Verfahren und Einrichtung zum Ableiten von flüssigem Arbeitsmedium aus dem Abscheider eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers Das Patent betrifft ein Verfahren zum Ablei ten von flüssigem Arbeitsmedium, welches in einem Abscheider aus dem in denselben eintretenden Ge misch ausgeschieden wird, welcher Abscheider zwi schen der Verdampfungs- und der überhitzungszone eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers eingeschaltet ist.
Das Patent betrifft auch eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Die Anordnung von Abscheidern zwischen der Verdampfungs- und der überhitzungszone eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers ist bekannt. Ihre Aufgabe besteht darin, einerseits ein Abschlämmen von Wasser mit möglichst hoher Salzkonzentration zwecks Entsalzung des Dampfes zu ermöglichen,
an derseits das Ende der Verdampfung des Arbeits mediums an einer bestimmten Stelle seines zur Auf nahme von Wärmeenergie durchlaufenen Weges zwi schen dem Eintritt von Flüssigkeit und dem Aus tritt von überhitztem Frischdampf festzuhalten.
Während bei Dampfdrücken, die weit unter dem kritischen Druck liegen, beide Aufgaben meistens gleiche Bedeutung haben, wird bei Annäherung des Frischdampfdruckes an den kritischen Druck die zweite Aufgabe zur eigentlichen Hauptaufgabe, zumal das Problem der Entsalzung meistens auf andere Art gelöst wird.
Im letztgenannten Fall ist es wesentlich, dass bei Kesselsteuerungen oder -regelungen, die eine grosse Elastizität und ein rasches Folgen der gesamten Regelvorrichtungen an plötzliche und grosse Än & - rungen der Kesselbelastung erfordern, die Nässe des in den Abscheider eintretenden Dampfes im Dauer betrieb eine Reserve in einer solchen.
Grösse bildet, dass sie auch bei plötzlicher, beträchtlicher Zunahme der Feuerintensität nicht völ'l'ig aufgezehrt wird, da mit auch dann der in den Abscheid'er eintretende Dampf in keiner Weise überhitzt ist, da sonst ins- besondere bei der heutigen Grösse der Anlagen der Verdampfer Schaden erleiden könnte.
Liegt der maximale Frischdampfdruck des Dampferzeugers noch weit unter dem kritischen Druck, so ist für eine gegebene plötzliche Erhöhung der zugeführten Wärmeenergie d i eine weit geringere Reserve an Dampfnässe erforderlich als bei Annä herung an den kritischen Druck,
wo unter Umstän- den der ganze Bereich zwischen 100 und %- Dampf- nässe als Reserve zur Verfügung stehen müsste.
In letztgenanntem Falle müssten erhebliche Was sermengen im Abscheider ausgeschieden werden und ein Ableiten derselben auf die bisher übliche Weise in die Verdampfungszone oder sogar in den Speise wasserbehälter wäre sehr unwirtschaftlich.
Um diesen Nachteil zu beseitigen bzw. trotz der Annäherung des Frischdampfdruckes an den kriti schen Druck eine elastische Regelung des Kessels zu ermöglichen, wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren vorgeschlagen, dass ausgeschiedenes Me dium einerseits in Abhängigkeit von einer der mo mentanen im Abscheider vorhandenen Flüssigkeits menge entsprechenden Grösse vom Abscheider ab geleitet, anderseits in Abhängigkeit der Temperatur an mindestens einer Stehle der überhitzungszone, in das diese letztere durchlaufende Medium eingeführt wird.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfah rens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass einerseits Mittel zum Abfluss von flüssigem Medium aus dem Abscheider in Abhängigkeit von einer der momentanen im letzteren vorhandenen Flüssigkeitsmenge entsprechenden Grösse abgeleitet, anderseits Mittel zu einem weiteren Abfl'uss von flüs sigem Medium aus dem Abscheider vorgesehen sind zwecks Einführung desselben an mindestens einer Stelle der Überhitzungszone,
welch letztere Mittel den Abfluss in Abhängigkeit von der Überhitzungs temperatur an der erwähnten Stelle regeln.
Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vor teil, dass auch wenn grössere Mengen an flüssigem Medium in den Abscheider eintreten, diese ohne wesentliche Einbusse an Druck und Temperatur wirt- schaftlich verwendet werden können.
