Verfahren zur Umwälzung von Kesselwasser in einem Zwangumlaufdampferzeuger Die Erfindung hat ein Verfahren zur Um wälzung von Kesselwasser in einem Zwang umlaufdampferzeuger zum Gegenstand. Fer ner bezieht. sich die Erfindung auf eine Ein richtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bisher war es üblich, in Zwangumlauf- dampferzeugern für die Umwälzung des Kes selwassers Schleuderpumpen zu verwenden, die motorisch angetrieben wurden. Es war nötig, besondere Sicherungen zu treffen, um bei Ausfall der von aussen zugeführten An triebsenergie den Zwangumlauf aufrechtzuer halten.
Ferner ist bekannt, für die Umwälzung von Kesselwasser Strahlpumpen zu verwen den, wobei als Treibmittel Druckwasser, z. B. Speisewasser, genommen wurde. Auch hier ist der :'Nachteil, dass bei Ausfall der Energie kein Druckwasser zum Betrieb der Strahl pumpe vorhanden ist. Ferner ist in diesem Fall die Umwälzung von der Speisung ab- hiingig. Wenn der Kessel überspeist ist, fällt damit auch die Umwälzung aus.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeich net sieh dadurch aus, dass Kesselwasser von Siedetemperatur auf einen vom Betriebsdruck des Kessels abhängigen Gegendruck entspannt. wird, dass aus dem bei der Entspannung ent standenen Dampf-Wassergemisch der Dampf abgeleitet und das Wasser allein unter Aus- nutzun;- seiner Strömungsgeschwindigkeit auf einen den genannten Betriebsdruck überstei genden Druck gebracht wird.
Zur Durchführung des Verfahrens dient eine ebenfalls erfindungsgemässe Einrichtung, die sich dadurch kennzeichnet, dass in dem Umwälzkreislauf des Kesselwassers eine Strahl pumpe angeordnet ist, die aus einer Entspan nungsdüse, einer Fangdüse und einem Diffu- sor besteht, und dass zwischen der Entspan-, nungsdüse und der Fangdüse ein Ent- mischungsraum angeordnet ist, der mit einer Stelle niedrigeren Druckes verbunden ist.
Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorzug, dass für die Umwälzung des Kessel-, wassers keine Energie von aussen benötigt wird. Die für die Umwälzung des Kesselwas sers benötigte Energie stammt aus dem Kes selwasser selbst.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist in der Zeich nung in mehreren Ausführungsbeispielen dar gestellt, an Hand welcher auch das ei-iin- dungsgemässe Verfahren beispielsweise erläu tert wird.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Zwang umlaufdampferzeuger, bei dem zwischen " der Dampftrommel und dem Wasserverteiler eine Strahlpumpe angeordnet ist.
Fig.2 zeigt die Anordnung der Strahl- pumpe zwischen dem Dampf-Wassergemisch- sammler und dem Wasserverteiler. Fig.3 zeigt eine besondere Ausführungs form der Strahlpumpe, bei dem zwischen Ent spannungsdüse und Diffusor ein Behälter an geordnet ist.
Fig.4 ist ein zu Fig. 3 gehöriger Schnitt naeh der Linie El 13.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, in der die Strahlpumpe mit einer Wasserstrahlpumpe verbunden ist.
Bei der in Fig.1 gezeigten Ausführungs form wird aus dem Wasserraum der Trom mel 1 durch das Zulaufrohr 2 Kesselwasser entnommen und einer Entspannungsdüse 3 zugeführt und auf einen bestimmten, vom Be- triebsdruek des Kessels abhängigen Gegen druck entspannt. Bei niedrigem Kesseldruck genügt eine Entspannung um etwa 1 a t. Bei mittleren Drücken werden etwa 2,5 at erfor derlich sein, und bei hohen Drücken, beispiels weise 100 at und mehr, muss mit einem Gegen druck gerechnet werden, der 4 bis 5 at unter dem Betriebsdruck liegt.
Da das Kesselwasser Siedetemperatur hat, entsteht in der Entspan nungsdüse 3 bei fallendem Druck Dampf, der mit entspannt wird und durch seine Expan sionsarbeit das Kesselwasser zusätzlich be schleunigt. Aus der Entspannungsdüse 3 tritt also ein Dampf-Wassergemischstrahl aus, der anschliessend in einen Entmischungsraum 4 gelangt. Da die Masse des Dampfes gegenüber der Masse des Wassers gering ist, lässt sich der Dampf aus dem Gemischstrahl leicht ab saugen und aus dem Entmischungsraum 4 durch das Rohr 8 zu einer Stelle niedrigeren Druckes ableiten.
