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Höehstdruekdampfkessel.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur indirekten Erzeugung von überhitztem Dampf in den unter dem Namen"Löffler-Kessel"bekannten Höehstdruckdampfkesseln, bei denen der Dampf mittels einer Pumpe aus einer unbeheizten Kesseltrommel entnommen, in einem Strahlungsüberhitzer und einem nachgeschalteten feuerberührten Überhitzer überhitzt, in zwangläufigem Kreislauf in den Wasserraum dieser Kesseltrommel eingeblasen und der Nutzdampf aus diesem Kreislauf hinter der Dampfumwälzpumpe entnommen wird.
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wärmer (Ekonomiser) mit 5 und ein Drosselorgan mit 7 bezeichnet ist.
Für die Wirtschaftlichkeit solcher Kesselanlagen spielt der Kraft-und Leistungsbedarf der die Dampfumwälzung besorgenden Pumpen eine grosse Rolle. Er ist bestimmt durch das sogenannte Umpumpverhältnis, d. h. das Verhältnis der umzupumpenden zur erzeugten Dampfmenge, und den Strömungswiderstand in den Überhitzerrohren und in den sonstigen Leitungen. Dieses Umpumpverhältnis ist bei gegebenem Druck durch die Überhitzungstemperatur des Umlaufdampfes und die Speisewasservorwärmung bedingt und ist um so kleiner, je höher die Überhitzungstemperatur und Speisewasservorwärmung sind.
Bisher glaubte man daher auch durch entsprechende Auslegung der Kesselanlage bei einem bestimmten gegebenen Dampfdruck mit einer möglichst kleinen umzupumpenden Dampfmenge, d. h. also mit möglichst hoher Überhitzungstemperatur des als Wärmeträger dienenden Dampfes sowie möglichst hoher Speisewasservorwärmung, den Leistungsbedarf der die Dampfumwälzung besorgenden Pumpe auf ein Mindestmass bringen zu können.
Einen Kessel für beispielsweise 130 at Dampfdruck und 500 C verlangter Überhitzung würde man nach der bisher bekannten Auffassung so bauen, dass das Umpumpverhältnis, d. h. das Verhältnis der umzupumpenden zur erzeugten Dampfmenge, durch Steigerung der Speisewasservorwärmung dem Wert 2'675 angenähert wird, der sich bei Vorwärmung des Speisewassers bis zur Sattdampftemperatur ergibt, und der noch herabgesetzt werden kann, wenn man einen Verdampfungsekonomiser verwendet.
Die Erfindung beruht nun demgegenüber auf der Erkenntnis, dass unter Voraussetzung der genügenden Sicherheit der Überhitzungsrohre gegen Verbrennen ein Kessel mit niedrigem Umpumpverhältnis, d. h. also mit hoher Speisewasservorwärmung gegenüber einem Kessel mit niedrigerer
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hat. Diese neue Erkenntnis geht dahin, dass für die Erzielung der kleinsten Umpumpleistung nicht die höchst zulässige Überhitzungstemperatur und die höchste erreichbare Speisewasservorwärmung, sondern die im Strahlungsüberhitzer zu beheizende Dampfmenge ausschlaggebend ist, wobei nicht die kleinstmögliche, sondern eine wesentlich grössere Umpumpdampfmenge die günstigsten Verhältnisse ergibt.
Das ergibt sich aus folgender Überlegung :
Bei jeder Kesselanlage muss an die Strahlungsheiziläche eine Wärmemenge abgegeben werden, die sich nicht nach Erfordernissen des Dampfkreislaufes bestimmt, sondern nach den Bedingungen der Feuerung, wie beispielsweise den Eigenschaften der Kohle und der Schlacke, der Temperatur der Verbrennungsluft usw. Ein Kessel mit kleinem Umpumpverhältnis ergibt deshalb eine höhere Dampftemperatur im Strahlungsüberhitzer als ein solcher mit grösserem Umpumpverhältnis.