Anhand der Zeichnung wird das Verfahren nach der Erfindung anschliessend beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Zwangdurchlauf-Dampferzeuger mit Einspritzung von Wasser aus dem Abscheider in den Überhitzer und Regelung der überhitzertemperatur,
Fig. 2 einen Dampferzeuger mit unterteilter Ein- spritzung in den überhitzer von Wasser aus dem Abscheider bzw.
aus der Speiseleitung, Fig. 3 eine Variante von Fig. 2 mit einem Men- genregulierorgan für die Zufuhr des einzuspritzenden Wassers aus der Speiseleitung, Fig. 4 eine Variante von Fig. 2 bezüglich der Einstellung des Einspritzdruckes, Fig. 5 einen Dampferzeuger mit zusätzlicher Zu fuhr von Speisewasser zur Einspritzung in Abhängig keit von dessen Reinheitsgrad.
Nach Fig. 1 wird das Speisewasser aus dem An fahrgefäss 10 mittels der Speisepumpe 11 über die Speiseleitung 12 in den Economiser 13 gefördert und gelangt von dort in den Verd@ampferteil 14 eines schematisch dargestellten Zwangdurchlauf- Dampferzeugers. Im Dauerbetrieb wird das Wasser im Verdampfer 14 bis auf eine für den Regelvorgang erforderliche Reserve verdampft.
Das Dampfwassergemisch strömt aus der Aus trittsleitung 15 des Verd'ampferteils 14 in den Ab- scheider 16, wo einerseits Wasser ausgeschieden wird, das sich im unteren Teil sammelt, anderseits Dampf durch die Leitung 17 austritt und in den überhitzer- teil 18 gelangt.
Am Abscheider 16 ist eine Abflussleitung 19 für flüssiges Medium mit dem Regelventil 21 angeschlos sen. Ferner ist ein weiterer Abfluss am Abscheider 16 vorgesehen, dessen Leitung 23 mit dem Regel ventil 24 zur Einspritzstelle 25 im überhitzerteil 18 führt.
Am Ende des überhitzerteils 18 ist die Frisch dampfleitung 26 angeschlossen, die den Zwangdurch- lauf-Dampferzeuger mit der Turbinenanlage 27 ver bindet, die den Stromerzeuger 28 antreibt. Die Tur binenanlage 27 ist lediglich der Einfachheit halber in Form einer einzigen Turbine dargestellt. Sie kann ebensogut mehrere Turbinen umfassen als Vorschalt- anlage oder in anderer Weise ausgebildet sein.
Der Abdampf aus der Turbinenanlage 27 wird über die Leitung 29 dem Kondensator 31 mit dem Kühl- System" zugeführt. Das Kondensat wird mittels der Kondensatpumpe 33 dem Anfahrgefäss 10 über die Leitung 34 zugeführt. Mittels zur Wägung des Flüssigkeitsinhaltes bzw. zur Feststellung des Flüssigkeitsspiegels im Abschei- der 16 sind bekannt.
Damit wird eine der momen tanen im Abscheider 16 vorhandenen Flüssigkeits menge entsprechende Grösse bestimmt und in Ab- hängigkeit dieser Grösse ein Signal zur Einstellung des Ventils 21 ausgelöst. Nur des Schemas halber ist ein Schwimmer 35 eingezeichnet, der über den durch die Wandung des Abscheiders 16 abgedichtet hindurchgeführten Hebel 36 den Winkelhebel 37 und die Stange 38 in Abhängigkeit vom Flüssigkeits stand im Abscheider 16 das Regelventil 21 im öffnen den oder schliessenden Sinn verstellt.
Die in den Überhitzerteil 18 einzuspritzende Flüssigkeit an der Einspritzstelle 25 wird in Ab hängigkeit von einer mittels des Thermostaten 39 gemessenen überhitzertemperatur durch Einwirkung auf das Regelventil 24 gesteuert.
Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 1 ist folgende: Wird beispielsweise die Intensität des Feuers 41 bei Laständerung plötzlich erhöht, so wird zunächst im Verdampferteil 14 mehr Wasser verdampft, und die Menge des im Abscheider 16 abscheidenden Was sers verringert sich. Der Flüssigkeitsstand im Ab scheider 16 und damit der Schwimmer 35 sinkt. Der Hebel 36 dreht sich im Uhrzeigersinn, der Winkel hebel 37 im entgegengesetzten Sinn, die Stange 38 geht nach rechts und bewirkt eine Verstellung des Ventils 21 im schliessenden Sinn.
Der Abfluss durch die Leitung 19 nimmt ab, derjenige durch die Lei tung 23 bleibt davon unberührt, solange sich die mittels des Thermostaten 39 ermittelte überhitzer- temperatur nicht ändert.
