Anlage zur Erzeugung von Heisswasser und Dampf. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mit mindestens einem Vorwärmer und einem Verdampfer ausgerüstete Anlage zur Erzeugung von Heisswasser und Dampf. Sie besteht darin, dass der Vorwärmer mit einer Netzrücklaufwasser führenden Leitung und einer zweiten, den Verdampfer umgehen den, zu einem Gefäss führenden Leitung ver bunden ist, an welches der Verdampfer eben falls angeschlossen ist, wobei die durch den Vorwärmer strömende Wassermenge ge wichtsmässig grösser ist als die aus dem Ver dampfer anfallende Dampfmenge.
Erfahrungsgemäss müssen Heisswasserkes sel in vielen Fällen derart gebaut werden, dass sie auch für die Abgabe von Dampf geeignet sind, der z. B. für Russbläser, für mit Dampf betriebene Notgruppen, für die Dampfhei zung der zentrale und dergleichen Verwen dung findet. Abgesehen hiervon müssen oft an solchen Anlagen dampfabblasende Sicher heitsventile vorgesehen sein, wie sie beispiels weise bei der Anordnung grosser Roste not wendig sind, weil beim Überheizen der Kes- .sei eine gewisse Zeit zur Dämmung des Feuers zur Verfügung stehen muss, damit der Rost keinen Schaden erleidet.
Muss bei Anlagen zur Erzeugung von Heisswasser allein mit unerwünschter Dampf bildung gerechnet werden, so ergeben sich bei der Verwendung bekannter Vorwärmer- Konstruktionen Schwierigkeiten dadurch, dass beispielsweise gesetzliche Vorschriften die Anordnung von Rippenrohr-Gusseconomisern verbieten.
Bei Schlangenrohr-Economisern ist die Dampfbildung in denselben an sich zu lässig; sie führt jedoch zu Unstabilitäts- erscheinungen zwischen einzelnen parallel ge schalteten Rohrsträngen, welche bei einer be sonderen Ausführungsform des Erfindungs gegenstandes durch Einschalten von Verteil- düsen vermieden werden können.
Da aber er findungsgemäss die durch den Vorwärmer strömende und den Verdampfer nicht berüh rende Wassermenge die im Verdampfer er zeugte Dampfmenge gewichtsmässig über steigt, ist eine Dampfbildung im Vorwärmer überhaupt nur in Grenzfällen möglich.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind auf den beilie genden Zeichnungen schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 eine Anlage mit Ex pansionsgefäss und Naturumlaufkessel, Fig. 12 eine solche mit Schichtspeicher und Zwangs- umlaufverda.mpfer und F'ig. 3 eine Anlage: mit Schichtspeicher und zwei Abhitzekesseln.
Die Anlage gemäss Fig. 1 ist mit einer vom Pressostaten 21 selbsttätig geregelten Einrichtung 1 zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen, einem als Zweitrommelkessel ausgebildeten Verdampfer 2 und einem Vor wärmen 3 ausgerüstet. Über die Leitung 5 ist der Vorwärmen mit dem als Expansionsgefäss dienenden. Gefäss 4 verbunden. Der Vorwä,r- mer 3 ist ferner mittels der Verbindungslei tung 6 an den Rücklauf 7 des Heisswasser- Verteilungsnetzes 8 angeschlossen.
Zwischen i den Leitungen 6 und 7 ist ein Mischventil 9 eingeschaltet, von welchem eine Zweigleitung 10 zur Saugleitung der Vorlaufpumpe 11 führt. Derselben fliesst Heisswasser über die Vorlaufleitung 12 aus dem Unterteil des Ex pansionsgefässes 4 zu. Sie versorgt das Heiss wassernetz 8, wobei zur Einhaltung von be stimmten Temperaturen des dem Verteilungs netz 8 zugeführten Heisswassers das Misch ventil 9 mittels des Thermostaten 13 selbst tätig geregelt wird.
