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Anlage zur Dampf- oder Warmwassererzeugung mittels Abgasen von Dieselmotoren oder Gasturbinen unter Verwendung einer Zusatzfeuerung
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Dampf- oder Warmwassererzeugung mittels Abgasen von Die- selmotoren oder Gasturbinen unter Verwendung einer mit Öl oder Gas betriebenen Zusatzfeuerung, bei der die Abgase des Dieselmotors bzw. der Gasturbine und die Verbrennungsgase der Öl- bzw. Gaszusatzfeue- rung zwei getrennten Heizflächen eines Kesselsystems zur Dampf- oder Warmwassererzeugung zugeführt werden, wobei die der Zusatzfeuerung zugeordnete Heizfläche in bezug auf Wärmeleistung von der Wär- meabgabe der Abgase des Dieselmotors bzw. der Gasturbine und von dem gesamten Wärmebedarf in Ab- hängigkeit gestellt ist.
Bei derartigen Anlagen ist es bekannt, die Verbrennungsgase des Ölbrenners von der Brennerkammer in die oberhalb liegende Berührungsheizfläche abzuführen. Dabei gelangen die Abgase vom Dieselmotor in die seitlich liegenden Strahlungskammern des Kessels und strömen im oberen Teil des Kessels in die
Verbrennungskammer ab. Dort tritt dann eine Mischung der Abgase mit den Verbrennungsgasen der Öl- feuerung ein. Bei einer im Dieselmotor auftretenden Fehlzündung und damit verbundenen Drucksteigerung in der Abgasleitung wird im Feuerraum des Kessels ein Überdruck eintreten, durch welchen die Feuergase über die Ölbrenner ins Freie gelangen können bzw. durch welchen diese Feuergase das Verbrennungsluftgebläse der Ölfeuerung mit hochtemperierten Gasen beaufschlagen und gegebenenfalls auch zerstören können.
Gemäss der Erfindung wird dieser Nachteil bei solchen Kesselanlagen dadurch beseitigt, dass ein wasserseitig an eine oder mehrere Kesseltrommeln angeschlossenes Rohrsystem zwei voneinander getrennte Heizflächen besitzt, von denen die eine den Kanal für die Abgase eines Dieselmotors oder einer Gasturbine, die andere dagegen die Brennkammer für eine Zusatzkammer für eine Zusatzfeuerung bilden.
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäss ausgebildete Anlage zur Erzeugung von Dampf mittels der Wärme der Abgase von Dieselmotoren oder Gasturbinen von Lokomotiven oder stationären Anlagen in mehreren Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht. In Fig. 1 ist das Schaltbild einer solchen Anlage mit im Längsschnitt dargestellten Heizflächen veranschaulicht. Die Fig. 2 zeigt die Heizflächen samt Brennkammer und Kesseltrommel im Querschnitt. In den Fig. 3 und 4 ist eine im Umgehungskanal angeordnete Doppelklappe schematisch in Seitenansicht und in Stirnansicht dargestellt. Eine zweite Aus- führungsform der Anlage ist in den Fig. 5, 6 und 7 im Längsschnitt, im Querschnitt und im Horizontalschnitt veranschaulicht.
Zwei weitere Ausführungsformen der Anlage, bei der beide Heizflächen in einer gemeinsamen Kesseltrommel untergebracht sind, sind im Längsschnitt und Querschnitt in den Fig. 8 und 9 bzw. 10 und 11 dargestellt. Die Fig. 12 und 13 zeigen eine weitere mögliche Ausführungsform im Längsschnitt und Querschnitt, und die Fig. 14 und 15 stellen einen kombinierten Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung nach dem La-Mont-System mit Umwälzpumpe im Längsschnitt und Querschnitt dar.
Gemäss dem ersten, in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Abhitzekessel mit einer mit Öl betriebenen Zusatzfeuerung vorgesehen. Diese Anlage besitzt eine Kesseltrommel 1 mit eingebauten Rauchrohren 2.