Diese Stelle kann bei gro ssen Anlagen eine besondere Verbrauchsstelle :sein, bei kleinen Anlagen ist es zweckmässig, den Abdampf unmittelbar einem Kondensator zuzuführen. Der vom Dampf befreite Was serstrahl wird in der Fangdüse 5 aufgefan gen und einem Diffusor 6 zugeführt. Die Strahlpumpe besteht somit aus der Entspan nungsdüse 3, der Fangdüse 5 und dem Dif- fusor 6. Am Ende des Diffusors 6 erreicht das Kesselwasser einen Druck, der um etwa 2,5 at über dem Druck in der Trommel 1 liegt.
Vom Diffusor 6 wird das Kesselwasser dem Wasserverteiler 19 zugeführt, von wo es über die Verdampferrohre 20 und den Dampf- Wassergemischsammler 21 als Dampf-Wasser- gemiscliwieder in die Trommel 1 eintritt. Im Rohr 8 ist ein Regelventil 22 angeordnet, das den Druck im Raum 4 steuert.
Hinter dem Diffusor 6 ist ein Rficksclilagventil 10 vor gesehen, um zu verhindern, dass beim Anfah ren die Wasserströmung rückwärts verläuft. Zur Inbetriebnahme der Strahlpumpe ist nur nötig, das Absperrventil 9 des dann als An fahrleitung dienenden Rohres 8 zu öffnen. Durch den Staudruck der Strömung wird dann das Pfickschlagventil 10 geöffnet. Un ter Umständen kann es vorteilhaft sein, bis zur Entfaltung der vollen Geschwindigkeit der Strömung zunächst einen Teil des Kessel wassers über die Leitung 16 abzulassen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Strahlpumpe zwischen dem Dampf- Wassergemisehsaminler 21 und dem Wasser verteiler 19 angeordnet. In diesem Falle wird der Entspannungsdüse 3 nicht. nur Kessel wasser zugeführt, sondern zugleich auch der in den Verdampferrohren 20 erzeugte Dampf. Selbstverständlich wird auch in diesem Falle - genau so wie bei dem vorhergehenden Bei spiel - bei der Entspannung des Kesselwas sers Dampf frei, der bei der weiteren Expan sion Arbeit leistet. Zu dieser Arbeit kommt aber die Expansionsarbeit des zugleich mit dem Kesselwasser in die Entspannungsdüse eintretenden Dampfes hinzu.
Dies hat zur Folge, dass die zur Umwälzung des Kessel wassers benötigte Arbeit bei einem wesentlich geringeren Diaickgefälle erreicht wird als bei dem vorhergehenden Beispiel. Der Dampf anteil wird über das Rohr 22 in den Dampf raum der Trommel 1 abgeleitet. Das Wasser wird in einer ersten Fangdüse 5' gesammelt. Der aus der Fan;-düse 5' austretende Wasser strahl reisst aus dem Raum 17, der über Rohr 18 mit dem Wasserraum der Trommel 1 in Verbindung steht, Kesselwasser mit.
Das Wassergemisch wird in einer zweiten Fang düse 5 aufgefangen, in dem Diffusor 6 wie der auf den erforderlichen Druck gebracht und über das Rücksehlagventil 10 wieder zum Wasserverteiler 19 geführt. Die Inbetrieb- setzeng der Stralilpumpe kann in der Weise durchgeführt werden, dass der Wasserinhalt in den Verdampferrohren 20 auf Überdruck gebracht wird.
Hierzu dient. ein Absperrorgan 30, das zwischen dem Dampf-Wassergemisch- sammler 21- und der Entspannungsdüse 3 an geordnet ist. Bei der Inbetriebsetzung ist das Ventil 30 geschlossen. Bei Beheizung der Ver- danipferrohre 20 entsteht ein Überdruck, da das Rücksclilagventil 10 ebenfalls einen Ab fluss aus ersterem verhindert. Durch schnelles Öffnen des Ventils 30 unter Ausnutzung des plötzlichen Stosses wird die Strahlpunipe in Betrieb gesetzt. Gegebenenfalls kann man die sen Vorgang mehrmals wiederholen, falls die Pumpe nicht gleich arbeitet.
Das Ventil 30 kann auch als Sicherheitsventil ausgebildet sein, das bei einem bestimmten Überdruck in den Verdampferrohren 20 öffnet.