Der Verdampfer 2 wird mit natürlichem Gefälle über die Speiseleitung 14 aus dem Unterteil des Expansionsgefässes 4 gespeist. Die dem Verdampfer 2 zufliessende Wasser menge wird vom Regelventil 20 bemessen, welches vom Niveauregler 22 in Abhängig keit vom Wasserstand gesteuert wird. Vom Verdampferteil 2 führt die mit einem Sicher heitsventil 19 versehene Dampfleitung 15 zum Dampfraum 4' des Expansionsgefässes 4 und zum Gebrauchsdampfnetz 16, aus wel chem das Kondensat mit Hilfe der Rückför- derpumpe 17 über die Leitung 18 in die Rücklaufleitung 7 gefördert wird.
Die in den Dampfraum 4' des Expansionsgefässes -1 geleitete Dampfmenge dient zur endgültigen Aufwärmung des aus dem Vorwärmen 3 kom menden Wassers. Gegenüber der bekannten Eeonomiserschaltung, bei welcher die ganze Speisewassermenge nach Durchlaufen des V or- wärmers in die Verdampfertrommel einge führt wird, lässt sich mit der Anlage nach Fig. 1 eine Verbesserung des Kesselwir- kungsgrades bei gleichzeitiger Reduktion der notwendigen Verdampferheizfläche erzielen,
indem in der Anlage gemäss Fig. 1 die durch den Vorwärrner 3 fliessende Wassermenge 6-10mal grösser ist als die Dampfproduk tion im Verdampfer 2.
Die in Fig. 2 gezeigte Anlage weist einen Z@T < iiiderrost .2:"5 auf, über welchem im Strah- lungsteil ein Zwangsumlaufver dampfen 42 mit Verteildüsen 31 eingebaut ist, während im Berührungsteil ein Selilangenrohrvorwär- mer 46 angeordnet ist.
An diesen Vorwärmen 46 ist die Leitung 47 und die Rückführlei- tung 23 angeschlossen, wobei in letztere eine Vorwärmerumwälzpumpe 24 eingeschaltet ist. Von der Rückführleitung 23 zweigt die Lei tung 25 über ein Regelventil 26 ab und führt zur Kaskade 43, welche sich im Dampfraum 7' eines Schichtspeichers 27 befindet. Die Regelung des Ventils 26 geschieht selbst tätig in Abhängigkeit von dem im Dampf raum 2<B>7</B> herrschenden Druck mit Hilfe des Pressostaten 28, und zwar derart,
dass bei gegenüber dem Betrieb#druck herrschendem Unterdruck im Dampfraum 27' das Ventil 26 gedrosselt wird, während es sich bei Überdruck öffnet.
Die Heisswasserschicht '27" im Schicht speicher 27 ist über eine Leitung 29, in welche die Verdampferumwälzpumpe 30 ein geschaltet ist, mit den Verteildüsen 31 des Zwangsumlaufverdampfers 42 verbunden. von welchem die Dampfleitung 32 in den Dampfraum<B>27'</B> des Schichtspeichers 27 zu rückführt.
An den Dampfraum<B>27'</B> ist das dampfabblasende Sicherheitsventil 48 ange- schlossen. f Vom Schichtspeicher 27 führt die Ileiss- zvasserleitung 33 über eine Vorlaufpumpe 34 zum Ileisswasserverteilungsnetz 35, welches mit der Rüeklaufleitung 36 in Verbindung steht.
Dieselbe führt über ein vom Heisswas- serthermostaten 38 gesteuertes Mischventil 37, von welchem aus einerseits die Zweig- leitung 39 zur Vorlaufpumpe 34 und an derseits die Verbindungsleitung 40 zu einer Speicherumwälzpumpe 41 und weiter zur Rücklaufleitung 23 führt.. Mit der Leitung 40 ist der Unterteil des Speichers 27 durch die Verbindungsleitung 44 verbunden.