Die Kesseltrommel 1 der Anlage besitzt gemäss den Fig. 1 und 2 durchgehende Rauchrohre 2. Die
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Heizfläche für die Abhitzegase des Dieselmotors od. dgl. wird aus Rohrsektionen gebildet, die aus den seitlichen Rohren 3, den Bodenrohren 4, den Deckenrohren 5 und Siederohren 6 bestehen, welche in die Boden-und Deckenrohre eingeschweisst sind und in einen Strömungskanal 7 für die Abhitzegase des Die- selmotors oder einer Gasturbine münden. AnStelle von Siederohren können Rillenrohre, Rippenrohre, Nai delrohre od. dgl. verwendet werden. Von der oben angeordneten Kesseltrommel 1 wird das Kesselwasser durch Fallrohre 8 einem unter den Rohrsektionen horizontal angeordneten Verteilerrohr 9 zugeführt, das das Wasser durch Verbindungsrohre 10 den Rohrsektionen zuleitet.
Das in den Rohrsektionen infolge der abgegebenen Wärme der Abgase erzeugte Dampf-Wassergemisch wird über die seitlichen Rohre 3 und Ver- bindungsrohre 11 an die Kesseltrommel 1 abgegeben. Die an der Gaseinströmseite des Strömungskanals 7 angeordneten wasserführenden Rohre 12 bilden in ihrem unteren Teil eine zusätzliche Heizfläche. Das in diesen Rohren 12 erzeugte Dampf-Wassergemisch wird über das Sammelrohr 13 und die Überströmrohre 14 der Kesseltrommel 1 zugeführt.
Von dem Dieselmotor 15 werden die Abgase über eine Rohrleitung 16 dem Strömungskanal 7 und da- mit den Rohrsektionen 3,4, 5,6 der Abhitze-Heizfläche zugeführt. In die Rohrleitung 16 ist in bekannter Weise ein Dehnungsausgleicher 17 eingeschaltet. Die Rohrleitung 16 ist an den Strömungskanal 7 ange- flanscht, welcher auch an seiner Ausgangsseite einen Flansch zum Anschliessen des Gasabzugkanales 18 besitzt, durch den die abgekühlten Abgase ins Freie abziehen können.
Die Anlage hat als Zusatzfeuerung eine mit Öl zu betreibende Verbrennungskammer 19, welche bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar über dem Gaszugkanal 7 angeord- net ist und von den Rohren 3 gebildete Seitenwände aufweist. In der Verbrennungskammer 19 sind an deren
Rückwand die vom Gaszugkanal 7 hochgeführten Rohre 12 als Strahlungsrohre angeordnet, die das Dampf-
Wasser-Gemisch über das Sammelrohr 13 und die Überströmrohre 14 der Kesseltrommel l zuführen. Der Ölbrenner 20 der Verbrennungskammer 19 bezieht die Verbrennungsluft über die Leitung 21. Mittels des Verbrennungsluftgebläses 22 werden die Verbrennungsgase von der Brennkammer 19 entlang den die Rück- wand 23 auskleidenden Strahlungsrohren 12 hochgeführt und im Bereich der Kesselstirnwand durch die
Rauchrohre 2 hindurchgeleitet.
Die Kesseltrommel 1 bildet innerhalb der Brennkammer 19 eine zusätz- liche Strahlungsheizfläche. Sämtliche die Kesseltrommel1 durchziehende Rauchrohre 2 sind an eine ge- meinsame Rauchsammelkammer 24 angeschlossen, die einen eigenen Rauchgasabzug 25 besitzt, der zen- tral in den Rauchgasabzugskanal 18 der abgekühlten Abgase hinein und in diesem bis zu dessen Mündung hochgeführt ist. Der Rauchabzug 25 kann auch getrennt geführt werden.
Über den Sommerbetrieb bleibt der Kessel 1 ausgeschaltet. Zu diesem Zweck ist eine Umgehungs- leitung ? 6 vorgesehen, die die Abgase des Dieselmotors 15 direkt in den Abzugskanal 18 leitet, von wo sie ins Freie abströmen können. Zur vollkommenen Abschaltung der Abhitzeheizflächen können sowohl in der Gaszuleitung 16 als auch im Gasabzugkanal 18 Absperrschieber 27,28 angeordnet werden. In der
Umgehungsleitung 26 ist eine Sperrklappe 29 eingebaut, die für den Sommerbetrieb offen bleibt und so den freien Abzug der Abgase unter Ausschaltung der Kesselanlage gewährleistet.
