mit Wasser von Vorwärmetemperatur und zeitweise mit Wasser von Siedetemperatur in der Weise zu ermöglichen, dass für die Aufbewahrung des Wassers verschiedener Temperaturen nur ein Behälter erforderlich ist und je nach den obwaltenden Betriebs-und Raumverhältnissen eine möglichst grosse Wirtschaftlichkeit des Betriebes bei grösster Einfachheit der gesamten Anlage erzielt werden kann.
Es sind dafür insbesondere folgende Gesichtspunkte zu berücksichtigen :
In Betrieben, wo der Speicherbehälter vorwiegend für kontinuierliche Speisung mit Heisswasser benutzt werden soll und nur kurze Zeiten der Aufspeicherung vor Spitzenbelastujig der Kesselanlagen in Frage kommen, ist es unnötig und nachteilig, im Speicherbehälter ständig einen grossen Vorrat von bis zur Verdampfungsgrenze erhitztem Wasser zu unterhalten. Bei kontinuierlicher Speisung erleidet nämlich der grosse, auf spätere Verwendung wartende Heisswasservorrat nur Wärmeverluste, die um so grösser sind, je grösser der Speicher bzw. seine Strahlungsfläche ist.
Gemäss der Erfindung geht man daher in solchen. Fällen in der Weise vor, dass die Erwärmung des Speisewassers im Speicherbehälter schichtweise derart erfolgt, dass sich oben eine heisse Schicht befindet, die beim Speisen durch von unten eingedrücktes kälteres Wasser unter tunlichster Vermeidung einer Vermischung der Schichten zum Kessel verdrängt wird.
Die einfachste Art, in der sich dieses Verfahren durchführen lässt, besteht darin, dass man einen Teil des Kesseh'aumes selbst als Speicher benutzt. so dass ein besonderer Speicherbehälter gänzlich fehlen kann, die Strahlungsverluste auf ein Minimum beschränkt bleiben und die Hilfsmittel sehr einfach und billig sind.
Dieses Verfahren bzw. die dazu dienende Einrichtung ist aber nicht für alle Fälle ausreichend, besonders wenn es sich darum handelt, zeitweise einen grösseren. Vorrat von Heisswasser vorrätig zu halten, In diesen Fällen ist ein besonderer Speicherbehälter vorzuziehen, und um in diesem eine schichtweise Erwärmung vornehmen zu können, kann erfindungsgemäss in seinem oberen und gegebenenfalls auch in seinem unteren Teil je eine Heizvorrichtung vorgesehen sein, durch welche es ermöglicht ist, bei kontinuier-
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die Erhitzung in verschiedenen Stufen vornehmen, das heisst, zur Speisung des Kessels mit nur vorgewärmtem Wasser bei normaler oder geringer Belastung braucht man nur sehr wenig Dampf oder Dampf geringerer Spannung durch die Heizvorrichtung'zu schicken,
während man bei kontinuierlicher Speisung mit Heisswasser die Dampfzufuhr oder Spannung steigert. In beiden Fällen erzielt man den Vorteil, dass von dem zur Verfügung stehenden Dampf nur immer so viel der Maschinenanlage entzogen zu werden braucht, als zum Unterhalt eines kleinen oder grösseren Vorrates an Heisswasser unbedingt erforderlich ist.
In Fällen, wo der Speicher in der Hauptsache für den Ausgleich von Spitzenbelastungen des Kessels herangezogen werden soll und die kontinuierliche Speisung über einen Vorwärmer erfolgt, ist es vorzuzièhen, die besondere Heizung des Speichers fortzulassen und den Speicherbehälter für Zeiten von Spitzenbelastungen vorher, d. h. in Zeiten geringer Belastung vom Kessel aus mit heissem Wasser aufzuladen.'Grosse Strahlungsverluste braucht man dabei nicht zu befürchten, weil der Zeitpunkt der Aufladung entsprechend gewählt werden und der Speicherbehälter, vorher entweder mit kälterem Wasser gefüllt oder leer sein kann.
Die Einrichtung ist dabei erfindungsgemäss so getroffen, dass sowohl heisses wie auch vorgewärmtes Wasser in ein und demselben Behälter aufgespeichert werden kann und dass für die Speisung sowohl mit Heisswasser wie auch mit vorgewärmtem Wasser nur eine Pumpe erforderlich ist, die vorgewärmtes Wasser auch unter Umgehung des Speichers zum Kessel fördern kann.
