Dampfkraftanlage Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Dampfkraftanlage, bei der überhitzter Dampf von einem Dampfkessel einem mindestens aus zwei Tur binen bestehenden Turbinensatz zugeführt wird, wo bei einerseits zwischen den beiden Dampfturbinen ein Zwischenüberhitzer und anderseits eine Leitung für die Hauptmenge an Verbrennungsluft zu dem Brenner des Dampfkessels vorgesehen ist.
Die Erfindung ist da durch gekennzeichnet, dass der Zwischenüberhitzer eine Verbrennungskammer mit einem Brenner hat, die Verbrennungsluft in grösserer Menge, als für eine vollständige Verbrennung notwendig ist, erhält, und eine zwischen den beiden Dampfturbinen eingeschal tete Dampfleitung umschliesst, so dass der Dampf strom in dieser Leitung durch gasförmige Verbren nungsprodukte erhitzbar ist, welcher Zwischenüber- hitzer eine Abgasleitung zu dem Brenner des Dampf kessels für eine zusätzliche Versorgung des Bren ners mit heissen gasförmigen Verbrennungsproduk ten aufweist,
um ihre Wärme und den überschüssigen Sauerstoff auszunutzen, und durch automatische Regelvorrichtungen, die unter dem Einfluss des Dampfdruckes zwischen den beiden Turbinen ste hen, so dass die Brennstoffzufuhr zu dem Brenner des Zwischenüberhitzers unterbrochen wird, sofern die Dampfmenge des Dampfstromes zwischen den bei den Turbinen einen festgelegten Wert unterschreitet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch in der Ansicht und teil weise im Schnitt eine Dampfkraftanliage, die einen Schiffsdampfkessel und einen Turbinensatz aufweist, in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch ein auto matisches Brennstoffventil mit Regelelementen; Die Fig. 3 bis 6 stellen weitere Ausführungs formen der Dampfkraftanlage dar. In den Figuren sind die Richtungen, in denen das Heizöl; die Verbrennungsluft, der Dampf und die Abgase durch die verschiedenen Leitungen strö men, durch Pfeile dargestellt.
Die in vollen Linien ausgezogenen Pfeile geben die Strömungsrichtung der vorerwähnten Medien bei normalen Betriebsbe dingungen an. Die gestrichelten Pfeile geben die Strömungsrichtung derselben Medien bei Betriebs bedingungen an, die unter anderen als den norma len Umständen eintreten.
In Fig. 1 ist der dargestellte Schiffsdampfkessel als ölbeheizter Wasserrohrkessel 10 mit einem über hitzer 11, lla dargestellt. Der Kessel 10 hat einen vorderen Heizraum 12, dem Luft für ölgeheizte Bren ner 13 durch eine Leitung 14 zugeführt wird, um die Verbrennung in den Brennern 13 und der Ver brennungskammer 15 des Kesselas zu unterstützen.
Die Dampfkraftanlage weist eine Hochdruck-, eine Mitteldruck- und eine Niederdruckturbine, die mit 20 bzw. 21 bzw. 22 bezeichnet sind, für Vorwärts- fahrt sowie eine Hochdruck- und eine Niederdruck turbine, die mit 23 bzw. 24 bezeichnet sind, für Rückwärtsfahrt auf. Die Dampfkraftanlage weist ferner einen Zwischenüberhitzer 30 auf, der als Rohrwärmeaustauscher ausgebildet ist.
Der Zwi- schenüberhitzer 30 hat ein Rohrsystem 31 und eine Verbrennungskammer 32, die mit einem, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ölgeheizten Brenner 33 ausgerüstet ist. Grundsätzlich können mehr als ein Brenner 33 angebracht werden. Zu dem vorderen Heizraum 34 des Zwischenüberhitzers. 30 wird in beträchtlichem Masse Verbrennungsluft zugeführt. Die Verbrennungskammer 32 des Zwischenüber- hitzers 30 hat eine Abgasleitung 35, die über ein Rohr 36 mit der Leitung 14 verbunden ist, die zu dem vorderen Heizraum 12 des Kessels 10 führt.
Über die Abgasleitung 35 erhalten auf diese Weise die Brenner 13 zusätzlich ein vorgewärmtes gasför miges Medium. Dies ist .insofern praktisch, da dem Zwischenüberhitzer 30 eine grosse Menge an Ver brennungsluft zugeführt wird, so dass die Abgase des Zwischenüberhitzers 30 im wesentlichen aus Luft und in einem verhältnismässig kleinen Teil aus Koh lendioxyd bestehen. In dem Beispiel wird dem Zwi- schenüberhitzer 30 dreimal so viel Luft zugeführt, wie für die vollständige Verbrennung gebraucht wird.
Die Frischdampfleitung 40, die durch ein Ab sperrventil 41 regelbar ist, führt bei Vorwärtsfahrt des Schiffes vom überhitzer 11, lla des Kessels 10 zur Hochdruckturbine 20.
Die Regelventile bestehen aus einem Dampfventil 42 für Vorwärtsfahrt, einem Absperrventil 43 und einem Dampfventil 44 für Rückwärtsfahrt. Die Dampfleitungen 45 und 46 füh ren über die genannten Ventile 42, 43 und 44 zu den Hochdruckturbinen 20 und 23 für Vorwärts und Rückwärtsfahrt. Die Leitung 47 führt von dem Auslass der Hochdruckturbine 20 für Vorwärtsfahrt zu dem Einlass 48 des Röhrensystems 31 des Zwi- schenüberhitzers 30.