Zur Inbetriebsetzung der Anlage und zur Aufladung des Speichers 27 werden zunächst die Speicherumwälzpumpe 41, die Vorwär- merumwälzpumpe 24 und die Verdampfer umwälzpumpe 30 angelassen und dann der Kessel angeheizt. Die Vorlaufpumpe 34 bleibt abgestellt.
Das über die Leitung 44 dem Speicher 27 entnommene, den Vorwär- mer 46 durchströmende Wasser wird erwärmt und über die Leitungen 47, 32 dem Speicher wieder zugeführt, desgleichen das dem Spei cher 27 über die Leitung 29 entnommene Heisswasser, das im Verdampfer 42 teilweise verdampft und über die Leitung 32 mit jenem der Leitung 47 gemischt wieder in den Speicher 27 gelangt. Solange im Dampfraum 27' der Betriebsdruck nicht erreicht ist, bleibt das Regelventil 2.6 geschlossen. Der im Ver dampfer 42 erzeugte, über die Leitung 32 dem Speicher zugeführte Dampf erhöht all mählich den Druck im Dampfraum 2<B>7</B> bis auf den normalen Betriebsdruck.
Wird die ser überschritten, so öffnet sich das Regel ventil 26, so dass, von der Speicherumwälz- pumpe 41 gefördert, kaltes Wasser in den Dampfraum einströmt und der Druck infolge Kondensationswirkung sinkt. Ist der Speicher bis zu einer gewissen Höhe aufgeladen, so wird die Vorlaufpumpe 34 in Betrieb gesetzt und heisses Brauchwasser wird dem Vertei lungsnetz 35 zugeführt.
Besteht Gleichge wicht zwischen Wärmeerzeugung im Kessel und Wärmeverbrauch im Verteilungsnetz 35, so strömt das in der Leitung 36 sich sam melnde, abgekühlte Wasser über die Leitun gen 40 und 23 in den Vorwärmer 46 und weiter in den Dampfraum 27' des Speichers 27, während im Kreislauf der Leitung 29 des Verdampfers 42 und der Leitung 32 eben falls eine Erhitzung und teilweise Ver dampfung stattfindet.
Ist der Wärmeverbraueh im Verteilungs netz 35 grösser als die Wärmeerzeugung im Nessel, so wird der Mehrverbrauch dem Spei cher entnommen, und zwar dadurch, dass bei sinkendem Dampfdruck im Dampfraum<B>27'</B> das Regelventil 26 vom Pressostaten. 28 ge schlossen wird, so dass ein> Teil des über die Leitung 36 geförderten, abgekühlten Wassers von der Leitung 40 über die Leitung 44 in den,-Unterteil des Speichers 27 einströmt. Der Speicher 27 wird entladen.
Ist umgekehrt die Wärmeerzeugung grösser als der Wärme verbrauch, so wird dem Speicher 27 über die Leitung 44 Kaltwasser entnommen und zu sammen mit aus der Sammelleitung 36 zu strömendem Wasser über die Pumpen 41 und 24 dem Vorwärmer 46 zugeleitet. Es findet eine weitere Aufladung des Speichers 27 statt. In dieser Weise werden die Unter schiede in der Wärmeerzeugung und dem Wärmeverbrauch bis -zu einem gewissen Grade vom Schichtspeicher 27 ausgeglichen, so dass eine durch die Trägheit der Anlage ohnehin erschwerte Momentan-Feinregelung der Wärmeerzeugung nicht notwendig ist.
Die Anordnung nach Fig. 2 besitzt gegen über bekannten Ileisswasser-Erzeugungsanla- gen den Vorteil, dass die im Verdampfer 42 zirkulierende Umwälzwassermenge unabhän gig von derjenigen im Vorwärmer 46 ist. Er findungsgemäss ist ihr Gewicht ein Bruch teil des Gewichtes. der letzteren. Da sie ausser dem konstant sein kann, ergibt sich der wei tere Vorteil, dass die Verteildüsen für diese konstante .Wassermenge bemessen werden können.