Bei den bisher beschriebenen Ausführ ungs- formen wurde der Wasserstrahl nicht abge lenkt, und es ist nicht ganz ausgeschlossen, dass durch in den Diffusor mitgerissene Dampfblasen der Förderdiaiek unerwünscht abfällt. Auch kann durch Wasserstau in der oder den Fangdüsen der Wirkungsgrad der Strahlpumpe verringert werden.
Diese Schwie rigkeiten werden bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 verliiieden. Wie Fig. 3 zeigt, ist. zwischen die Entspannungsdüse 3 und den Diffusor 6 ein Behälter 23 geschaltet, und zwar derart, dass der Dampf-Wassergemisch- strahl etwa tangential in diesen Behälter ein strönlt.
Durch die Ablenkung des Strahls wird der spezifisch leichtere Dampf nach innen gedrängt Lind durch das zentral einmündende Rohr 24 in die nieht dargestellte Trommel geleitet, während das spezifisch schwerere Wasser nach aussen geschleudert wird, in den Diffusor 6 gelangt und hierin seine Strö- mungsgeschwindigkeit wieder in Druck um- gesetzt wird.
Zum Ersatz des verdampften Wassers wird aus dem Wasserraum der Trom- wel durch das Rohr 25 Kesselwasser geführt. Die Zuflussmenge wird durch das Ventil<I>25a</I> reguliert. Da die Strahlpumpe im vorliegen den Falle zyklonartig ausgebildet ist, werden die Strömungsverluste verringert und bei den auftretenden Geschwindigkeiten eine hohe Trennung von Dampf und Wasser erzielt.
Durch die in Fig.3 und 4 dargestellte Form des Behälters 23 wird das ausgesehleuderte Wasser besser zu einem Strahl zusammen gefasst.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 sind zwei Behälter 23 und 26 vorgesehen, die durch den Diffusor 27 miteinander verbun den sind. Der Behälter 23 dient wieder, wie im vorhergehenden Fall, zur Trennung des entstandenen Dampf-Wassergemisches. Der abgeschiedene Dampf wird über das Rohr 24 in den Dampfraum der nicht dargestellten Trommel abgeleitet. Der Behälter 26 steht durch das zentrale Zuflussrohr 28 mit dem Wasserraum der Trommel in Verbindung. Im Betrieb ist der Behälter 26 mit kreisendem Wasser gefüllt, ähnlich wie in einer Schleu derpumpe.
Die kreisende Bewegung wird da durch erreicht, dass der Strahl des in dem Behälter 23 abgeschiedenen Wassers tangen- tial in den Behälter 26 hineinströmt. Zur Überwindung des statischen Druckes der krei senden Wassermenge im Behälter 26 ist es notwendig, den aus dem Behälter 23 austre tenden Wasserstrahl in dem Diffusor 27 auf diesen Druck zu bringen. Der restliche dyna mische Druck wird dann in dem Diffusor 6 auf den erforderlichen Betriebsdruck ge bracht.
Da. in dem Behälter 26 der statische Druck von aussen nach innen abnimmt, ent steht ein genügender Druckunterschied zwi schen dem Zuflussrohr und dein Behälter 26, um das Ersatzwasser aus der Trommel in diesen Behälter 26 zufliessen zu lassen. Zur Inbetriebnahme wird zunächst der Behälter 23 durch die Anfahrleitung 29 mit einer Stelle niederen Druckes verbunden, um die Strö mung in Gang zii setzen. Selbstverständlich müssen im Rohr 24, wie auch in der an den Diffuisor 6 anschliessenden, nicht dargestellten Druckleitung und dem Zuflussrohr 28 Rück sehlagventile angeordnet sein.
Es ist zunächst durch die Anfahrleitung 29 so viel Kessel wasser abzulassen, bis die erforderliche Was sergeschwindigkeit zur Überwindung der Druekunterschiede ausreicht. In ähnlicher Weise kann auch die Strahlpumpe nach Fig. 3 in Betrieb genommen werden.
Die Strahlpumpe kann auch zur Umwäl- zun, von Kesselwasser mit einer mechanisch angetriebenen Schleuderpumpe zusammen- arbeiten. Beide Pumpen können parallel ar beiten, etwa jede für die halbe Umwälzmen-e. Beine Anfahren des Dampferzeugers aus dem kalten Zustand würde zunächst nur die Schleuderpumpe allein arbeiten und die Strahlpumpe erst zugeschaltet werden,
wenn das Kesselwasser die Siedetemperatur er reielit hat.
