Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage mit Dampferzeuger und mindestens einem in das Rohrsystem der Dampfkraftanlage einge schalteten Wärmeübertrager, der zu beiden Seiten einer Wärmeübertragungsfl'äehe von je einem Wärmeträger bestrichen wird, und auf eine Dampfkraftanlage zur Ausführung dieses Verfahrens.
Unter Wärmeübertrager werden hierbei insbesondere dampfbeheizte Zwischenüberhitzer, Speisewasservorwärmer, Abschlämmkühler, Vorrichtungen, in denen einem Arbeitsmittel sowohl Wärme zugeführt als auch Wärme entzogen werden kann, und ähnliche Anordnungen verstanden.
Wärmeübertrager wurden bisher ausser halb des Kessels aufgestellt. Sie nahmen viel Platz ein und russten sehr gut isoliert werden, um die Wärmestrahlüng nach aussen herabzu setzen. Trotzdem waren die Wärmeverluste erheblich.
Weitere Wärmeverluste und eine Absenkung des für die Wärmeübertragung massgebenden Temperaturniveaus traten auf, wenn ein Wärmeträger von,der Stelle, an der er eine Wärmemenge übernahm, bis zu der Stelle, an der er die Wärmemenge wieder abgab, über eine längere Leitung transpor tiert wurde, beispielsweise der Heizdampf bei einem dampfbeheizten Zwisehenüberhitzer.
Alle diese Nachteile werden -gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren verhindert, wenn nämlich die Temperatur des ersten Wärmeträgers im Wärmeübertrager gleich- zeitig sowohl durch die Feuerung des Dampferzeugers als auch durch den zwei ten Wärmeträger beeinflusst wird. Dies ist dann der Fall, wenn der von den beiden Wärmeträgern durchströmte Wärme- übertrager im Innern des Dampferzeu gers .angeordnet ist.
Daraus ergibt siclh auch, dass unter Beheizung durch die Feuerung ganz aIlgemein eine Beheizung sowohl durch direkte Strahlung als auch durch die Feuerungsgase verstanden wird.
Welche Vorteile das erfin- dungsgemässe Verfahren mit sich bringt, er gibt sich deutlich in Verbindung mit den viel fachen Anwendungsmöglichkeiten desselben.
An Hand der Zeichnung, in' der als Bei spiel für die Durchführung des Verfahrens eine erfindungsgemässe Dampfkraftanlage so- wie Einzelheiten derselben dargestelft sind, wird anschliessend das Verfahren nach der. Er findung ebenfalls beispielsweise erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Dampfkraftanlage, bei der ein Speisewasservorwärmer und ein Zwischenüber- hitzer als spezielle Wärmeübertrager ausge bildet sind, Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Damp.f.- kraftanlage,
bei der ein Wärmeübertrager als Temperaturregelglied zwischen Zwischenüber- hitzerheizfläehen geschaltet ist, Fig. 3 eine Abwandlung,des Ausführungs beispiels nach Fig.,2,', F'ig. 4 ein Element des W'ämmeübertragers vor dem Einbau in den -Dampferzeuger und Fig. 5- die Konstruktion der Verbindungs stelle des äussern Rohres des Wärmeübertra gers mit;
einem Rohr der anschliessenden Heiz- fläche. ' Gemäss Fig. 1 wird der Kessel 1. durch die Feuerung 2 beheizt. Die Brennkammer 3 ist sowohl der direkten .Strahlung als auch den FeuerLLngsgasen ausgesetzt, während der Rauchgaszug .I allein durch die Feuerungsgase beeinflusst wird.
Das Arbeitsmittel wird dem Dampferzeuger durch den Eintrittskollektor 5 zugeführt. Es strömt durch die Sekundärseite des arbeitsmittelbeheizten Speisewasservorwär- mers 6, durch den rauchgasbeheizten Speise- wasservorwärmer 7 - den Ecoriomiser und tritt dann in die Heizfläche 8 ein, in wel cher die Umwandlung des Arbeitsmittels von Wasser in Dampf stattfindet.