(Bekanntlich wächst die Druckver- lustzunahme in einer solchen Düse mit der zweiten Potenz der Zunahme der durchge setzten Wassermenge. Während sie also nur bei der zu ihrer Dimensionierung zugrunde gelegten Wassermenge mit einem gewünsch ten Druckabfall arbeitet, steigt der letztere bei zunehmender Wassermenge rasch auf un tragbare Werte an).
Ist bei einer Anlage nach h"ig. 2 zeitweise mit einem so geringen Wärmeverbrauch zu rechnen, dass der Schichtspeicher vollständig mit Heisswasser aufgeladen wird, dann wird auch bei voll- offenem Regelventil 26 Heisswasser über die Leitungen 44, 40 und 25 in die Kaskade 43) gefördert, so dass dem aus der Leitung 32 zuströmenden Dampf nicht genügend Wärme zum Niederschlag entzogen werden kann. Der Dampfraum 27' wird überladen, und das Si cherheitsventil tritt in Tätigkeit. In solchen Grenzfällen kann es auch im Vorwärmer 46 zur Dampfbildung kommen.
Um dabei mög liche Unstabilitätsersclheinungen zu vermei den, können die Rohrschlangen des Vorwär- mers ebenfalls mit Verteildüsen ausgerüstet werden, die dann aber so bemessen sind, dass sie erst bei beginnender Dampfbildung wirk sam werden.
In der in F'ig. 3 dargestellten Anlage sind zwei Abhitzekessel 68 vorgesehen, welche je aus einem nach dem Zwangsumlaufprinzip arbeitenden Vorwärmer 69 und einem Ver dampfer 70 bestehen. Der Schichtspeicher 71 ist über die Leitung 49 und die an diese an geschlossenen, je eine L mwälzpumpe 51 auf weisenden beiden Leitungsstränge 50 mit den Verteildüsen 52 der beiden Verdampfer 70 verbunden.
Die Verdampfer 70 sind mittels Leitungen 54 an die Leitung 55 angeschlos sen, welche die beiden Vorwärmer 69 mit dem Dampfraum 71' des Schichtspeichers 71 verbindet. Die zu den Verteildüsen 53 der Vorwärmer 69 führende Rücklaufwasserlei- tung 56 weist eine Speicherumwälzpumpe 58 und ein hinter dieser eingeschaltetes Regel ventil 57 auf.
Das Regelventil 57 wird in Abhängigkeit von dem im Dampfraum 71' herrschenden Druck mittels eines Pressosta- ten 72 gesteuert, und zwar in der Weise, dass es sich bei einem über den Betriebsdruck steigenden Druck mehr öffnet und bei ab sinkendem Druck die Rücklaufwasserzufuhr zu den Vorwärmern 69 drosselt. In die Lei tung 56 ist ein Mischventil 59 eingebaut, an das die Rücklaufleitung 60 und die zur Saugseite der Vorlaufpumpe 63 führende Zweigleitung 61 angeschlossen sind.
Zwi schen der Speicherümwälzpumpe 58 und dem Mischventil 59 ist an die Leitung 56 die Ver bindungsleitung 62 zum Unterteil des Spei chers 71 angeschlossen. Aus dem mit Heiss- wasser gefüllten Teil des Speichers 71 führt die Heisswasserleitung 64 zur Vorlaufpumpe 63, an welche das Heisswasserverteilungsnetz 65 angeschlossen ist. Die Regelung des Mischventils 59 in Abhängigkeit von einer voreinzustellenden Temperatur des Brauch wassers erfolgt selbsttätig mittels des in der Vorlaufleitung zu den Verbrauchern 65 an geschlossenen Thermostaten 66.
Wird die v oreingestellte Temperatur des heissen Brauchwassers überschritten, so öffnet sich das Mischventil 59, so dass über die Leitung 61 Rücklaufwa.sser dem aus dem Speicher entnommenen Heisswasser beigemischt wird. Am Dampfraum 71' ist ein Sicherheitsventil 67 angeordnet, über welches bei Überschrei tung einer Sicherheitsdruckgrenze im Druck raum 71' Dampf abgeblasen wird.