Es ist aber aueli möglich, beide Pumpen hintereinandemusehalten; dabei kann die Stralilpunipe das Kesselwasser mit bereits erhöhtem Druclz- der Schleuderpumpe zufüh ren oder auch umgekehrt.
Method for circulating boiler water in a forced circulation steam generator The invention relates to a method for circulating boiler water in a forced circulation steam generator. Fer ner relates. the invention relates to a device for performing the method.
Up until now it was common practice to use motor-driven centrifugal pumps to circulate the boiler water in forced circulation steam generators. It was necessary to make special safeguards in order to maintain the forced circulation in case of failure of the externally supplied drive energy.
It is also known to use jet pumps for the circulation of boiler water, the propellant being pressurized water, e.g. B. feed water was taken. Here, too, there is the disadvantage that if the energy fails, there is no pressurized water to operate the jet pump. Furthermore, in this case the circulation is dependent on the supply. If the boiler is over-fed, the circulation will also fail.
The method according to the invention is characterized in that boiler water expands from the boiling temperature to a counter pressure dependent on the operating pressure of the boiler. This means that the steam is diverted from the steam-water mixture formed during the expansion and the water is brought to a pressure which exceeds the specified operating pressure, solely using its flow velocity.
A device according to the invention is used to carry out the method, which is characterized in that a jet pump is arranged in the circulation circuit of the boiler water, which consists of a relaxation nozzle, a catch nozzle and a diffuser, and that between the relaxation nozzle and a separation space is arranged on the collecting nozzle and is connected to a point of lower pressure.
The proposed method has the advantage that no external energy is required for circulating the boiler water. The energy required to circulate the boiler water comes from the boiler water itself.
The device according to the invention for performing the method is shown in the drawing in several exemplary embodiments, on the basis of which the method according to the invention is also explained, for example.
Fig. 1 shows schematically a forced circulation steam generator, in which a jet pump is arranged between "the steam drum and the water distributor.
Fig. 2 shows the arrangement of the jet pump between the steam-water mixture collector and the water distributor. Fig. 3 shows a special embodiment of the jet pump, in which a container is arranged between Ent voltage nozzle and diffuser.
FIG. 4 is a section belonging to FIG. 3 near line E1 13.
Fig. 5 shows an embodiment in which the jet pump is connected to a water jet pump.
In the embodiment shown in FIG. 1, boiler water is removed from the water space of the drum 1 through the inlet pipe 2 and fed to an expansion nozzle 3 and relieved of pressure to a certain counter pressure dependent on the operating pressure of the boiler. If the boiler pressure is low, it is sufficient to relieve the pressure by around 1 a t. At medium pressures, around 2.5 at will be required, and at high pressures, for example 100 at and more, a counterpressure must be expected that is 4 to 5 at below the operating pressure.
Since the boiler water has boiling temperature, when the pressure drops, steam is generated in the relaxation nozzle 3, which is also relaxed and the boiler water also accelerates through its expansion work. A steam-water mixture jet emerges from the expansion nozzle 3 and then passes into a separation space 4. Since the mass of the steam is small compared to the mass of the water, the steam can be easily sucked off from the mixture jet and diverted from the separation space 4 through the pipe 8 to a point of lower pressure.
This point can be a special point of consumption in large systems: in small systems it is advisable to feed the exhaust steam directly to a condenser. The freed from steam What serststrahl is caught in the catch nozzle 5 and a diffuser 6 is fed. The jet pump thus consists of the expansion nozzle 3, the catch nozzle 5 and the diffuser 6. At the end of the diffuser 6, the boiler water reaches a pressure which is around 2.5 at above the pressure in the drum 1.
The boiler water is fed from the diffuser 6 to the water distributor 19, from where it re-enters the drum 1 via the evaporator tubes 20 and the steam-water mixture collector 21 as a steam-water mixture. A regulating valve 22, which controls the pressure in space 4, is arranged in pipe 8.
Behind the diffuser 6, a Rficksclilagventil 10 is seen in front to prevent the water flow from running backwards during the approach. To start up the jet pump it is only necessary to open the shut-off valve 9 of the pipe 8, which is then used as a contact line. The pick-up valve 10 is then opened by the back pressure of the flow. Under certain circumstances, it may be advantageous to first drain part of the boiler water through line 16 until the flow is at full speed.