Anstatt die Überhitzungstemperatur am Ausgang des überhitzers 18 mittels des Thermostaten 39 zu messen, kann auch an einer anderen Stelle, z. B. in der Mitte des überhitzers 18 oder unmittelbar an der Einspritzstelle die einzuhaltende Temperatur mittels des Thermostaten 42 gemessen werden, der dann eine entsprechende Einstellung, d. h. Regelung, des Regelventils 24 vornimmt. Das Ventil 24 kann auch von beiden Messstellen aus beeinflusst werden. Die Einstellung kann eine P- oder eine PI-Charak teristik aufweisen.
In Fig. 2 erfolgt die Einspritzung nicht nur an einer einzigen Stelle, der Stelle 25, sondern sie ist zweistufig. Mittels der von der Leitung 23 abzwei genden Leitung 43 mit dem Regelventil 44 wird an einer weiteren Einspritzstelle 45 in Abhängigkeit von der mittels des Thermostaten 46 festgestellten Überhitzungstemperatur Wasser aus dem Abscheider 16 eingespritzt.
Die zweistufige Einspritzung ist z. B. im Falle eines verhältnismässig langen überhitzers von Vor teil, weil bei nur am Ende eines langen überhitzers vorgenommener Einspritzung die Regelung der über- hitzertemperatur unzulässig träge wird. Gleichzeitig ermöglicht die zweistufige Anordnung die Einsprit zung grösserer Wassermengen und dadurch eine ra- schere, aperiodische Regelung durch die Regel schwingungen vermieden werden können.
Um bei einer starken, positiven Feuerstörung dem grösseren Wasserbedarf an den Einspritzstellen 25 und 45 genügen zu können, ist in Fig. 2 eine Zufuhrleitung 47 von der Speiseleitung 12 her vor gesehen. Sofern in der Leitung 12, Fig. 3, ein Mengenregulierorgan 50 vorgesehen ist, liegt die Abzweigung der Leitung 47 in bezug auf die Strö mungsrichtung des Arbeitsmediums vor diesem Mengenregulierorgan 50.
In die Leitung 47 ist das Regelventil 48 eingebaut, welches ebenfalls in Abhängigkeit einer der momentanen, im Ab- scheider 16 vorhandenen Menge an abgeschiedenem, flüssigem Arbeitsmittel entsprechenden Grösse, wie z. B. des Flüssigkeitsinhaltes bzw. des Flüssigkeits standes im Abscheider 16 eingestellt wird. Diese Einstellung des Ventils 48 erfolgt jedoch im ent gegengesetzten Sinne zur Einstellung des Ventils 21, so dass, wenn letzteres im schliessenden Sinne betätigt wird, das Ventil 48 öffnet.
Dazu ist gemeinsam mit der Stange 38 der dop- pelarmige Hebel 49 am Ende des senkrechten Armes des Winkelhebels 37 angelenkt. Am Hebel 49 ist die Stange 51 befestigt, die den Ventilkörper des Ventils 48 verstellt. Die Leitung 47 mündet in die Leitung 23, und zwischen dem Abscheider 16 und der letzt genannten Einmündung ist in der Leitung 23 ein Rückschlagventil 52 eingeschaltet. Dieses Rück schlagventil verhindert, wenn die im Abscheider 16 ausgeschiedene Wassermenge zu gering ist und in folgedessen das Ventil 21 geschlossen und das.
Ven til 48 geöffnet wird, dass das aus der Zufuhrleitung 47 zugeführte Speisewasser nicht rückwärts über die Leitung 23 in den Abscheider 16 eindringt und da durch die mittels des letzteren bewirkte Regelung des Verdampfers 14 im Zusammenhang mit der Feuerintensität gestört wird. Dabei könnte ausserdem noch die Gefahr bestehen, dass an den Einspritzstel- len 25, 45 zu wenig Wasser eingespritzt wird.
In dem nun aber beim Umschalten der Wassereinsprit zung vom Abscheider 16 auf die Speisewasserzufuhr durch die Leitung 47 das Rückschlagventil 52 schliesst, sind die genannten Gefahren ausgeschlossen.
Es könnte bei diesem Umschalten jedoch an den Einspritzstellen 25, 45 eine plötzliche Druckerhö hung dadurch entstehen, dass der Druckabfall in der Leitung 47 bis zu ihrer Einmündung in die Leitung 23 bedeutend kleiner ist als der Druckabfall im Economiser 13, im Verdampferteil 14 und im Ab- scheider 16.
Würde beim vorgenannten Umschalten an den Einspritzstellen 25, 45 plötzlich eine Druck erhöhung eintreten, ohne dass die Stellung der Regel ventile 24, 44 durch die Thermostaten 39, 46 ge ändert worden wäre, so würde zuviel Wasser ein gespritzt und eine Störung der Regelung der über hitzertemperatur im Zusammenhang mit der Ge samtregelung des Dampferzeugers eintreten.