Den Wasserstand im Speicher kann man beliebig einstellen, ein Umstand, der erfindungsgemäss auch dazu benutzt ist, den Speicher zur Dampferzeugung heranzuziehen, denselben also als Dampfspeicher zur Belieferung eines Niederdrueknetzes zu benutzen. Dies erfolgt erfindungsgemäss mit Hilfe eines Überdruckventils, das in die Niederdrucldeitung mündet.
Auf diese Weise kann man erfindungsgemäss in ausserordentlich einfacher und wohlfeiier Weise den Kessel nach Wunsch mit Dampf unterstützen oder mit Vorwärmer-oder Heisswasser speisen.
Erfindungsgemäss ist aber auch eine Einrichtung getroffen, um dem Kessel bei Zuführung kälteren Speisewassers gleichzeitig heisses Wasser entnehmen zu können und dieses in den Speicher gelangen zu lassen, einmal um in Zeiten geringer Kesselbelastung die Dampfentwicidung in normalen Grenzen halten zu können und das andere Mal um die dabei überschüssige Wärme aufspeichern zu können. Da während dieser Zeit dem Speicher bei den bisher genannten Einrichtungen kein Wasser entnommen werden kann, so muss dafür Sorge getragen werden, dass der Wasserstand im Speicher nicht zu hoch steigen kann.
Anderseits aber muss wieder dafür gesorgt werden, dass in Zeiten, wo nur heisses Speisewasser gespeist werden darf, dem Speicher wieder genügend kälteres Wasser zugeführt wird, damit einerseits der Wasserspiegel im Speicher nicht zu sehr sinkt, anderseits aber der Ekonomiser nicht zur Ruhe zu kommen braucht.
Dieser Zweck wird erfindungsgemäss durch zwei im Speicher angeordnete Schwimmer erreicht, und um den Wasserumlauf in den gewünschten Richtungen bei dieser Einrichtung zu sichern, bedient man sich in die Leitungen eingebauter Pumpen, während vom Dampfdruck gesteuerte Ventile selbsttätig für die rechtzeitige Öffnung und Schliessung der Verbindungsleitungen zwischen Speicher und Kessel sorgen.
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denen eines im oberen und eines im unteren Teil des Speichers liegt.
In der Nähe des oberen Heizelements 13 ist der Speicher durch eine mit Absperrventil. M versehene Leitung-M mit dem Wasserraum des Kessels 1 verbunden, während unten eine von der Pumpe i7 kommende
Speiseleitung 18 in den Speicher 12 mündet. Die Gesamtanordnung ist so getroffen, dass der Wasserspiegel im Speicherbehälter 12 höher liegt als im Kessel, um bei gleichem Druck das Überströmen zum Kessel nach Öffnen des Ventils 15 sicherzustellen. An Stelle des Ventils 15 kann auch eine Förder- vorrichtung angeordnet werden, so dass man beim Speisen vom Speicherdruck unabhängig ist.
Schliesslich kann auch zwischen der Speiseleitung 18 des Speichers 12 und dem Kessel 1 eine in der Zeichnung strichliert angedeutete Umgehungsleitung 19 mit Absperrorgan 20 vorgesehen sein. welche die Kaltspeisung des Kessels unter Ausschaltung des Speichers ermöglicht.
Bei dieser Einrichtung ist ein besonderer Vorwärmer für das Speisewasser nicht erforderlich, denn wenn man in Zeiten normalen Dampfverbrauches in kontinuierlicher Weise lediglich vorgewärmtes Wasser speisen will, so braucht man durch den oberen Heizkörper nur entsprechend weniger Dampf oder weniger heissen Dampf durchzuschicken und von unten so viel kaltes Wasser dauernd in ruhiger Weise naehquellen zu lassen, als oben zur Speisung entnommen wird. Bei kontinuierlicher Speisung mit Heisswasser in Zeiten hoher Belastung schickt man entsprechend mehr Dampf oder mehr oder weniger überhitzten Dampf durch das Heizelement 13.
Will man aber für Zeiten von Spitzenbelastung einen grösseren Vorrat von Heisswasser in dem Behälter 12 unterhalten, ihn also als Wärmespeicher im eigentlichen Sinne benutzen, so kann man dabei in verschiedener Weise vorgehen.