Die-Leitung 49 führt von dem Auslass 50 des Röhrensystems 31 zu dem Einlass der Mitteldruckturbine 21 für Vorwärtsfahrt. Die Dampfleitung 51 verläuft von dieser Mitteldruck- turbine zur Niederdruckturbine 22 für Vor wärtsfahrt. Die Dampfleitung 52 führt von der Hochdruckturbine 23 für Rückwärtsfahrt zur Niederdruckturbine 24 für Rückwärtsfahrt. Die Disposition der Dampfleitungen ist ausschliess lich schematisch aufgezeichnet.
In der Praxis würde diese Disposition vorzugsweise derart sein, dass die Dampfleitungen 47 und 49 zwischen dem Zwischen- überhitzer 30 und den Turbinen 20 und 21 für Vorwärtsfahrt eine geringe Länge aufweisen.
Die Heizölzufuhr zu dem Brenner 13 des: Kes sels 10 erfolgt durch eine Leitung 58 und über eine Zweigleitung 59 zu dem Brenner oder den Brennern 33 des Zwischenüberhitzers 30. Die Re gulierung des Heizölflusses zu dem Zwischenüber- hitzer 30 wird durch ein Brennstoffregulierventil 60, das in der Leitung 59 angeordnet ist, vorgenommen.
Dieses Ventil 60 ist mit einer Reguliervorrichtung 61 verbund-.n, die über eine Zweigleitung 47a mit der Dampfleitung 47 verbunden ist. Wenn die Dampf menge einen festgesetzten Wert unterschreitet, so wird das Ventil 60 automatisch durch die Regulier- vorrichtung 61 geschlossen und unterbricht die Zu fuhr an Brennstoff.
Das Brennstoffregulierventil 60 und die Regu liervorrichtung 61 sind in Fig. 2 dargestellt. Das Ventil 60 weist ein Gehäuse 62 mit einem Ventil sitz 63, einen Ventilkörper 64 und eine Ventilstange 65 auf, die mit dem Ventilkörper 64 fest verbun den ist und ein Handrad 66 trägt. Die Ventilstange 65 ist mit einem Gewindeteil 67 ausgerüstet. Das Ventil 60 steht unter der Wirkung einer Druckfeder 68, die danach strebt, den Ventilkörper 64 gegen den Ventilsitz 63 zu drücken.
Es weist ferner eine Mutter 69 auf, die durch eine am Gehäuse 60 fest angeordnete Führung 70 gegen Verdrehung gesichert, jedoch mit der Ventilstange 65 auf und ab bewegbar ist. Das Gehäuse 62 hat einen Heizöleinlass 71 und einen Heizölauslass 72. Das Ölversorgungssystem steht unter einem hohen Druck, z. B. von 21,2 kgcm\@. Der Druck dieses Systems sichert ein einwandfreies Schliessen des Ventils 60.
Die druckbetätigte Reguliervorrichtung 61 weist einen Zylinder 73, der über die Zweigleitung 47a mit der Dampfleitung 47 verbunden ist, einen Kol ben 74, der entgegen dem Dampfdruck durch eine stärke Druckfeder 75 nach unten gedrückt wird, sowie eine Kolbenstange 76 und einen Hebel 77, der schwenkbar an der Mutter 69 angelenkt ist, auf. Der Hebel 77 ist am einen Ende, bei 78, ausge spart, um mit einem am Gehäuse 60 fest angeord neten Anschlag 79 zusammenzuarbeiten. Am an deren Ende ist der Hebel 77 mit der Kolbenstange 76 verbunden. Der Hebel 77 durchdringt das Ge häuse 60 durch einen Schlitz 80, an dessen unterem Ende ein Stützarm 81 für den Hebel 77 vorgesehen ist.
Im Falle, dass die Heizölversorgung zu dem Zwi- schenüberhitzer 30 normal ist, nehmen die verschie denen Teile die Stellung ein, die in Fig. 2 aufge zeigt ist. Das Ventil 60 wird durch den Anschlag 79, der über den Hebel 77 und die Mutter 69 auf die Ventilstange 65 wirkt, offengehalten. Tritt eine Verringerung oder eine Unterbrechung des Dampf stromes zu den Röhren 31 des Zwischenüberhitzers 30 auf, so sinkt der Kolben 74, löst den Hebel 77 vom Anschlag 79 und legt ihn gegen den Stützarm 81.
Die Feder 75 schliesst über den Hebel 77 das Ventil 60 und wird hierbei durch den Öldruck, der auf dem Ventilkörper 64 lastet, sowie durch die Feder 68 unterstützt. Der Zwischenüberhitzer 30 ist somit dagegen geschützt, dass der oder die Bren ner 33 in Betrieb ist bzw. sind, während der Dampf strom durch die Rohre 31 des Zwischenüberhitzers 30 ungleichmässig oder unterbrochen ist. Würde der Betrieb des oder der Brenner 33 aufrechterhalten, so würde dies zur Beschädigung oder Zerstörung der Zwischenüberhitzerrohre 31 führen.