Für den Winterbetrieb dagegen wird diese Absperrklappe 29 in der Umgehungsleitung 26 geschlossen, sodass die Abgase gezwungen sind, den Weg durch die Gasleitungen 16,7 und 17 zwecks Wärmeabgabe an die Abhitzeheizfläche 3 - 6 zu nehmen. Diese Absperrklappe 29 ist als Doppelklappe ausgebildet, wie dies in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Die beiden Klappen 29 und 30 der Doppelklappe schliessen zusam- men den Gesamtquerschnitt der Umgehungsleitung ab. Die Klappe 29 ist durch eine Steuereinrichtung 31 elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch beeinflussbar und wird je nach den erwünschten Be- triebsbedingungen entweder von Hand aus oder vom Kesseldruck aus automatisch gesteuert.
Die andere
Klappe 30 wird nur durch ein Gewicht 32 oder eine Federkraft in der Sperrlage erhalten und öffnet sich selbsttätig bei Auftreten von Verpuffungen, die eine plötzliche und unerwünschte Drucksteigerung in den
Abhitzeleitungen zur Folge haben.
Im Winter wird der Dampf in erster Linie mittels der Abgase des Dieselmotors 15 oder der Gasturbine erzeugt. Steht z. B. der Dieselmotor mit einer Leistung von 1100 PS in Betrieb, dann kann mittels der
Dieselabgase die gewünschte Dampfleitung von 200 kg/h erzeugt werden. Wird eine geringere Dampf- menge für die. Waggonheizung-benötigt, dann würde bei gleichbleibendem Anfall an Dieselabgas mit einem Ansteigen des Kesseldruckes zu rechnen sein. Um ein Abblasen der Sicherheitsventile zu vermeiden, wird die Kesselleistung dadurch herabgesetzt, dass ein Teil der Abgase des Dieselmotors 15 über die
Umgehungsleitung 26 ins Freie abgeführt wird.
Hier setzt die selbsttätige Regelung durch die Doppelklap- pe 29 ein, indem diese Klappe mittels eines Verstellmotors oder eines Verstellkolben in Abhängigkeit vom Kesseldruck (Manometer 36) auf elektrischem, hydraulischem oder pneumatischem Wege betätigt wird.
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Bei Teillasten des Dieselmotors sind die Abgasmengen und demgemäss auch die Dampfmengen gerin- ger, weshalb die fehlende Dampfmenge mittels der Zusatzfeuerung aufgebracht werden muss. Auch die
Zusatzfeuerung wird automatisch vom Kesseldruck aus gesteuert. Sinkt der Kesseldruck beispielsweise un- ter 4 atü, dann wird automatisch die Zusatzfeuerung in Betrieb gesetzt.
Die Dampfentnahme aus dem Kessel 1 erfolgt über das Hauptventil 33. Das Sicherheitsventil ist mit
34, das Entlüftungsventil mit 35 und das Abschlammventil mit 37 bezeichnet. FUr die Kesselspeisung sind z. B. zwei Rohwasserbehälter 40 und eine Elektrospeisepumpe 41 vorgesehen, die mittels der Saugleitung
42'an die beiden Speisewasserbehälter angeschlossen ist. Die Kesselspeisepumpe 41 drückt das Rohwasser über die Leitung 43 und 44 in den Basenaustauscher 45. Das enthärtete Zusatzwasser wird im weiteren Ver- lauf über die Leitungen 46 und 47, Wassermesser 48, Rohrleitung 49, Rückschlagventil 49a, den Siliphos- apparat 50, Rohrleitung 51 und Speiserückschlagventil 52, Speise-Absperrventil 53 an die Kesseltrommel 1 abgegeben. Die Regulierung der Kesselspeisung erfolgt automatisch.
Vorgesehen ist ein Schwimmerge- häuse 54 mit eingebautem Schwimmer, der mit dem eingebauten Anlasser 55 in Verbindung steht. Je nach Wasserstandshöhe wird dann auf elektrischem Weg die Kesselspeisepumpe ein-oder abgeschaltet.