Zur Inbetriebnahme der Anlage und Ruf ladung des Schichtspeichers 71 werden die Speicherumwälzpumpe 58 und die beiden Verdampferumlaufpumpen 51 angelassen. Aus der Heisswasserschicht des Speichers 71 wird dadurch den Verdampfern 70 über die Leitungen 49 und 50 Wasser zugeführt und über die Leitungen 54 und 55 dem Dampf raum 71' zugeleitet. Sobald der Druck im Speicher ansteigt, öffnet sich das Regelven til 57, so dass die Wasserzirkulation über die Leitungen 62 und 56 zu den Vorwärmern 69 und weiter über die Leitung 55 in den Dampfraum 71' einsetzt.
Der Speicher 71 wird schichtweise in der Richtung von oben nach unten aufgeladen, wobei der über die Leitungen 54 in die Leitung 55 strömende Dampfanteil - soweit er durch Mischung mit dem in den Vorwärmern 69 erwärmten Wasser nicht zur Kondensation gelangt - sich im Dampfraum 71' sammelt, wodurch der Druck bis auf den Betriebsdruck von z. B.
10 atü steigt, welchem eine Heisswassertem peratur im Speicher 71 von 180' C entspricht. Durch Inbetriebsetzung der Vorlaufpumpe 63 wird über die Leitung 64 Heisswasser von 180'' C gefördert, dem durch entsprechende Einstellung des Thermostaten 66 und dessen Einwirkung auf die Stellung des Mischven tils 59 über die Leitung 61 äbgekühltes Rücklaufwasser aus, der Sammelleitung 60 in solcher Menge beigemischt wird, dass die ins Heisswasserverteilungsnetz 65 geförderte Brauchwassermenge eine vorgeschriebene tie fere Temperatur von z. B. 175 C aufweist.
Das über die Sammelleitung 60 rückgeför derte, bei einem bestimmten Wärmeverbrauch z. B. auf 80 C abgekühlte Brauchwasser fliesst im Beharrungszustand der Anlage über die Pumpe 58, das Regelventil 57 und die Rücklaufleitung 56 in die Vorwärmer 69 und weiter über die Leitung 55,in den Spei cher 71 zurück. Besteht zwischen Wärmever brauch und Wärmeerzeugung kein Gleich gewichtszustand, so wird der Ausgleich durch den Schichtspeicher 71, herbeigeführt. Ist z.
B. der Wärmeverbrauch im Heisswasserver- teilungsnetz 65 grösser als die Wärmeerzeu gung in den Abhitzekesseln 68, so wird die Temperatur des durch die Leitung 55 dem Speicher 71 zugeführten Heisswassers sinken. Dies bewirkt eine Verminderung des Druckes im Dampfraum 71', wodurch der Pressostat 72 auf das Regelventil 57 im Sinne einer Schliessbewegung einwirkt.
Die durch die Leitung 56 geförderte Wassermenge -wird kleiner und durch die Drosselwirkung des Ventils 57 strömt ein Teil des durch die Sammelleitung 60 anfallenden, abgekühlten Wassers über die Leitung 62 in den .Speicher <B>71,</B> so dass derselbe Wärme abgibt. Ist um gekehrt der Wärmeverbrauch geringer als die Wärmeerzeugung, ,so steigt die Temperatur des aus den Vorwärmern 69 in die Leitung 55 strömenden Wassers. Dies hat eine ver mehrte Dampfabscheidung zur Folge, was eine Drucksteigerung im Dampfraum 71' be.. wirkt.