Die oben er wähnten Bedingungen treten während des Manövrie- rens und während der Rückwärtssfahrt auf. Das Ventil 60 kann nicht wieder geöffnet wer den, solange nicht der normale Dampfstrom zu dem Zwischenüberhitzer 30 wieder vorliegt. Es kann im übrigen nur von Hand aus wieder geöffnet werden. Wenn sich der normale Dampfstrom wieder einge stellt hat, wird der Kolben 74 nach oben gepresst. Der Widerstand der Feder 75 wird überwunden, so dass der Hebel 77 auf die Seitenflächen des An schlages 79 drückt.
Man dreht nun das Handrad 66 im Sinne der Schliessbewegung des Ventils 60, so dass die Mutter 69, die den Hebel 77 trägt, nach unten geführt wird. Die Hebelaussparung 78 schnappt schliesslich in den Formschluss mit dem Anschlag 79 ein. Man dreht nun das Handrad in der entgegen- gesetzten Richtung, so dass das Ventil 60 so weit geöffnet wird, wie es eben gewünscht wird.
Die Dampfleitungen, die den Mitteldruckdampf führen, nämlich die Leitungen 47 und 49, sind durch eine Zweigleitung 85 miteinander verbunden und mit Ventilen 86, 87, 88 ausgerüstet, so dass der Zwischenüberhitzer 30 von den Dampf- und Ver brennungssystemen der Anlage zur Prüfung, Instand haltung und Reparatur getrennt werden kann. Hier bei tritt nur vorübergehend ein Abfall des thermi schen Wirkungsgrades ein; jedoch hat dieses keiner lei Einfluss auf die technische Wirksamkeit der An lage.
Die Verbrennungsluft für die Brenner 13 des Kessels 10 und die Verbrennungsluft für den Bren ner oder die Brenner 33 des Zwischenüberhitzers 30 können durch getrennte Ventilatoren zugeführtwerden.
Wie Fig. 1 zeigt, wird der Luftleitung 14, die zu dem vorderen Heizraum 12 des Kessels 10 führt, die Luft unter Druck durch einen Luftventilator 90 zugeführt. Ein getrennter Luftventilator 91 ver sorgt den Heizraum 34 des Zwischenüberhitzers 30 mit durch Druck stehender Verbrennungsluft über eine Leitung 92. Im Falle, dass gewünscht wird, eine Vorwärmung der Verbrennungsluft, die dem Kessel<B>10</B> und dem Zwiscbenüberhitzer 30 zuge führt wird, vorzunehmen, fördern die Ventilatoren 90 und 91 die Luft über Vorwärmer 93 bzw. 94.
In dem Ausführungsbeispiel sind beide Luftvorwärmer 93, 94 als Rohrwärmeaustauscher ausgelegt. Das Heiz- medium ist in jedem Falle Dampf, der von einem geeigneten Punkt der Anlage abgezapft wurde. In dem Ausführungsbeispiel wird der Dampf von der Mitteldruckturbine 21 über die Dampfleitung 95 abgenommen.
In Abwandlung ist es auch möglich, einen ein zigen Ventilator sowohl für die Versorgung des Kessels 10 als auch des Zwischenüberhitzers 30 mit Luft vorzusehen. In diesem Falle ist eine Dros selklappe angebracht, um das Verhältnis der zwei Luftmengen einzuregulieren. Nach Fig. 3 versorgt der einzige Ventilator 100 eine Hauptleitung 101, die zu dem vorderen Heizraum 12 des Kessels 10 führt, und eine Leitung 102, die von der Leitung <B>101</B> abzweigt und zum Heizraum 34 des Zwischen- überhitzers 30 führt, mit Luft. Der Abgasstutzen 35 des Zwischenüberhitzers 30 mündet in eine Lei tung 103 ein, die zu der Leitung 101 führt.
Die Leitung<B>101</B> leitet das Luftgemisch, das aus der Luft, die direkt vom Ventilator 100 kommt, und aus heissen Abgasen von dem Zwischenüberhitzer 30 besteht, in den Heizraum 12. Eine Drosselklappe 104 in der Luftleitung 101 ist unmittelbar jenseits der Stelle angeordnet, an der die Leitung 102 von der Leitung 101 abzweigt. Die Drosselklappe 104 dient zur Regulierung der Luftmenge, die zum Zwi- schenüberhitzer 30 abgeleitet wird.
Wie beschrieben wurde, ist der Brenner des Zwi- schenüberhitzers derart ausgelegt, dass er eine be trächtliche Menge an Verbrennungsluft aufnehmen kann, so dass ein reichlicher Strom an gasförmigen Produkten durch den Zwischenüberhitzer stattfindet. Die Produkte sind nicht übermässig heiss. Somit wird vermieden, dass für den Schutz der Zwischenüber- hitzerrobre Wandungen, die mit Wasserrohren oder anderen Kühlmitteln belegt sind, vorgesehen wer den müssen.
Es ist indessen vorteilhaft, den Zwi- schenüberhitzer mit einem Mantel für die Vorwär- mung seiner eigenen Verbrennungsluft oder anderer Mengen an Verbrennungsluft, die zu dem Kessel oder zu anderen Teilen der Anlage geführt werden, zu umschliessen. In Fig. 3 ist der Zwischenüberhitzer 30 von einem mit Luft ausgefüllten Mantel 105 um geben, der die Leitung 102, die als ein Luftvorrats behälter dient, aufweist.