Weiters ist ein zweites Schwimmergehäuse 56 mit eingebautem Automatikkasten 57 vorgesehen, welcher auf elektrischem Weg bei Unterschreitung des niedrigsten Wasserspiegels die Zusatzfeuerung ausser Betrieb setzt. Auf dem Schwimmergehäuse 54 ist auch der Wasserstandsanzeiger 58 angebracht.
Es besteht auch die Möglichkeit, mittels eines automatischen Speiseregelventils 51a, das vom Kesselwasserstand aus automatisch gesteuert wird, die Kesselspeisung zu regeln.
Gemäss denFig. 5, 6 und 7 besteht der Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung aus zwei Kesseltrommeln la, Ib, um mit einer möglichst geringen Bauhöhe das Auslangen zu finden. Jede der beiden Kesseltrommeln la, Ib speist sowohl in der unten angeordneten Brennkammer 19 als auch im Abhitzekanal 7 je ein Rohrsystem. Beide Rohrsysteme 64a, 64b der Brennkammer 19 werden von den Feuergasen bestrichen, und ebenso stehen beide Rohrsysteme 59a, 59b im Gaskanal 7 unter dem Einfluss der Abhitzegase des Dieselmotors bzw. der Gasturbine.
Die Abhitzeheizfläche besteht aus zweiRohrsektionen 59a, 59b, die mit den Wasserzufuhrrohren 60a, 60b an die Kesseltrommel la, lb angeschlossen sind. Das Dampfwassergemisch gelangt über Verbindungsrohre 61a, 61b zu den Kesseltrommeln la, Ib. Die beiden Rohrsektionen 59a, 59b liegen mit ihren Sam- melkammern 62a, 62b unmittelbar aneinander und nehmen den ganzen Kanalquerschnitt des Abgaskanals 7 ein. Für die Öl-oder Gasfeuerung ist eine Brennkammer 19 unter dem Gaszugkanal 7 vorgesehen, deren Seitenwände aus Flossenrohren 63a, 63b bestehen. Die Berührungsheizflächen werden aus Rohrsektionen 64a, 64b gebildet, die zwischen der Brennkammerwand (Flossenrohre 63a, 63b) und einer Aussenwand liegen, die von Sektionsrohren 65a, 65b gebildet wird.
Wasserseitig sind diese Rohrsektionen 64a, 64b über Verbindungsrohre 66a, 66b an die Kesseltrommeln angeschlossen. Von der Brennkammer 19 gelangen die Rauchgase über die Durchgangsöffnungen 67 zu der Berührungsheizfläche und werden über die Abzugrohre 68 abgeführt. Das erzeugte Dampf-Wasser-Gemisch wird über die Rohre 69a, 69b und Sammelkammer 62a, 62b, Verbindungsrohre 61a, 61b an die Kesseltrommeln la, 1b zugeführt.. Die Rohrsektionen 59a, 59b des Abgaskanals 7 und die in der Brennkammer 19 angeordneten Rohrsektionen 64a, 64b werden von den Kesseltrommeln la, Ib direkt mit Wasser versorgt und liefern unabhängig voneinander das Dampf-Wasser-Gemisch an die Kesseltrommeln über die Leitungen 69a, 69b, 61a, 61b wieder ab.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 8 und 9 sind in einer einzigen Kesseltrommel sowohl die aus Rauchrohren gebildete Abhitzeheizfläche 75 als auch die Heizflächen 78 der Öl-oder Gaszusatzfeuerung angeordnet. Die Brennkammer besteht aus den Flossenrohren 76, einer Umlenkkammer 77 mit anschliessenden Rauchrohren 78. An die Kesseltrommel 1 sind aussen der Gaszufuhrkanal 79 und der Gasabzug 80 angeschlossen. Der Umgehungskanal 81 mit der Sperrklappe bleibt ausserhalb der Kesseltrommel. Die Rauchgasabfuhr von der Zusatzfeuerung erfolgt über das Abzugsrohr 83. Der Brenner ist mit 84 bezeichnet.