Der Dampf wird dann durch die Leitung 9 einer ersten über hitzerheizfläche 10 zugeführt, durchströmt den im Strahlungsbereich der Feuerung an geordneten Wärmeübertrager 11, der infolge seiner besonderen Ausbildung gleichzeitig als zweite Lberhitzerheizfläche und in. seinem In nern als Zwischenüberhitzerheizfläche dient,
und strömt sehfläesslich durch die dritte Über- hitzerheizfläche 12 über die Leitung 13 in den Hochdruckteil 14 der 'Turbinenanlage. Der dort teilweise entspannte,Dampf gelangt über die Leitung 15 in eine rauchgasbeheizte Zwischenüberhitzerheizfläche 1:6 und anschlie ssend in das innere Rohrsystem des Wärme- übertragers 11.
Der erneut erhitzte Dampf strömt durch die Leitung 17 in den Nieder- druckteil 18 der Turbinenanlage, welcher mit dem Hochdruckteil 1.'4 auf einer Welle sitzt und den elektrischen Generator 19 antreibt, und wird nach seiner Entspannung über die Leitung 20 abgeführt.
Der Wärmeübertrager 11 besteht aus einer Anzahl parallel geschalteter Rohre. Es lässt sich einrichten, d'ass die Rohrzahl der ZTber- hitzerheizflächen 10, und 12, die der Zwischen- überhitzerheizfläche 1,6 und die des Wärme übertragers 11 übereinstimmen. Auf diese Weise wird die Zahl der Kollektoren Lund werden somit;
auch die Druckverluste wesent lich herabgesetzt, da jedes äussere Rohr des Wärmeübertragers 11 mit einem Rohr der Überhitzerheizflächen 10 und 12 -und jedes innere Rohr.<B>21</B> mit einem Rohr der Zwischen- überhitzerheizfläche 16 direkt für sich verbun den ist. So kann man sich auf einen Kollektor 23 am Eintritt der Überhitzerheizfläche 10.
einen Ko@llektor'24 am Austritt der Überhitzer- heizfläche 12, einen Kollektor 2'5 am Eintritt der Zwischenüberhitzerheizfläche 16 und einen Kollektor 2'6 am Austritt aus den innern Roh ren 21 des Wärmeübertragers 1'1 beschränken.
Falls, wie in Fig. 1 dargestellt ist, der im Strahlungsschatten liegende Teil des Kessels nicht. ausreicht, Lun die gesamte Zwischen- überhitzerheizfläche dort unterzubringen, so ist man gezwungen, einen Teil der Zwischen- überhitzerheizfläche in der Brennkammer vorzugsweise als Wandauskleidung - anzu ordnen.
Da Zwischenüberhitzer in der Regel nicht bei allen Betriebsvorgängen dauernd vom Arbeitsmittel durchströmt werden - bei- spielsweise beim Anfahren - müssen die direkt. der Strahlung ausgesetzten Teile dieser Heizfläche besonders geschützt werden.
Dies ist zwar mit Hilfe kunstvoller Schaltungen, auf einfache Art. dagegen nur mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens möglich, bei welchem der teilweise entspannteDampf durch die Innenrohre 21 des im Strahlangsbereich der Feuerung angeordneten Wärmeübertra gers 11 und der noch nicht entspannte Dampf durch die äussern. Rohre 22 - oder genauer gesagt, durch den Ringraum zwischen den äussern Rohren 22@ und den innern Rohren 21 - geleitet wird.
Auch der im Rauchgaszug des Dampf erzeugers nach F'ig. 1 angeordnete Speisewas- servorwärmer 6 ist als Wärmeübertrager mit einer Anzahl parallel geschalteter Elemente ausgebildet. Durch das äussere Rohr 27 wird das Speisewasser geleitet, während das innere Rohr 2 8 vom Heizmittel durchströmt ist., wel ches an dem Kollektor 2.9 zugeführt und an dem Kollektor 30 abgeführt wird.
Als Heiz- mittel verwendet man vorzugsweise Arbeits mittel, welches an einer Stelle höherer Tem peratur aus der Dampfkraftanlage entnommen wird, beispielsweise Anzapfdampf aus der Turbinenanlage oder von einer andern Stelle des Dampferzeugers entnommenes Arbeitsmit tel. Das Speisewasser wird also von innen her beheizt.. Gleichzeitig kann auch eine Wärme übertragung von den Rauchgasen auf das Speisewasser erfolgen. Auf diese Weise können die Rauchgase bis auf die Temperatur des Speisewassers abgekühlt werden, ohne dass ein Wärmeverlust zu befürchten ist.