Von der Leitung 102 wird die Luft über den Ausl'assstutzen 106 dem Brenner des Zwischenüberhitzers zugeführt. Der Ventilator 100 fördert die Luft durch einen Luftvorwärmer 107, der ähnlich den Vorwärmem 93, 94 ausgelegt ist und über eine Anzapfdampfleitung 95 gespeist wird.
In den Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 1 und 3 wurden als Heizmittel, mit deren Hilfe die Verbrennungsluft für den Kessel und den Zwischen- überhitzer vorgewärmt wurde, die Vorwärmer 93, 94 und der Vorwärmer 107 verwendet. Wie in jedem Ausführungsbeispiel aufgezeigt ist, ist dort ebenfalls ein sogenannter Dampf-Temperaturregler vorgesehen, dem die Bezugszahl 108 zugeordnet ist.
Dies ist ein Rohrwärmeaustauscher, dessen erster Zweck darin besteht, die Temperatur des überhitzten Damp fes, der von dem Kessel 10 zu den Turbinen strömt, zu regulieren. Dieser Temperaturregler ist in die Verbrennungsluftleitung 14 bzw. 101, die von dem Luftvorwärmer 93 bzw. 107 zu dem vorderen Kessel heizraum 12 führt, eingeschaltet.
Der überhitzte Dampf stellt das Heizmedium des Temperaturreglers dar und wird durch eine Leitung 109 diesem zuge führt, welche die Röhren des Reglers 108 mit den zwei Teilen 11 und lla des überhitzers verbindtt und mit diesen in Serie geschaltet ist. Im Gehäuse des Temperaturreglers 108 sind zwei Kammern 110 und 111 untergebracht, wobei die Kammer 110 mit dem überhitzten Dampf geheizt wird. Die Kam mern sind mit mechanisch gekuppelten Drosselklap pen 110a und 111a ausgerüstet.
Bei der Betätigung dieser Drosselklappen kann der Luftstrom durch die beheizte Kammer 110 reguliert werden. Beim Manövrieren, wenn der Dampfverbrauch der Tur binen herabgesetzt ist, kann es vorteilhaft sein, den überhitzten Dampf direkt durch die beheizte Kam mer 10 zu leiten, um den Dampf abzukühlen. Anson sten steigt die Temperatur des Dampfes erheblich.
Unter normalen Bedingungen ist der Tempera turregler ein wirtschaftliches Mittel, um einen be trächtlichen Temperaturanstieg des überhitzten Dampfes, der von dem Kessel, kommt, zu verhindern.
In den beiden Ausführungsbeispielen, nach den Fig. 1 und 3, ist der Abgasstutzen 35 des Zwischen- überhitzers 30 mit der Leitung 14 bzw.<B>101</B> für die Verbrennungsluft zum vorderen Kesselh eizraum 12 verbunden, so dass die Abgase des Zwischenüber- hitzers sich mit der Verbrennungsluft mischen und beide Mengen in den erwähnten vorderen Heizraum eintreten und den Brenner als ein heisses Gasgemisch durchströmen.
Sofern es gewünscht wird, können in das Verbrennungsluftsystem geeignete Mittel ein gefügt werden, um beide Luftmengen zu mischen. In Fig. 4 ist in der Anlage ein Ventilator 112, ein Anzapfdampfluftvorwärmer 113, ein Temperatur regler 114, eine Hauptluftleitung 115, die zu dem Kessel 10 führt, eine Zweigleitung 116, die zu dem Zwischenüberhitzer 30 führt, eine Drosselklappe 117 und eine Abgasleitung 118 vom Zwischenüberhitzer vorgesehen. Die Anlage ist mit Elementen zur Un terstützung der Gemischbildung ausgerüstet.
Die Anlage weist eine zylindrische Mischkammer<B>119</B> auf, die eine Anzahl innerer koaxial verlaufender konvergenter Leitflächen 119a hat. Die Hauptlei tung 115 führt koaxial in die Kammer, wogegen die Abgasleitung 118, seitlich in -die Kammer 119 einmündet. Das heisse Gasgemisch strömt axial von der Kammer 119 über die Hauptleitung 115 zu dem vorderen Heizraum 12. Derartige Elemente zur Erzielung des Gemisches gewährleisten, dass das Gasluftgemisch, das den Brennern des Kessels zu geführt wird, ein gleichmässiges Gemisch darstellt.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Hilfsventilator 91 vorgesehen, um die Verbrennungs luft unabhängig von der normalen Verbrennungs- luftversorgung des Kessels dem Zwischenüberhitzer zuzuführen. Anstatt eines Hilfsgebläses kann ein Zusatzgebläse vorgesehen werden. Das bedeutet, dass das gesamte Verbrennungsluftsystem durch einen einzigen Ventilator betrieben wird und dass ein Zu satzgebläse in eine Zweigleitung .eingefügt ist, um den Zwischenüberhitzer zu versorgen.
Ein Ausfüh rungsbeispiel einer solchen Anordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Ein Hauptgebläse 90 liefert die Verbren nungsluft über die Luftvorwärmer 93, 108 zu der Hauptluftleitung 122, die zu dem vorderen Kessel- heizraum 12 führt. Eine Zweigleitung 123 von der Hauptleitung 122 führt die vorgewärmte Luft zu dem Einlassstutzen eines Zusatzgebläses 124, dessen Förderleitung in den Heizraum 34 des Zwischen- überhitzers 30 einmündet.