Die gemäss den Fig. 10 und 11 dargestellte Anlage ist mit der Ausführungsform gemäss den Fig. 8 und 9 identisch bis auf die Umkehrkammer 77, die ausserhalb der Trommel angeordnet ist. In diese Umkehrkammer kann ein Überhitzer eingebaut werden. Es können auch in die Abgasleitungen Speisewasservorwärmer oder Verbrennungsluftvorwärmer 85, 86 eingebaut werden.
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chen aus Rauchrohren 87 bestehen und die Berührungsheizflächen der Zusatzfeuerung 88 eingebaut sind. Die Brennkammer der Zusatzfeuerung ist mittels Strahlungsrohren 89,90 ausgelegt, die mit entsprechenden Verbindungsrohren an die Kesseltrommel1angeschlossen sind. Mit 91 ist der Brenner bezeichnet. Das Abhitzegas wird durch die Leitung 92 den Rauchrohren 87 zugeführt. Der Umlenkkanal 93 mit Klappe 94
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ist aussen geführt.
Die Ausführungsform nach den Fig. 14 und 15 zeigt einen nach dem La-Mont-System gebauten Ab- hitzekessel, bei welchem gleichfalls eine Zusatzfeuerung vorgesehen ist. Aus der Kesseltrommel 1 wird über die Leitung 95 das Kesselwasser der Umwälzpumpe 96 zugeführt. Diese Pumpe drückt das Wasser über ; Leitungen 97 zu den Eintrittskamnnern 98, 99, in welchen die bekannten La-Mont-Düsen eingebaut sind.
An die Eintrittskammern 98 sind die Rohre 100 angeschlossen, die im weiteren Verlauf die Berührungsheiz- flächen für die Zusatzfeuerung 101 bilden. Anschliessend daran wird mit diesen Rohren die Feuerraum- decke 102 gebildet. Schliesslich werden im weiteren Verlauf mit diesen Rohren die Abhitzeheizflächen 103 gebildet und münden die Rohre in die Sammelkammer 104, wo das Dampf-Wasser-Gemisch über Verbin- ) dungsrohre 105 der Kesseltrommel l zugeführt wird. Die Seitenwände der Brennkammer werden aus den
Rohren 106 gebildet, die an die Eintrittskammer 99 bzw. Austrittskammer 107 angeschlossen sind. Die
Abführung des Dampf-Wasser-Gemisches erfolgt über die Leitung 108 zur Kesseltrommel.
Dieses Rohr- system ist schematisch dargestellt und kann den jeweiligen Bedingungen entsprechend schaltungsmässig an- gepasst werden. i Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass es ohne weiteres im Rahmen der Erfindung möglich ist, dass beide Heizflächen aus je einer oder mehreren Kesseltrommeln la, 1b mit eingebauten Rauchrohren bestehen, zwischen denen die Brennkammer 19 der Zusatzfeuerung mit seitlichen Strahlungsrohren 3 liegt,
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undPATENTANSPRÜCHE :
1.
Anlage zur Dampf- oder Warmwassererzeugung mittels Abgasen von Dieselmotoren oder Gastur- binen unter Verwendung einer mit Öl oder Gas'betriebenen Zusatzfeuerung, bei der die Abgase des Die- selmotors'bzw. der Gasturbine und die Verbrennungsgase der Öl- bzw. Gaszusatzfeuerung zwei getrennte
Heizflächen eines Kesselsystems zur Dampf- oder Warmwassererzeugung zugeführt werden, wobei die der
Zusatzfeuerung zugeordnete Heizfläche in bezug auf Wärmeleistung von der Wärmeabgabe der Abgase des Dieselmotors bzw. der Gasturbine und von dem gesamten Wärmebedarf in Abhängigkeit gestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein wasserseitig an eine oder mehrere Kesseltrommeln angeschlossenes Rohr- system (z.
B. 3, 4, 5, 6) zwei voneinander getrennte Heizflächen (7 und 19) besitzt, von denen die eine den
Kanal (7) für die Abgase eines Dieselmotors oder einer Gasturbine, die andere dagegen die Brennkammer (19) für eine Zusatzfeuerung bilden.