In the embodiment according to FIG. 2, the jet pump between the steam / water mixture collector 21 and the water distributor 19 is arranged. In this case, the expansion nozzle 3 will not. only boiler water is supplied, but also the steam generated in the evaporator tubes 20 at the same time. Of course, in this case too - just like in the previous example - steam is released when the boiler water is released, which does work as the expansion continues. In addition to this work, there is the expansion work of the steam entering the expansion nozzle at the same time as the boiler water.
As a result, the work required to circulate the boiler water is achieved with a significantly lower slide gradient than in the previous example. The steam portion is discharged through the pipe 22 into the steam chamber of the drum 1. The water is collected in a first collecting nozzle 5 '. The water jet emerging from the fan nozzle 5 'pulls boiler water with it from the space 17, which is in communication with the water space of the drum 1 via pipe 18.
The water mixture is collected in a second catch nozzle 5, brought to the required pressure in the diffuser 6 as the pressure required and fed back to the water distributor 19 via the check valve 10. The start-up of the Stralil pump can be carried out in such a way that the water content in the evaporator tubes 20 is brought to excess pressure.
Serves for this. a shut-off element 30, which is arranged between the steam-water mixture collector 21 and the expansion nozzle 3. When starting up, the valve 30 is closed. When the exhaust pipes 20 are heated, an overpressure arises, since the return valve 10 also prevents an outflow from the former. By quickly opening the valve 30 using the sudden impact, the jet pipe is put into operation. If necessary, this process can be repeated several times if the pump does not work immediately.
The valve 30 can also be designed as a safety valve which opens at a certain overpressure in the evaporator tubes 20.
In the embodiments described so far, the water jet was not deflected, and it cannot be entirely ruled out that the conveying slide falls off undesirably due to vapor bubbles entrained into the diffuser. The efficiency of the jet pump can also be reduced by water accumulation in the catching nozzle (s).
These difficulties are lost in the embodiment according to FIGS. As Fig. 3 shows, is. A container 23 is connected between the expansion nozzle 3 and the diffuser 6, specifically in such a way that the steam-water mixture jet flows approximately tangentially into this container.
As a result of the deflection of the jet, the specifically lighter steam is pushed inwards and passed through the centrally opening pipe 24 into the drum, which is not shown, while the specifically heavier water is thrown outwards, gets into the diffuser 6 and its flow speed is restored Pressure is implemented.
To replace the evaporated water, the drum is fed from the water space through the pipe 25 of boiler water. The flow rate is regulated by the valve <I> 25a </I>. Since the jet pump is designed like a cyclone in the present case, the flow losses are reduced and a high separation of steam and water is achieved at the speeds that occur.
Due to the shape of the container 23 shown in FIGS. 3 and 4, the discharged water is better combined into a jet.
In the embodiment of Figure 5, two containers 23 and 26 are provided, which are verbun through the diffuser 27 to the. The container 23 is again used, as in the previous case, to separate the resulting steam-water mixture. The separated steam is discharged via the pipe 24 into the steam space of the drum, not shown. The container 26 is connected to the water space of the drum through the central inlet pipe 28. In operation, the container 26 is filled with circulating water, similar to a centrifugal pump.
The circular movement is achieved in that the jet of the water separated in the container 23 flows tangentially into the container 26. To overcome the static pressure of the krei send amount of water in the container 26, it is necessary to bring the ausre border water jet from the container 23 in the diffuser 27 to this pressure. The remaining dynamic pressure is then brought to the required operating pressure in the diffuser 6.
There. In the container 26 the static pressure decreases from the outside inwards, there is a sufficient pressure difference between the supply pipe and your container 26 to allow the replacement water to flow from the drum into this container 26. To start up, the container 23 is first connected through the start-up line 29 to a point of low pressure in order to set the flow zii in motion. Of course, check valves must be arranged in the pipe 24 as well as in the pressure line (not shown) adjoining the diffuser 6 and the inlet pipe 28.
It is first through the start-up line 29 to drain the boiler water until the required water speed is sufficient to overcome the pressure differences. The jet pump according to FIG. 3 can also be put into operation in a similar manner.
The jet pump can also work together with a mechanically driven centrifugal pump to circulate boiler water. Both pumps can work in parallel, about each for half the circulation. When starting the steam generator from the cold state, only the centrifugal pump would initially work alone and the jet pump would only be switched on.
when the boiler water has reached the boiling point.
But it is also possible to keep both pumps behind one another; The Stralilpunipe can supply the boiler water to the centrifugal pump with an already increased pressure or vice versa.