Die heissen Abgase des Zwischenüberhitzers 30 werden über eine Leitung 126 in die Hauptleitung geführt und werden dem Heizraum 12 vermischt mit der vorgewärmten, nor malen Verbrennungsluft zugeführt. Die Luftmenge, die zu dem Zwischenüberhitzer abgeleitet wird, kann durch die Drehzahlregulierung des Zusatzgebläses in bezug auf die Drehzahl des Hauptgebläses Besteu ert werden. Das Zusatzgebläse dient dazu, den Druck der Luft, die dem Zwischenüberhitzer zugeführt wird, auf eine ausgewählte Grösse zu bringen.
Fig. 6 stellt eine Abwandlung des Ausführungs beispiels nach Fig. 5 dar. Gemäss dieser Abwandlung wird die vorgewärmte Verbrennungsluft, die dem Zwischenüberhitzer zugeführt wird, in eine Erstluft- menge, der durch das Zusatzgebläse ein bestimmter Druck aufgegeben wird, und eine Zweitluftmenge, die unter niedrigerem Druck steht, geteilt.
Wie in der Fig. 6 dargestellt, ist die Versorgungsleitung<B>125</B> für den Zwischenüberhitzer durch eine Leitfläche<B>130</B> in die Zweigleitungen 131 und 132 geteilt. Die Zweigleitung 131 führt zum Einlassstutzen des Zu satzgebläses 124. Die Förderleitung dieses Gebläses ist mit einem zentralen Einlassstutzen 133 verbun den, dem somit Luft zugeführt wird, die unter dem erhöhten Druck des Zusatzgebläses steht.
Der Ein lassstutzen 133 liefert somit einen zentralen Erst luftstrom zu dem Brenner 33 des Zwischenüber- hitzers. Die andere Zweigleitung 132 mündet in einen äusseren Lufteinlassstutzen 134, welcher den zentralen Einlassstutzen 133 umgibt. Dieser grössere Einlassstutzen liefert Zweitluft unter viel geringerem Druck.
Die Anlage ist derart ausgelegt, dass die Erst luft für die Verbrennung im Brenner 33 ausreicht, während die Zweitluft in der Hauptsache als Kühl medium gebraucht wird, um eine übermässige Erhit zung der in Fig. 6 nicht darg'estell'ten Röhren des Zwischenüberhitzers zu verhindern.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können in der Praxis in verschiedener Weise ausgelegt wer den; z. B. kann die Anlage einen oder mehrere Kessel aufweisen, zu deren Brenner die Abgase des Zwi- schenüberhitzers geführt werden. Es kann auch vor gesehen werden, dass die Abgase wahlweise zu einem oder zu mehreren Brennern geführt werden.
Die Anlage kann einen Hilfskessel aufweisen, mit dessen Brennern der Abgasstutzen des Zwischen- überhitzers verbunden ist.
Der Zwischenüberhitzer kann mit Abgasen von einem oder von mehreren Dieselmotoren oder an deren Verbrennungsmotoren als zusätzliches Medium für die Verbrennung gespeist werden. Ein Zwischen überhitzer, wie er im vorhergehenden beschrieben worden ist, kann verwendet werden, um mehr als einen Dampfstrom zwischen zwei Turbinen zu er hitzen. Im allgemeinen setzt sich der Turbinensatz aus einer Hochdruck-, einer Mitteldruck- und einer Niederdruckturbine zusammen.
Im Falle, d'ass die Anlage mit zwei oder mehreren Turbinensätzen aus gerüstet ist, kann jeder Turbinensatz seinen eigenen Zwischenüberhitzer haben, oder es kann ein Zwi- schenüberhitzer vorgesehen sein, der mit zwei oder mehreren getrennten Rohrsystemen ausgerüstet ist. Für jeden Dampfstrom zwischen zwei Turbinen ist ein Rohrsystem vorgesehen.
Der Brennstoff, der den Brennern des Zwischen- überhitzers zugeführt wird, kann flüssig oder gas förmig oder ein pulverisierter Stoff sein. Voraus setzung ist jedoch, dass die Strömung des Brenn stoffes durch automatische Regeleinrichtungen un terbrochen werden kann. Ferner können Mittel vorgesehen sein, automatisch oder von Hand aus betätigt, um das Verhältnis zwischen der Abgas menge des Zwischenüberhitzers und der normalen Verbrennungsluft zu regulieren.
Um zu vermeiden, dass die überhitzung der Zwi- schenüberhitzerröhren beträchtliche Ausmasse an nimmt, können Reguliermittel für die Steuerung des Heizöles und der Verbrennungsluft zu dem Zwischen- überhitzer in Übereinstimmung mit der Temperatur des Zwischenstufendampfes, der den Zwischenüber- hitzer verlässt oder in ihn einströmt, vorgesehen sein. Solche Mittel können automatisch und.''oder von Hand aus betätigbar sein.
Obwohl in den beschriebenen Ausführungsbei spielen eine Schiffsdampfkraftanlage beschrieben wurde, kann die Erfindung sich in gleicher Weise auf stationäre Dampfkraftanlagen beziehen.