Um dies zu vermeiden, ist ein Druckreduzier- ventil 53 in die Leitung 47 vor ihrer Einmündung in die Leitung 23 eingebaut. Durch dieses Ventil 53 stellt sich nunmehr ein Druckabfall in der Zufuhr leitung 47 ein, der dem Druckabfall durch den Economis.er 13, den Verdampfer 14 und den Ab scheider 16 etwa gleichkommt. Zweckmässigerweise ist er etwas geringer eingestellt als der letztgenannte, damit wiederum beim Umschalten das Rückschlag- ventil 52 schliesst.
Das Druckreduzierventil 53 kann selbstverständlich ebensogut in bezug auf Strömung in der Leitung 47 dem Regelventil 48 vorgeschaltet sein.
Ein anderes Mittel' zur Verminderung bzw. zur Vermeidung der erwähnten sprunghaften Drucker höhung beim Umschalten der Zufuhr von Einspritz wasser aus dem Abscheider 16 auf die Zufuhr aus der Speiseleitung 12 ist in Fig. 4 dargestellt. An stelle des Druckreduzierventils 53 ist ein zweites Regelventil 54 dem Regelventil 48 nachgeschaltet, das von einem Servomotor 55 eingestellt wird:, der in Abhängigkeit von der Differenz in der Druck anzeige der Druckempfänger 56 und 57 das Regel ventil 54 mehr oder weniger öffnet.
Der Druckempfänger 56 misst den Druck in der Leitung 23 nach der Einmündung der Leitung 47, der Druckempfänger 57 misst den Druck in der Leitung 23 vor dem Rückschl'agventil 52 bzw. im Abscheider 16. Erfolgt nun durch Umschalten eine Zufuhr von Einspritzwasser durch die Leitung 47 und steigt dabei der vom Druckempfänger 56 an gezeigte Druck um ein bestimmtes Mass über den vom Druckempfänger 57 angezeigten Druck, so wird das Regelventil 54 vom Servomotor 55 im schlie ssenden Sinne betätigt.
Würde jedoch die Regelung durch den Servo motor 55 und das Regelventil 54 unstabil, weil der Druckempfänger 56 den Druckschwingungen zu rasch folgt, so wäre es zweckmässig, einen Druck speicher 58 in die Leitung 23 einzubauen und den Druckempfänger 56 an denselben anzuschliessen. Durch den Druckspeicher 58 können in bekannter Weise momentane Druckschwankungen ausgeglichen werden, er kann z. B. mit einem Luftkissen, Feder puffer oder dergleichen versehen sein.
Zusätzlich zu dem Regelsystem in Fig. 2 ist in Fig. 5 noch eine weitere Zufuhr von Einspritzwasser eingezeichnet, welche eine Umgehung des Regel ventils 48 darstellt. Von der Leitung 12 ist die Leitung 59 mit dem Regelventil 61 abgezweigt, die zwischen dem Regelventil 48 und dem Druckredu- zierventil 53 in die Leitung 47 einmündet.
Das Ven til 61 wird in Abhängigkeit von dem Messgerät 62 eingestellt, welches die Salzkonzentration des durch die Leitung 12 strömendeä Speisewassers misst und bei Überschreitung einer bestimmten maximalen Kon zentration das Ventil 61 öffnet.
Ist z. B. durch ein Rohrdefekt im Kondensator 31 ein Salzeinbruch erfolgt und die Konzentration des dem Dampferzeuger zugeführten Speisewassers zu hoch, so wird nun unabhängig von der durch den Schwimmer 35 eingestellten Regelung die Wasser- einspritzung aus dem Abscheider 16 abgestellt und die Einspritzung aus der Speiseleitung 12 geöffnet, indem das Speisewasser durch die Leitung 59 auch bei geschlossenem oder wenig geöffnetem Ventil 48 in genügender Menge zugeführt werden kann,
so dass eine Einspritzwasserzufuhr aus dem Abscheider 16 nicht mehr notwendig ist. Durch den Salzeinbruch in den Kondensator 31 hat nämlich das im Abschei- der 16 ausgeschiedene Wasser eine zu hohe Salzkon zentration, und es ist zweckmässig, dieses ausgeschie dene Wasser vollständig über das Ventil 21 abzu- schlämmen und nur Speisewasser, dessen Salzkonzen- tration zwar erhöht ist,
aber diejenige des im Ab- scheider 16 ausgeschiedenen Wassers nicht erreicht, zur Wassereinspritzung in den überhitzer 18 zu ver wenden. Infolge der Umgehung des Ventils 48 wird ständig der Leitung 23 Wasser aus der Speiseleitung 12 zugeführt, und das Rückschlagventil 52 bleibt geschlossen.