Wenn der Spitzenbelastung eine Zeit geringer Belastung vorangeht, so kann man, falls eine Umgehungsleitung vorhanden ist, den Kessel zur Deckung des geringeren Dampfverbrauehes mit kaltem Wasser speisen und während dieser Zeit den Speicherinhalt mit Hilfe beider Heizelemente 18, 14 oder gegebenenfalls auch nur mit Hilfe des unteren auf die Siedetemperatur bringen. Man kann aber auch die Speisung des Kessels beim Einsetzen der Spitzenbelastung unterbrechen, bis das Wasser auf den zulässigen niedrigsten Stand gesunken ist und während dieser Zeit nur in den Speicher speisen und gleichzeitig durch beide Heizelemente das Speicherwasser in der oberen Schicht auf Siedetemperatur bringen.
Man kann dabei beliebige Zeit nachspeisen, da das untere Wasser im Speicher in der Zeit, welche es braucht, um nach oben zu gelangen, genügend heiss werden kann.
Wie aber aus Fig. 3-6 ersichtlich ist, kann man in Fällen, wo nur für bestimmte Zeiten von Spitzenbelastung Speisung mit heissem Speisewasser in Frage kommt, bei normalem Betriebe aber mit in einem Rauchgasvorwärmer vorgewärmten Wasser gespeist werden soll, die Heizvorrichtung entbehren, indem man den Speicher vor der Zeit der Spitzenbelastung aus dem Kessel mit Heisswasser aufladet.
Gemäss Fig. 3 wird der Kessel 1 in üblicher Weise aus einem Vorratsbehälter 21 durch die Pumpe 22 über den Rauchgasvorwärmer 23 und die mit Absperrorgan 24 versehene Leitung 25 gespeist. Zwischen dem Vorwärmer 28 und dem Ventil 24 ist von der Leitung 25 eine Leitung 26 abgezweigt, welche über ein Absperrorgan 27 zum Boden des Speicherbehälters 72 führt. Der obere Teil des Behälters 12 steht über eine Leitung 28 mit Absperrorgan 29 wieder mit der Leitung 25 in Verbindung. Der Behälter 12 kann
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Nähe des Behälterbodens, die andere 80 am oberen Teil des Behälters angeschlossen ist. mit dem Kessel 1 in Verbindung gesetzt werden.
Ferner ist an dem oberen Teil des Behälters 12 ein Überdruckventil 34 angeschlossen, das in eine Niederdruckleitung 35 mündet.
Das Niederdrucknetz 35 kann im Normalbetriebe in verschiedener Weise, z. B. vom Kessel 1 bzw. der Hochdruckdampfleitung H aus über das Druckminderventil V gespeist werden oder auch in anderer Weise, indem ihm z. B. Dampf zugeführt wird, der von einer mehrstufigen Kraftmaschine mit Zwischendampfentnahme geliefert wird.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende : Angenommen, der Behälter 12 enthalte nach längerer Ruhepause kaltes Wasser, sämtliche Absperrorgane seien geschlossen, der Kessel 1 befindet sich bereits auf Siedetemperatur. Um alsdann den Behälter 12 zu laden, öffnet man einfach die'Absperrorgane 32, 33 worauf das kalte Wasser aus 12 unter dem Einfluss des grösseren spezifischen Gewichtes nach dem Kessel überströmen und von diesem über die Leitung 30 heisses Wasser in den Speicher hineindrängen wird, so dass dieser sich mit Wasser von Siedetemperatur füllt. War der Speicher vorher leer, so braucht nur 33 geöffnet zu werden, um das heisse Wasser aus dem Kessel einströmen zu lassen.
Während der Zeiten normalen Dampfverbrauches erfolgt die Speisung bei geschlossenen Organen 27, 29, 32, 33 über das Ventil 24 und die Leitung 25. Wird aber nun bei stärkerem Dampfverbrauch 24 geschlossen, 27 und 29 aber geöffnet, so drückt die Pumpe 22 vorgewärmtes Wasser in den Behälter 12 und aus diesem heisses Wasser über die Leitung 28 zumKessel, woselbst das heisse Wasser entsprechend mehr Dampf bilden wird. Eine gewisse Dampfbildung wird aber auch im Speicher 12 erfolgen. Falls darin der Dampfdruck zu hoch wird oder falls der Druck im Niederdrucknetz 35 zu stark sinkt, öffnet sich das Überdruckventil 34 und aus dem Behälter 12 bläst der Dampf in die. Niederdruckleitung 35 ab.