Zumindest verhindern aber die heissen Rauchgase eine Wärmeabstrahlung des Speisewassers nach aussen.
In Fig. 2 ist ein Teil eines andern Ausfüh rungsbeispiels der erfindungsgemässen Dampf kraftanlage dargestellt. Die im folgenden auf geführten, aber in 'F'ig. 2 nicht gezeigten Teile stimmen mit. denen der Fig.1 überein: Der Dampf wird durch die Leitung 9 der ersten Überhitzerheizfläche 31 zugeführt.
Er strömt weiter über die Leitung 3? durch die als zweite Überhitzerheizfläche dienenden Innenrohre 33 eines Wärmeübertragers 34, um danach dureh die Leitung 35 und nach erneuter Überhitzung in der dritten Überhitzerheizfläche_ 36 durch die Leitung 13 in den Hochdruckteil der'Tur- binenanl:age geführt zu werden.
Der teilweise entspannte Dampf gelangt durch die Leitung 15 in eine erste rauchgasbeheizte Zwischen überhitzerheizfläche 3<B>7</B>, weiter in die äussern Rohre 38 -des Wärmeübertragers 34 und schliesslich in eine zweite rauchgasbeheizte Zwischenüberhitzerheizfläche 39, von der aus der Dampf über die Leitung 1'7 dem Nieder- druckteil der Turbinenanlage zugeführt wird.
Der Wärmeübertrager 34 kann hier als dampf- und rauchgasbeheizter Zwischenüber- hitzerteil wirken. Bei dieser Anordnung ist der Wärmeübertrager 34 vollständig ausser halb des Strahlungsbereiches der Feuerung an geordnet. Ferner wird hier der Hochdruck dampf in den innern Rohren 3'3 geführt, wel- ehe sich leichter als die äussern Rohre 38 den hohen Beanspruchungen anpassen lassen. Bei dieser Anordnung erfolgt eine sehr rasche Er hitzung des entspannten Dampfes.
Von be sonderem Vorteil ist jedoch die dargestellte Anlage, wenn die Rauchgase den teilweise ent spannten Dampf in den äussern Rohren 38 von aussen beheizen, der hochgespannte Dampf in dem innern Rohr 33 aber dem teilweise ent spannten Dampf bei Untertemperatur Wärme zuführt und bei Übertemperatur Wärme ent zieht.
Der Wärmeübertrager 34 dient also einerseits als normale Zwischenüberhitzimgs- heizfläche und zum andern als 'Temperatur- regelglsed für den zwischenüberhitzten Dampf.
Die bekannte Wassereinspritzung zur Tem peraturregelung für den Dampf am Ende der Überhitzungsheizflächen ist hierbei in zwei Einspritzstellen 40 und 41 iuiterteilt. Durch die Einspritzstelle 40 wird jeweils so viel oder so wenig Wasser in die Leitung 32, einge- spritzt, dass der Dampf in dem Innenrohr 33 eine tiefere oder höhere Temperatur als der teilweise entspannte Dampf in dem Aussenrohr 38 besitzt .
und ihm deshalb Wärme entzieht oder zuführt. Die restliche Einspritzung an der Stelle 41 in die Leitung 35 besorgt dann den Temperaturausgleich am Ende der Über hitzerheizfläche 36. !Schliesslich ist noch eine Verbindungsleitung 42 zwischen den Leitun gen 32 und 35 vorgesehen, die durch Betäti gen eines Drosselorgans oder Ventils 43 ge öffnet werden kann.
Sie dient hauptsächlich dazu, die Temperatur des Dampfes in der Lei tung 35 bei zu starker Abkühlung mittels heissen Dampfes aus der Leitung 32, welcher nicht durch Wassereinspritzung gekühlt ist, wieder zu erhöhen.
Die Wassereinspritzung, die sich ja auf alle parallel geschalteten Rohre des Wärme übertragers 34 bzw. der übrigen Heizflächen gleichmässig auswirken soll, macht eine Erhö hung der Kollektorenzahl notwendig. Dies be trifft die gegenüber Fig. 1 zusätzlichen Kollek, toren 44, 4'5, 46 und 4"7 zu Beginn bzw. am Ende der Leitungen<B>32</B> und 35.