Die Schwimmerregelung wird nun das Ventil 21 so einstellen, dass die gesamte im Abschei- der 16 anfallende Wassermenge durch das Ventil 21 aus dem Dampferzeuger abgeschlämmt wird.
Das Messgerät 62 kann auch an einer anderen Stelle die Salzkonzentration messen und das Ventil 61 öffnen. Zweckmässig wäre, die Salzkonzentration des ausgeschiedenen flüssigen Mediums im Abschei- der 16 zu messen. Dazu kann das Gerät 62 am Ab- scheider 16 selbst oder an der Leitung 19 vor dem Ventil 21 angeschlossen sein.
An Stelle des Rückschlagventils 52 kann ein gesteuertes Ventil vorgesehen sein. Ein solches Ven til würde z. B. vom Messgerät 62 am Abscheider 16 oder bei einem zu hohen Druck in der Leitung 47 sofort geschlossen. Auf solche Weise würde der Ab fluss von Medium aus dem Abscheider 16 zum Über- hitzer 18 selbsttätig gesperrt.
Zwischen einem gesteuerten Ventil 52 und den Ventilen 48 und 61 kann eine Wirkverbindung vor gesehen sein, derart, dass beim Öffnen eines der Ventile 48, 61 das Ventil 52 sofort geschlossen und dadurch der Abfluss aus dem Abscheider 16 zum Überhitzer 18 gesperrt ist.
Ein gesteuertes Ventil 52 und die Ventile 48 und 61 können als reine Abschlussventile mit den Stellungen: ganz aufs> und zu ausgebildet sein.
Die Entsalzung des Speisewassers kann als Total- entsalzung ausgebildet sein. Sie kann vor dem An fahrgefäss 10 durch Abschlämmen oder durch Zu setzen von Entsalzungsmitteln erfolgen, damit schon das dem Economiser 13 zugeführte Speisewasser einen höheren Reinheitsgrad und das flüssige Medium im Abscheider 16 einen genügenden Reinheitsgrad aufweist.
Für eine erfindungsgemässe Ausführung der Ein richtung spielt es keine Rolle, wenn zwischen Ab- scheider 16 und überhitzer 18 ein Nachverdampfer vorgesehen ist. Unter Umständen kann auch im An schluss an den Nachverdampfer ein zweiter Abschei- der vorhanden sein, wobei sowohl aus dem einen als auch aus dem anderen Abscheider, gegebenen- falls aus beiden, ein Abfluss von flüssigem Medium zu dem überhitzer vorgesehen sein kann.
Beim Umschalten von dem Abfluss von flüssigem Medium aus dem Abscheider 16 zum überhitzer 18 auf eine Zufuhr aus der Speiseleitung 12 zum Über- hitzer 18 kann nicht nur, wie angegeben, eine Druck erhöhung entstehen, sondern es ist auch ein Unter schied in der Temperatur des Mediums vorhanden. Verläuft diese Umschaltung allmählich, wenn neben dem Zufluss aus der Speiseleitung 12 immer noch ein Abfluss aus dem Abscheider 16 erfolgt, so er gibt sich durch das Mischen der beiden eine Zwi schentemperatur.
Hört aber der Abfluss aus dem Abscheider 16 plötzlich auf und wird den Einspritz- stellen 25, 45 nur Medium aus der Speiseleitung 12 zugeführt, so könnte der Temperaturunterschied eine Störung auslösen, die eine Massnahme zur Behebung derselben erfordern würde.
Eine solche wäre z. B., wenn beim Umschalten auf eine Zufuhr aus der Speiseleitung 12 der über- tragungsfaktor der Thermostaten 39, 46 auf die Servomotoren zur Einstellung der Ventile 24, 44 nach Massgabe des Temperatursprunges verändert wird.
Da die Temperatur des Mediums aus der Speise leitung 12 niedriger ist als die des Mediums aus dem Abscheider 16, wäre bei einer Regelung der Temperatur am Austritt des überhitzers der über tragungsfaktor so zu ändern, dass bei gleicher Er höhung des Istwertes gegenüber dem Sollwert der Austrittstemperatur die Menge des aus der Leitung 12 zugeführten Mediums gegenüber der Menge des aus dem Abscheider 16 zugeführten Mediums ver ringert wird.