Die Ausstattung des Überdruckventils 34 hängt von der Betriebsart ab.
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geblasen. Dieser Zustand darf mit Rücksicht auf den Vorwärmer nur vorübergehend sein.
Wenn mit einem ähnlichen vorübergehenden Vorkommnis während der Zeit der Heissspei-iung gerechnet werden muss, d. h. wenn während dieser Zeit periodisch kurze Spitzenleistung des Kessels zu erwarten ist, die durch die Heissspeisung allein nicht aufgebracht werden kann, so ist die Einrichtung nach Fig. 5 anzuwenden, bei welcher das Überdruckventil : J4 mit den Relais 37, 38 zusammenwirkt.
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gesperrt. Der Dampf bedarf wird dann durch starke Dampfentwicklung im Kessel und Unterstützung der Niederdruckleitung vom Behälter 12 aus bestritten. Auch dieser Zustand darf aber mit Rücksicht auf den Vorwärmer nur vorübergehend sein.
Bringen es aber die Betriebsverhältnisse mit sich, dass auch während der Heissspeisung mit einem Spitzenverbrauch gerechnet werden muss, für den die Heissspeisung allein nicht ausreicht und der über diejenige Zeit, während deren der Vorwärmer 23 ruhen darf, hinausgeht, so sind die Einrichtungen nach Fig. 3-5 nicht ausreichend. In diesem Falle wird die Einrichtung nach Fig. 6 gewählt, bei welcher zunächst der Dampfraum des Behälters 12 grösser ist, so dass man stets einen gewissen Dampfstand in demselben hat. Ferner wirkt bei dieser Einrichtung mit dem Überdruckventil. 14 das Relais 38 zusammen, welches das Absperrorgan 29 schliesst, wenn der Druck in der Niederdruckleitung 35 zu stark zurückgeht, das Ventil 34 sich also öffnet.
Das Ventil 27 bleibt dabei vorläufig offen, so dass der Vorwärmer im Betrieb, bleibt und während der Entnahme von Dampf aus dem Behälter 12 dauernd vorgewärmtes Wasser in diesen gespeist wird. In dem Behälter 12 kann natürlich nicht so viel Wasser verdampfen, als zugeführt wird und der Wasserstand steigt. Wenn nun auch der Behälter 12 so gross bemessen wird, dass die Überlastungsperiode im allgemeinen nicht über die Zeit hinausgeht, die der weiteren Füllung des Behälter, 12 bis zu einer gewissen Grenze entspricht, so kann es doch vorkommen, dass diese Periode einmal kurze Zeit länger dauert.
Um in diesem Falle zu vermeiden, dass das Wasser im Speicher 72 so hoch steigt. dass Wasser durch das Ventil : J4 in die Niederdruckleitung 35 mitgerissen wird, ist im Behälter 12 ein Schwimmer 39 vorgesehen, welcher mit dem Relais. 31 zusammenwirkt, durch welches das Absperrorgall 27 geschlossen wird, sobald der Wasserstand im Speicher 12 seine höchstzulässige Grenze erreicht hat.
Da somit die Wasserzufuhr zum Behälter 72 gesperrt ist, der starke Dampfverbraueh aber anhält, so wird in 12 beim Rückgang des Wasserspiegels ein entsprechender Druckabfall, also eine erhöhte Verdampfung einsetzen und ein schnelleres Sinken des Wasserstandes stattfinden, das Ventil 27 von Zeit zu Zeit also immer wieder öffnen, so dass der Vorwärmer nie völlig zur Ruhe kommt.
Der Schwimmer. 39 ist ferner so ausgebildet, dass er bei zu grossem Dampfstand bzw. zu niedrigem Wasserstand das Ventil 34 selbsttätig öffnet und das Absperrorgan 29 mittels des Relais -38 sperrt, so dass unter Abblasen von Dampf der Wasserstand bei offenem Organ 27 zunehmen muss, bis der Schwimmer. 39 das Ventil. 34 wieder freigibt, so dass es schliessen kann, worauf die Speisung ihren normalen Fortgang nimmt.