Es ist aber zu beachten, dass für die Verbindung der Zwi- schenüberhitzerheizflächen 37 und-3--9 mit dem äussern Rohr 38 des Wärmeübertragers 34 keine Kollektoren benötigt werden.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlhnng des Wärme übertragers 34 gemäss Fig.2 Wenn die Be- heiziuig des Arbeitsmittels in den einzelnen parallel geschalteten Zweigen des Wärmeüber- tragers 34 oder der Zwischenüberhitzerheiz- flächen 37 und 39 unterschiedlich ist, können die Kollektoren 48 und 48a, 49 und 4'9a zum Ausgleich zweckmässig sein.
Fig. 4 stellt eines der parallel zu schalten den Elemente 51 eines Wärmeübertragers dar. In das äussere Rohr,52 wird das innere Rohr 53 eingeschoben, und beide Rohre werden gemein sam gebogen. Diese Art der Herstellung eignet sich insbesondere dann, wenn sich nur ein inneres Rohr in dem äussern befindet. Bei grösseren Heizflächen ist es von Vorteil, meh rere Haarnadelbögen 54 hintereinander zu schalten.
In Fig. 5 ist schliesslich eine kollektorlose Verbindung eines äussern Rohres 52 des Wärmeübertragers mit einem Rohr 55 einer anschliessenden Heizfläche gezeigt. Auf die Stirnfläche 5'6 des äussern Rohres 52 wird ein Winkelstück 57 geschoben, das mittels der Schweissnaht 58 mit dem Rohr<B>515,</B> mittels der Schweissnaht 5@9- mit dem äussern Rohr 52 Lind mittels der Schweissnaht 60 mit dem innern Rohr 5^3 verbunden wird.
Da der den ersten Wärmeträger darstel lende entspannte Dampf gleichzeitig sowohl durch die Feuerung als auch durch den den zweiten Wärmeträger darstellenden Frisch dampf beheizt wird, wird durch die doppelte Beheizung der entspannte Dampf sehr sehnen und auf einem wesentlich kürzeren Wege und deshalb mit weniger Druckabfall - er hitzt werden. Die Heizflächen- und Platz ersparnis gegenüber bekannten dampfbeheiz ten Zwischenüberhitzern ist beträchtlich. Eine Wärmeabstrahlung nach aussen ist ausge schlossen, da ja jeder Wärmeübergang im In nern des Dampferzeugers stattfindet.
Während aus Gründen des Wärmeübergan ges, des Druckes und anderer Überlegungen der Einbau mehrerer innerer Rohre in ein äusseres Rohr günstig erscheint, wird man sich in den meisten Fällen aus konstruktiven Gründen auf ein inneres Rohr beschränken, insbesondere wenn jedes äussere Rohr zusam men mit dem innern Rohr in Haarnadelform entsprechend Fig. 4 gebogen ist.
Der Wärme- übertrager kann auch 1Täanderform haben, wenn nämlich mehrere Haarnadelbögen hinter einander geschaltet sind.
Der Anwendungsbereich des erfindungsge mässen Verfahrens ist sehr allgemein. Er be schränkt sich nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsmöglichkeiten. So kann ein Dampferzeuger, wie er zum Beispiel in Fig. 1 dargestellt ist, auch mit nur einem oder auch mit mehr als zwei Wärmeübertragern ausgerüstet sein. Es ist, ferner unerheblich, ob es sich um Zwangdurchlaufkessel oder anders betriebene Dampferzeuger handelt. Es spielt. auch keine Ro1Te, ob die Dampfkraftanlage mit überkritischem oder geringerem Druck betrie ben wird.
Der Wärmeübertrager kann in Form von Bündeln oder als Wandauskleidung in dem Kessel angeordnet sein.. Bei grösseren Kes seln wird er auch als .Schottenwand eingesetzt werden, wobei dann die Form der Kollektoren etwas abgewandelt werden müsste. Schliesslich ist auch der Querschnitt der Innen- und Aussenrohre des Wärmeübertragers den Be triebsbedingungen leicht anzupassen. In beson- dern Fällen können auch andere 'Stoffe als das Arbeitsmittel der Dampfkraftanlage als Wärmeträger benutzt werden.