Steam power plant The subject of the present invention is a steam power plant in which superheated steam from a steam boiler is supplied to a turbine set consisting of at least two turbines, where on the one hand between the two steam turbines a reheater and on the other hand a line for the main amount of combustion air to the burner of the steam boiler is provided is.
The invention is characterized in that the reheater has a combustion chamber with a burner, the combustion air in larger quantities than is necessary for complete combustion, and a steam line connected between the two steam turbines encloses, so that the steam stream in this line can be heated by gaseous combustion products, which intermediate superheater has an exhaust line to the burner of the steam boiler for an additional supply of the burner with hot gaseous combustion products,
to utilize their heat and the excess oxygen, and by automatic control devices that are under the influence of the steam pressure between the two turbines, so that the fuel supply to the burner of the reheater is interrupted if the amount of steam in the steam flow between the two turbines falls below the specified value.
Embodiments of the invention are shown schematically in the drawing.
Fig. 1 shows schematically in view and partly in section a steam power plant, which has a ship's steam boiler and a turbine set, in a first embodiment; Fig. 2 shows an axial section through an automatic fuel valve with control elements; 3 to 6 show further execution forms of the steam power plant. In the figures, the directions in which the fuel oil; the combustion air, the steam and the exhaust gases flow through the various lines, represented by arrows.
The arrows drawn in full lines indicate the direction of flow of the aforementioned media under normal operating conditions. The dashed arrows indicate the direction of flow of the same media under operating conditions that occur under circumstances other than normal.
In Fig. 1, the ship's steam boiler shown is shown as an oil-heated water tube boiler 10 with a heater 11, 11a. The boiler 10 has a front boiler room 12, the air for oil-heated Bren ner 13 is supplied through a line 14 to support the combustion in the burners 13 and the combustion chamber 15 of the boiler.
The steam power plant has a high-pressure, a medium-pressure and a low-pressure turbine, which are denoted by 20 and 21 and 22, respectively, for forward travel and a high-pressure and low-pressure turbine, which are denoted by 23 and 24, for reverse travel on. The steam power plant also has an intermediate superheater 30 which is designed as a tubular heat exchanger.
The intermediate superheater 30 has a pipe system 31 and a combustion chamber 32, which, as can be seen from FIG. 1, is equipped with an oil-heated burner 33. In principle, more than one burner 33 can be attached. To the front heating chamber 34 of the reheater. 30 a considerable amount of combustion air is supplied. The combustion chamber 32 of the reheater 30 has an exhaust line 35 which is connected via a pipe 36 to the line 14 which leads to the front heating space 12 of the boiler 10.
In this way, the burners 13 also receive a preheated gaseous medium via the exhaust pipe 35. This is practical because the reheater 30 is supplied with a large amount of combustion air so that the exhaust gases from the reheater 30 consist essentially of air and a relatively small portion of carbon dioxide. In the example, the intermediate superheater 30 is supplied three times as much air as is needed for complete combustion.
The live steam line 40, which can be regulated by a shut-off valve 41, leads from the superheater 11, 11a of the boiler 10 to the high-pressure turbine 20 when the ship is moving forward.
The control valves consist of a steam valve 42 for forward travel, a shut-off valve 43 and a steam valve 44 for reverse travel. The steam lines 45 and 46 lead through the aforementioned valves 42, 43 and 44 to the high pressure turbines 20 and 23 for forward and reverse travel. The line 47 leads from the outlet of the high pressure turbine 20 for forward travel to the inlet 48 of the pipe system 31 of the reheater 30.
The line 49 leads from the outlet 50 of the pipe system 31 to the inlet of the medium-pressure turbine 21 for forward travel. The steam line 51 runs from this medium-pressure turbine to the low-pressure turbine 22 for forward travel. The steam line 52 leads from the high-pressure turbine 23 for reverse travel to the low-pressure turbine 24 for reverse travel. The disposition of the steam lines is only shown schematically.
In practice, this disposition would preferably be such that the steam lines 47 and 49 between the reheater 30 and the turbines 20 and 21 have a short length for forward travel.
The fuel oil is supplied to the burner 13 of the boiler 10 through a line 58 and a branch line 59 to the burner or burners 33 of the reheater 30. The regulation of the flow of fuel oil to the reheater 30 is controlled by a fuel regulating valve 60 which is arranged in the line 59 is made.
This valve 60 is connected to a regulating device 61, which is connected to the steam line 47 via a branch line 47a. If the amount of steam falls below a set value, the valve 60 is automatically closed by the regulating device 61 and interrupts the supply of fuel.
The fuel regulating valve 60 and the regulating device 61 are shown in FIG. The valve 60 has a housing 62 with a valve seat 63, a valve body 64 and a valve rod 65 which is firmly verbun with the valve body 64 and a handwheel 66 carries. The valve rod 65 is equipped with a threaded part 67. The valve 60 is under the action of a compression spring 68 which tends to press the valve body 64 against the valve seat 63.
It also has a nut 69 which is secured against rotation by a guide 70 fixedly arranged on the housing 60, but which can be moved up and down with the valve rod 65. The housing 62 has a heating oil inlet 71 and a heating oil outlet 72. The oil supply system is under high pressure, e.g. B. of 21.2 kgcm \ @. The pressure of this system ensures that the valve 60 closes properly.