Die mit dem Ventil. 34 zusammenwirkenden Einrichtungen können natürlich in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, je nach dem Bedürfnissen des Betriebes. So kann z. B. bei den Einrichtungen nach Fig. 3-5 ein Schwimmer vorgesehen sein, der den Zufluss des Wassers in den Behälter 12 regelt bzw. das Mitreissen von Wasser durch das Sicherheitsventil verhindert. Auch kann die gesamte Einrichtung anders ausgeführt sein, als dargestellt. So kann z. B. das Ventil 24 und die zwischen dem Vorwärmer 23 und der Anschlussstelle der Leitung 28 liegende Strecke der Leitung 25 unter Umständen fehlen.
Die normale Speisung mit lediglich vorgewärmtem Wasser geht dann auf dem Wege 26, : 27. 12, JO, 31 vor sich, wobei das kalte Wasser einfach unter der Schicht heissen Wassers im Behälter 1 : Z weg- gedrückt wird.
Will man den Dampfkessel während der Zeit geringer Belastung auch Heisswasser während der Speisung mit Kaltwasser entnehmen und dasselbe zum Speicher fördern, so bedient man sich vorteilhaft der Einrichtung nach Fig. 7.
Gemäss dieser Darstellung führt vom Kessel 1 eine Heisswasserleitung 49 zum Speicher 12 und eine ebensolè1ie 50 vom Speicher 12 zur Speiseleitung 25 : In die erstere ist das selbsttätige Ventil 51 eingeschaltet
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vom Schwimmer 48 bedient wird.
Die Wirkungsweise der'ganzen Vorrichtung ist nun folgende : Bei Dampfminderbedarf entsteht zunächst eine Drucksteigerung im Kessel 1, die sich in die Speiseleitung 25' fortpflanzt. Infolgedessen
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heisses Wasser durch die Leitung 49 in den Speicher Der Wasserstand in diesem steigt, der Schwimmer 45 öffnet das Ventil 46 und die Pumpe 44 entnimmt unten aus. dem Speicher 12 kaltes Wasser und setzt es durch die Leitung 42 dem aus dem Ekonomiser 23 tretenden Speisewasser zu, mit dem zusammen es durch die Leitung : 25' in die Kesselanlage 1 gelangt.
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Speiseleitung 25'bzw. in den Kessel 1.
Während dieser Periode darf in dem Kessel kein ungenügend vorgewärmtes Wasser aus dem Ekonomiser 23 eintreten, anderseits darf aber auch der Durchfluss von Wasser durch den Ekonomiser nicht abgestellt werden. Um diese beiden Bedingungen zu erfüllen, öffnet sich unter dem Einfluss des infolge der Wasserentnahme sinkenden Schwimmers 48 das Ventil 47 und das Ekonomiserdruckwasser wird durch die Leitung 43 von unten in den Speicher geführt, wo es ohne Mischung mit dem Speicherinhalt das oben entnommene Wasser verdrängt und ersetzt.
Es ist klar, dass die Pumpen 40, S2 und 44 nicht ständig zu laufen brauchen, sondern gleichzeitig mit der Bedienung der zugehörigen Ventile ein- und abgestellt werden können. Die hiezu nötigen, gegebenenfalls selbsttätigen Vorrichtungen sind an und für sich im Dampfkesselbetriebe bekannt.
Im Vorstehenden ist der Einfachheit halber lediglich von Dampfkesseln, Wasser und Dampf gesprochen, doch versteht es sich von selbst, dass die Erfindung sinngemäss sich auch auf andere Flüssis- keiten wie Laugen u. dgl. anwenden lässt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betriebe von Dampfkesseln mit Speisewasserspeicher, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitweise Zuführung bzw. Entnahme des Wassers zu dem bzw. aus dem Speicher in der Weise erfolgt, dass in Zeiten normaler oder geringer Kesselbelastnng Wasser im Speicher unter schichtenweise in von unten nach oben wechselndem Masse erfolgender Erhitzung desselben angesammelt und das oben befindliche, in Zeiten hoher Kesselbelastung zum Kessel abzuführende hocherhitzte Wasser durch von unten eingeführtes Frischwasser unter Vermeidung einer Vermischung der beiden Schichten gehoben und-ersetzt bzw. verdrängt wird.