Der Presso.s.tat 72 gibt dadurch einen Regelimpuls im Sinne einer vermehrten Öff nung auf das Regelventil 57. Wie bei der Inbetriebsetzung der Anlage strömt aus dem Schichtspeicher 71 über die Leitung 62 Kalt wasser zusammen mit dem aus der Sammel leitung 60 anfallenden in die Leitung 56 ein. Die Kaltwasserschicht im Speicher 71 ver kleinert sich, wodurch er aufgeladen wird.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 sind die beiden Vorwärmer 69 unter sich gleichmässig mit Wasser beaufschlagt. Die Gesamtvor- wärmer-Speisemenge ist jedoch abhängig von der Gesamtbelastung beider Abhitzekess.el 68. Besteht die Möglichkeit, dass dieselben in starkem A%asse einer ungleichen Beheizung ausgesetzt werden, so müssen die Verdampfer <B>'(0</B> derart eingerichtet sein, dass sie mindestens die Hälfte der Wärmeaufnahme eines einzel nen Kessels übernehmen können.
Damit eist gewährleistet, dass in den Vor wärmern 69 auch dann keine Dampfbildung auftritt, wenn der eine Kessel mit Vollast und der zweite Kessel mit Nullast betrieben wird. Ein richtungen zur geregelten Verteilung der durch die Vorwärmer 69 zirkulierenden Was sermenge auf die beiden Kessel sind infolge dessen (nicht notwendig. Dadurch, dass die Verdampfer 7 0 durch das in den Vorwär- mern 69 vorgewärmte Wasser nicht berührt werden, ergeben sich bedeutende Vorteile für die Regulierung der Anlage.
Die Öffnung oder die Schliessung des vom Druck oder der Temperatur im Dampfraum 71' gesteuerten Regelventils 57 hat unverzüglich eine Ver grösserung oder Verkleinerung der in den Schichtspeicher 71 zurückfliessenden Wasser menge zur Folge. Bei bekannten Anlagen strömt das in den Vorwärmern vorgewärmte Wasser dem Verdampfer zu, wodurch infolge der Dampfbildung eine nachteilige Verzöge rung auftritt, bis sich jeweils Beharrungs zustand ausgebildet hat. Auch beü der in F'ig. 3 gezeigten Anlage ist das Gewicht der aus den Verdampfern 70 anfallenden Dampf menge kleiner als dasjenige der gleichzeitig durch den Vorwärmer strömenden Wasser menge.
Es kann ein Bruchteil des letzteren sein, da der erzeugte Dampf nur- zur Wärme abgabe an den Speicher 71, nicht aber zur Zirkulation im Verbrauchsnetz herangezogen -wird, während die durch die Vorwärmer 69 geleitete Wassermenge auch das Verbrauchs netz durchströmt. Selbstverständlich findet eine Vermischung des Kondensates des aus den Leitungen 54 über die Leitung 55 in den Speicher eintretenden Dampfes mit dem von den Vorwärmern kommenden Wasser statt. Dies hat jedoch auf die Grösse der in den Verdampfern verarbeiteten Wassermenge kei nen Einfluss.
Beim Überladen des Speichers 71 steigt der Druck, das Sicherheitsventil 67 öffnet sich, aus, der Leitung 62 erhalten auch die Vorwärmer 69 zu heisses Wasser und eine Dampfbildung in letzteren kann nicht ver mieden werden, obwohl das Regelventil 5 7 vom Pressostaten 72 voll geöffnet und da durch die den Vorwärmern 69 zufliessende Wassermenge auf das erreichbare Maximum gesteigert -wird. Um nun eine Dampfbildung im Schlangenrohr-Vorwärmer 69 unschädlich zu machen, sind Verteildüsen 53 vorgesehen.
Dieselben sind derart bemessen, dass sie wenigstens bei voll offenem Regelventil 57 das Wasser gleichmässig auf die Parallel stränge verteilen, wodurch ein stabiler Be trieb gewährleistet ist.
Es ist zweckmässig, wenn der als Zwangs umlaufverdampfer mit Verteildüsen ausgebil dete und betriebene Verdampfer ausschliess lich zur Auskleidung des Feuerraumes ver wendet ist.