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Zwecks Einhaltung der Sicherheit für die Überhitzerrohre und deren Schutz gegen Verbrennen muss infolgedessen ein Kessel mit kleinem Umpumpverhältnis gegenüber einem Kessel mit grösserem Umpumpverhältnis mit grösserer Dampfgeschwindigkeit kalkuliert werden, damit die erforderliche Kühlung erreicht wird. Diese Erhöhung der Dampfgeschwindigkeit ergibt aber einen wesentlich höheren Reibungswiderstand in den Rohrschlangen und damit eine Erhöhung des Pumpengegendruekes. Der sich hieraus ergebende Leistungsbedarf der Pumpe wird dadurch so gross, dass es, wie festgestellt werden konnte, wirtschaftlicher ist, mit einem grösseren Umpumpverhältnis zu arbeiten als man es bisher für richtig angenommen hatte.
Erfindungsgemäss wird also durch Einhaltung eines wesentlich grösseren Umpumpverhältnisses eine Verkleinerung des sich aus dem kleinstmöglichen Umpumpverhältnis ergebenden Kraftbedarfes für die Dampfumwälzung erzielt, u. zw. liegt die unterste Grenze desselben bei den Werten des Umpumpverhältnisses, die gleich oder grösser sind als die in Kurve A (Fig. 2) der beigefügten Zeichnung dargestellten Werte.
Die Erfindung besteht also darin, im Gegensatz zur bisherigen Ansicht jene wesentlich höheren Werte des Umpumpverhältnisses bei gegebenen Drücken festgestellt zu haben, die in der beigefügten Kurve A (Fig. 2) dargestellt sind, und die, wenn sie nicht unterschritten werden, einen geringeren Kraftbedarf für das Umpumpen erfordern, wogegen man bisher annahm, dass man die Verringerung des Kraftbedarfes nur erreichen kann, wenn man bei den gleichen Drücken mit dem Umpumpverhältnis unter die Werte der Kurve heruntergeht. Daher wird erfindungsgemäss auch die Überhitzungstemperatur des als Wärmeträger dienenden Dampfes und die Vorwärmung des Speisewassers derart bemessen, dass das Umpumpverhältnis sich nach Kurve A der Fig. 2 oder grösser ergibt.
In dieser Kurve bezeichnet u das Umpumpverhältnis in Kilogramm des umgepumpten Dampfes zum erzeugten Dampf als Ordinate und den Kesseldruck p in alla als Abszisse.
Die obere Grenze für das Umpumpverhältnis richtet sich hiebei nicht nach der Frage des Kraftbedarfes für die Dampfumwälzung, sondern nach rein konstruktiven Gesichtspunkten, die sich in erster Linie bei der Konstruktion der Überhitzer aus der Grösse der umzuwälzenden Dampfmenge ergeben.
Da nun die Dampfgeschwindigkeit in den Überhitzer, die zu deren Sicherung gegen Verbrennen erforderlich ist, sieh nach der Dauerstandfestigkeit des Baustoffes der Überhitzerrohre, insbesondere der durch die Strahlung getroffenen und den höchsten Feuergastemperaturen ausgesetzten Überhitzerteilen richtet, so ist bei Baustoffen mit höherer Dauerstandfestigkeit in jedem Fall der Leistungsbedarf für die Dampfumwälzung geringer als bei Baustoffen mit niedrigerer Dauerstandfestigkeit.
Bei ersteren wird unter der gemachten Voraussetzung gleicher Sicherheit eine höhere Temperatur der Rohrwandung zulässig und ergibt sich danach der kleinste Leistungsbedarf für die Dampfumwälzung, wenn die durch Kurve A bestimmten Werte für das Mindestumpumpverhältnis erfindungsgemäss einen Zuschlag nach Kurve B der Zeichnung erfahren. Diese Kurve ergibt den erforderlichen Zuschlag in Prozenten des Umpumpverhältnisses 1t der Kurve A in Abhängigkeit von der Dauerstandfestigkeit (angegeben in kg/rnrn2 bei 5500 C) für die hier als Baustoff in Betracht kommenden Stähle, deren Dauerstandfestigkeit in der Fig. 3 mit 3-18 zugrunde gelegt sind, da geringere und höhere Dauerstandfestigkeiten nicht in Frage kommen.
Das erfindungsgemässe Mindestumpumpverhältnis ist aber auch von der Temperatur abhängig, mit der das Speisewasser in den Ekonomiser eintritt, und es ist gegenüber den Werten nach Kurve A, um die aus Kurve C der Zeichnung (Fig. 4) hervorgehenden Zuschläge zu erhöhen. In dieser Kurve ist dieser Zuschlag wiederum in Prozenten des Umpumpverhältnisses u der Kurve A als Funktion der Speisewasserzulauftemperatur t in Grad Celsius aufgetragen. Es sind dabei die für den Speisewasserzulauf praktisch in Betracht kommenden Temperaturen von 80-2200 C zugrundegelegt.