The pressure-operated regulating device 61 has a cylinder 73, which is connected to the steam line 47 via the branch line 47a, a Kol ben 74, which is pressed down against the steam pressure by a strong compression spring 75, and a piston rod 76 and a lever 77, the is pivotably articulated on the nut 69 on. The lever 77 is at one end, at 78, saved out in order to work with a stop 79 fixed on the housing 60 angeord designated. At its end, the lever 77 is connected to the piston rod 76. The lever 77 penetrates the housing 60 through a slot 80, at the lower end of which a support arm 81 for the lever 77 is provided.
In the event that the heating oil supply to the intermediate superheater 30 is normal, the various parts assume the position shown in FIG. The valve 60 is held open by the stop 79, which acts on the valve rod 65 via the lever 77 and the nut 69. If the steam flow to the tubes 31 of the reheater 30 is reduced or interrupted, the piston 74 sinks, releases the lever 77 from the stop 79 and places it against the support arm 81.
The spring 75 closes the valve 60 via the lever 77 and is supported by the oil pressure which is applied to the valve body 64 and by the spring 68. The reheater 30 is thus protected against the fact that the burner or burners 33 is or are in operation while the steam flow through the tubes 31 of the reheater 30 is uneven or interrupted. If the operation of the burner or burners 33 were to be maintained, the reheater tubes 31 would be damaged or destroyed.
The above-mentioned conditions occur during maneuvering and while driving backwards. The valve 60 cannot be reopened until the normal steam flow to the reheater 30 is restored. It can only be opened again by hand. When the normal steam flow has been restored, the piston 74 is pressed upwards. The resistance of the spring 75 is overcome so that the lever 77 presses on the side surfaces of the stop 79.
The handwheel 66 is now turned in the direction of the closing movement of the valve 60, so that the nut 69, which carries the lever 77, is guided downwards. The lever recess 78 finally snaps into the form fit with the stop 79. The handwheel is now turned in the opposite direction so that the valve 60 is opened as far as it is desired.
The steam lines that carry the medium pressure steam, namely lines 47 and 49, are connected to one another by a branch line 85 and equipped with valves 86, 87, 88, so that the reheater 30 of the steam and Ver combustion systems of the plant for testing, maintenance maintenance and repair can be separated. Here at only a temporary drop in thermal efficiency occurs; however, this has no influence on the technical effectiveness of the system.
The combustion air for the burners 13 of the boiler 10 and the combustion air for the burner or the burners 33 of the reheater 30 can be supplied by separate fans.
As FIG. 1 shows, the air line 14, which leads to the front heating space 12 of the boiler 10, is supplied with the air under pressure by an air fan 90. A separate air fan 91 supplies the heating space 34 of the reheater 30 with pressurized combustion air via a line 92. In the event that it is desired, preheating of the combustion air supplied to the boiler 10 and the reheater 30 is carried out, the fans 90 and 91 convey the air via preheaters 93 and 94, respectively.
In the exemplary embodiment, both air preheaters 93, 94 are designed as tubular heat exchangers. In any case, the heating medium is steam that has been drawn off from a suitable point in the system. In the exemplary embodiment, the steam is taken from the medium-pressure turbine 21 via the steam line 95.
In a modification, it is also possible to provide a single fan for both the supply of the boiler 10 and the reheater 30 with air. In this case, a throttle valve is attached to regulate the ratio of the two air volumes. According to FIG. 3, the single fan 100 supplies a main line 101, which leads to the front heating space 12 of the boiler 10, and a line 102, which branches off from the line 101 and to the heating space 34 of the reheater 30 leads, with air. The exhaust gas connector 35 of the reheater 30 opens into a line 103 which leads to the line 101.
The line 101 conducts the air mixture, which consists of the air coming directly from the fan 100 and hot exhaust gases from the reheater 30, into the heating space 12. A throttle valve 104 in the air line 101 is directly arranged beyond the point at which the line 102 branches off from the line 101. The throttle valve 104 is used to regulate the amount of air that is diverted to the intermediate superheater 30.
As has been described, the burner of the reheater is designed in such a way that it can take up a considerable amount of combustion air, so that an ample flow of gaseous products takes place through the reheater. The products are not excessively hot. This avoids the need to provide for the protection of the intermediate superheater tubes that are covered with water pipes or other coolants.
However, it is advantageous to enclose the intermediate superheater with a jacket for preheating its own combustion air or other amounts of combustion air that are fed to the boiler or to other parts of the system. In Fig. 3, the reheater 30 is filled with air from a jacket 105 to give, which has the line 102, which serves as an air supply container.
The air is fed from the line 102 via the outlet connection 106 to the burner of the reheater. The fan 100 conveys the air through an air preheater 107, which is designed similarly to the preheaters 93, 94 and is fed via a bleed steam line 95.
In the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 3, the preheaters 93, 94 and the preheater 107 were used as heating means with the aid of which the combustion air for the boiler and the reheater was preheated. As shown in each exemplary embodiment, a so-called steam temperature regulator is also provided there, to which the reference number 108 is assigned.
This is a tubular heat exchanger, the primary purpose of which is to regulate the temperature of the superheated steam flowing from the boiler 10 to the turbines. This temperature controller is switched on in the combustion air line 14 or 101, which leads from the air preheater 93 or 107 to the front boiler heating room 12.