Der Leistungsbedarf für die Dampfumwälzpumpe ist naturgemäss ferner abhängig von den Dampfgeschwindigkeiten w (m/see) in den Aussenleitungen des Kreislaufes angegeben, die für die praktisch in Betracht kommenden Werte mit 5-35 m/see zugrundegelegt sind.
Bei einem Kessel nach obigem Beispiel wäre das Umpumpverhältnis zwecks Erzielung des jeweils kleinsten Leistungsbedarfes für die Dampfumwälzung also nicht dem Wert 2"675 anzunähern, der der früheren Auffassung entspricht, sondern unter Voraussetzung eines niedrig legierten, für die Überhitzer üblichen Mo-Stahles, der bei 550 C eine Dauerstandfestigkeit von 8 kg per kg/mm2 hat,
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Nach der Erfindung ist also die Vorwärmung des Speisewassers, um den kleinstmöglichen Leistungsaufwand für die Dampfumwälzung zu erhalten, umso geringer zu wählen, je höher die Überhitzung des Dampfes abgesetzt ist.
Vielfach wird es aber notwendig sein, zwecks günstigster Ausnutzung der Rauchgaswärme usw. eine höhere Speisewasservorwärmung anzuwenden, als sie sieh nach dem Vorschlag der Erfindung ergibt, insbesondere dann, wenn eine hohe Überhitzung des Nutzdampfes verlangt wird und nach der vor-
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liegenden Entwicklung die angewendeten Überhitzungstemperaturen noch weiter gesteigert werden.
Eine solche Erhöhung der zuzulassenden Speisewasservorwärmung bei verlangter hoher Überhitzung des Nutzdampfes wird weiter erfindungsgemäss dadurch ermöglicht, dass die Temperatur des als Wärmeträger in die Kesseltrommel eintretenden Dampfes durch Beimischung von Dampf gesenkt wird, der zwischen dem Strahlungsüberhitzer 3 und dem Berührungsüberhitzer 4 bei 6 über ein einstellbares Drosselorgan 7 (Fig. l) in einem bei allen Belastungen gleichbleibenden Mengenverhältnis entnommen wird. Hiebei bleiben die dem Löffler-Verfahren eigenen Vorteile in vollem Masse erhalten. Mit Hilfe dieser Massnahme wird auch leicht ein Verdampfungsekonomiser anwendbar, ebenso wie unter besonderen Umständen auch zwecks Erzielung geringsten Leistungsbedarfs für die Dampfumwälzung ein Verdampfungsekonomiser notwendig werden kann.
Die Entnahme bei 6 kann irgendwo im Strahlungs- überhitzer oder im Nachüberhitzer erfolgen. Wichtig ist nur, dass sie vor dem Ende des Nachüberhitzers erfolgt. Anstatt des Drosselventils kann auch ein Teil des Nachüberhitzers in die Entnahme eingeschaltet werden.
Die Vorteile der Erfindung sind nicht davon abhängig, ob der als Wärmeträger dienende Dampf mit dem zu verdampfenden Wasser erst in der Kesseltrommel gemischt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Höchstdruckdampfkessel mit mittelbarer Dampferzeugung durch überhitzten Dampf, der mittels einer Pumpe aus einer Kesseltrommel entnommen, in einem Strahlungsüberhitzer und nachgeschaltetem Berührungsüberhitzer überhitzt und in zwangläufigem Kreislauf in den Wasserraum dieser Kesseltrommel eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (u) der von der Pumpe zu fördernden Dampfmenge zu der erzeugten Dampfmenge zwecks Erzielung des jeweils kleinsten Leistungsbedarfes für die Dampfumwälzung bei gegebenem Dampfdurck durch gegenseitige Abstimmung von Überhitzungstemperaturen und Speisewasservorwärmung derart vergrössert wird, dass es mindestens den in Kurve A der Zeichnung dargestellten Werten entspricht, d.. h. für Kesseldrücke von 80,120, 160 ata mindestens 3-9, 3-25 und 2-9 beträgt.