The superheated steam represents the heating medium of the temperature controller and is fed to it through a line 109 which connects the tubes of the controller 108 to the two parts 11 and 11a of the superheater and is connected in series with them. Two chambers 110 and 111 are accommodated in the housing of the temperature controller 108, the chamber 110 being heated with the superheated steam. The chambers are equipped with mechanically coupled throttle valves 110a and 111a.
The air flow through the heated chamber 110 can be regulated when these throttles are operated. When maneuvering, when the steam consumption of the turbines is reduced, it may be advantageous to pass the superheated steam directly through the heated chamber 10 in order to cool the steam. Otherwise the temperature of the steam increases considerably.
Under normal conditions, the temperature controller is an economical means of preventing a significant increase in the temperature of the superheated steam coming from the boiler.
In the two exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 3, the exhaust gas connection 35 of the reheater 30 is connected to the line 14 or 101 for the combustion air to the front boiler heating chamber 12, so that the exhaust gases of the reheater mix with the combustion air and both quantities enter the mentioned front boiler room and flow through the burner as a hot gas mixture.
If desired, suitable means can be added to the combustion air system to mix both amounts of air. In Fig. 4, a fan 112, a bleed air preheater 113, a temperature regulator 114, a main air line 115 leading to the boiler 10, a branch line 116 leading to the reheater 30, a throttle valve 117 and an exhaust line 118 are in the system provided by the reheater. The system is equipped with elements to support the mixture formation.
The system has a cylindrical mixing chamber 119 which has a number of inner coaxially extending convergent guide surfaces 119a. The main line 115 leads coaxially into the chamber, whereas the exhaust line 118 opens into the chamber 119 laterally. The hot gas mixture flows axially from the chamber 119 via the main line 115 to the front heating space 12. Elements of this type for achieving the mixture ensure that the gas-air mixture that is fed to the burners of the boiler is a uniform mixture.
In the embodiment according to FIG. 1, an auxiliary fan 91 is provided in order to supply the combustion air to the reheater independently of the normal combustion air supply to the boiler. Instead of an auxiliary fan, an additional fan can be provided. This means that the entire combustion air system is operated by a single fan and that an additional fan is inserted in a branch line to supply the reheater.
An exemplary embodiment of such an arrangement is shown in FIG. A main fan 90 supplies the combustion air via the air preheaters 93, 108 to the main air line 122, which leads to the front boiler heating space 12. A branch line 123 from the main line 122 leads the preheated air to the inlet connection of an additional fan 124, the delivery line of which opens into the heating chamber 34 of the reheater 30.
The hot exhaust gases from the reheater 30 are fed via a line 126 into the main line and are fed to the heating room 12 mixed with the preheated, normal combustion air. The amount of air that is diverted to the reheater can be controlled by regulating the speed of the auxiliary fan in relation to the speed of the main fan. The additional fan is used to bring the pressure of the air that is fed to the reheater to a selected level.
6 shows a modification of the embodiment according to FIG. 5. According to this modification, the preheated combustion air that is fed to the reheater is converted into a first air quantity, which is given a certain pressure by the additional fan, and a second air quantity which is under lower pressure, shared.
As shown in FIG. 6, the supply line <B> 125 </B> for the reheater is divided into the branch lines 131 and 132 by a guide surface <B> 130 </B>. The branch line 131 leads to the inlet connection of the additional fan 124. The delivery line of this fan is connected to a central inlet connection 133, to which air is thus supplied which is under the increased pressure of the additional fan.
The inlet connection 133 thus supplies a central first air flow to the burner 33 of the reheater. The other branch line 132 opens into an outer air inlet connector 134 which surrounds the central inlet connector 133. This larger inlet port supplies secondary air under much lower pressure.
The system is designed in such a way that the first air is sufficient for combustion in the burner 33, while the second air is mainly used as a cooling medium in order to excessively heat the reheater tubes (not shown in FIG. 6) prevent.
The embodiments described can be interpreted in practice in various ways who the; z. For example, the system can have one or more boilers to whose burners the exhaust gases from the intermediate superheater are fed. It can also be seen that the exhaust gases are optionally routed to one or more burners.
The system can have an auxiliary boiler, with the burners of which the exhaust gas nozzle of the reheater is connected.
The reheater can be fed with exhaust gases from one or more diesel engines or from their internal combustion engines as an additional medium for combustion. An intermediate superheater as previously described can be used to heat more than one steam flow between two turbines. In general, the turbine set is composed of a high pressure, a medium pressure and a low pressure turbine.
In the event that the plant is equipped with two or more turbine sets, each turbine set can have its own reheater, or a reheater can be provided which is equipped with two or more separate pipe systems. A pipe system is provided for each steam flow between two turbines.
The fuel that is fed to the burners of the reheater can be liquid or gaseous or a powdered substance. The prerequisite, however, is that the flow of the fuel can be interrupted by automatic control devices. Furthermore, means can be provided, operated automatically or manually, in order to regulate the ratio between the amount of exhaust gas from the reheater and the normal combustion air.
In order to avoid that the overheating of the reheater tubes becomes considerable, regulating means for the control of the heating oil and the combustion air to the reheater in accordance with the temperature of the interstage steam leaving the reheater or flowing into it can be used, be provided. Such means can be operated automatically and. '' Or manually.
Although a ship's steam power plant has been described in the exemplary embodiments described, the invention can equally relate to stationary steam power plants.