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Dampf- und Luftkessel mit Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft
Dampf- und Luftkessel mit durch Strahlung oder Berührung beheiztem Überhitzer und
Zwischenüberhitzer zum Antrieb von Turbinen, bei denen das Arbeitsmittel aus dem
Hochdruckteil des Kessels in den Niederdruckteil der Turbine strömt, und hat eine
besonders zweckmäßige Anordnung und Ausgestaltung der Heizflächen zum Gegenstand,
durch welche es ermöglicht wird, die Arbeitstemperatur des Mediums im Hauptaggregat
sowie im ersten bzw. zweiten Zwischenüberhitzer über einen weiten Lastbereich konstant
zu halten.
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Im Kraftwerksbetrieb ist es erforderlich, das Arbeitsmedium nach dem
Überschreiten eines bestimmten Arbeitsdruckes, d. h. also, nachdem es im Hochdruckteil
der Turbine bereits eine bestimmte Arbeit geleistet hat, von neuem zu überhitzen.
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Diese Zwischenüberhitzung stellt aber den Kesselbau vor eine Reihe
von Aufgaben, insbesondere dann, wenn durch weitere Steigerung des Arbeitsdruckes
eine mehrmalige Wiedererhitzung des Mediums erforderlich wird. Ergibt sich beispielsweise
die Forderung, die Dampf- bzw. Lufttemperatur des Hauptwie auch die der Zwischenaggregate
über einen möglichst weiten Lastbereich konstant zu halten, so erfordert diese bei
Naturumlaufkesseln für die Frischdampftemperatur besondere konstruktive Maßnahmen,
wie Aufgliederung des Ha.uptüberhitzers in einen Strahlungs- und in einen Berührungsüberhitzer,
Bypaßschaltung usw. Lediglich Zwangdurchlaufdampferzeuger können auf Grund ihrer
Eigenart ohne besondere Hilfmittel dieser Forderung gerecht werden, jedoch sind
für die Austrittstemperatur am ersten bzw. zweiten Zwischenüberhitzer bei allen
Bauarten besondere Mittel notwendig.
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Bei Hochdruck-Dampferzeugungsanlagen ist es bereits bekannt, die Temperatur
des Heißdampfes über der Last durch die Kombination von Strahlungs- und Berührungsüberhitzern
auszugleichen, während die Temperatur des Zwischendampfes durch die räumliche Zusammenfassung
des Berührungsteils des Primärüberhitzers mit dem Berührungsteil des Zwischenüberhitzers
im gleichen Rauchgasgebiet bestimmt wird.
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Diese Anlagen hatten jedoch den Nachteil, daß der Wärmeausgleich infolge
gegenseitiger Abstrahlung nur für Frischdampf wirksam wurde, da für den Zwischendampf
der indirekte Wärmeaustauscher vom Dampf über den die Rohre umspülenden Rauchgasstrom
so unvollkommen ist, daß die Temperaturcharakteristik des Zwischendampfes nicht
ausgeglichen wird.
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Diese Schwierigkeiten werden mit der Erfindung dadurch überwunden,
daß zum selbsttätigen Ausgleich der Temperaturen des Arbeitsmittels der Hochdruck-Strahlungsüberhitzer
mit dem Niederdruck-Berührungsüberhitzer durch einen außerhalb der Kesselzüge angeordneten
Wärmeaustauscher gekoppelt ist, der von dem Arbeitsmittel im Hochdruck-und im Niederdruckteil
voll beaufschlagt wird.
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Diese Ausführung gemäß der Erfindung hat zunächst den Vorteil, daß
infolge der Anordnung einer bestimmten Heizfläche die Wärmeübertragung überwiegend
durch Strahlung erfolgt, wobei deren natürliche Mehrleistung im Teillastgebiet über
einen Wärmeaustauscher einer durch Teillasten bedingte natürliche Minderleistung
aufweisenden Heizfläche zugeführt wird, bei der die Wärmeübertragung vorwiegend
durch Konvektion geschieht.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Bildung
zweier Heizflächen, von welchen die eine eine fallende, die andere dagegen eine
steigende Charakteristik hat, dieses gegensätzliche Verhalten nunmehr über den Wärmeaustauscher
ausgeglichen «-erden kann.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, welche schematisch
als Ausführungsbeispiel einen gemäß der Erfindung ausgestalteten Luftkessel zeigt.
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In der Zeichnung ist mit 1 der Kompressor bezeichnet, von welchem
das Arbeitsmittel dem als reine Strahlungsheizfläche ausgebildeten Hochdruckvorerhitzer
2 und dem ebenso ausgebildeten Hochdrucknacherhitzer 3 zugeführt wird. Das erhitzte
Arbeitsmittel wird über eine Absperrvorrichtung 4 dem Hochdruckteil 5 der Heißluftturbine
zugeleitet, um nach Verlassen des Hochdruckteiles in dem als Berührungsfläche ausgebildeten
Niederdruckvorerhitzer 6 und Niederdrucknacherhitzer 7 wieder erhitzt zu werden.
Das Medium wird nach Verlassen des Niederdrucknacherhitzers 7 dem Niederdruckteil
8 der Heißluftturbine zugeführt.
Die Wirkungsweise des vorstehend
beschriebenen Lufterhitzers ist nun folgende: Das Arbeitsmittel tritt in den Hochdruckvorerhitzer
2 ein, nimmt aus den Feuergasen Wärme auf, verläßt den Hochdruckvorerhitzer 2 mit
höherer Temperatur und tritt mit dieser Temperatur in den Wärmeaustauscher 9 ein.
Der Wärmeaustauscher wird so angeordnet, daß bei einer bestimmten Last die Austrittstemperatur
aus dem Wärmeaustauscher gleich der Eintrittstemperatur ist, d. h. es findet kein
Wärmeaustausch statt. Vom Wärmeaustauscher 9 aus durchströmt. das Arbeitsmittel
den Hochdrucknacherhitzer 3 und verläßt diesen mit der Endtemperatur des Hochdruckteiles,
um im Hochdruckteil 5 der Turbine Arbeit zu leisten. Vom Hochdruckteil 5 der Turbine
aus wird das Arbeitsmittel dem Niederdruckvorerhitzer 6 mit abgesenkter Temperatur
zugeführt, nimmt Wärme auf und verläßt den Niederdruckvorerhitzer mit wieder erhöhter
Temperatur. Diese Temperatur ist die Eintrittstemperatur in den Wärmeaustauscher
9. Da die Eintrittstemperatur in den Wärmeaustauscher auf der Hochdruckseite und
auf der Niederdruckseite dieselbe ist, erfolgt kein Wärmeaustausch. Das Arbeitsmittel
strömt in den Niederdrucknacherhitzer 7, verläßt diesen mit der Endtemperatur des
Niederdruckteiles und gelangt von hier aus in den Niederdruckteil 8 der Turbine.
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Wird die Last gesteigert, so nimmt der Hochdruckvorerhitzer 2 weniger
Wärme auf, d. h. die Temperatur am Eintritt in den Wärmeaustauscher wird niedriger.
Da im Niederdruckvorerhitzer 6 jedoch mehr Wärme als bisher übertragen wird, ist
die Eintrittstemperatur höher. Daraus resultiert, daß bei steigender Last die zu
große Wärmeleistung des Niederdruckvorerhitzers 6 über einen Wärmeaustauscher 9
dem Hochdrucknacherhitzer 3 zugeführt wird und die Minderleistung des Hochdruckvorerhitzers
2 ausgleicht.
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Wird die Last gesenkt, wechselt der Vorgang, d. h. die zu große Wärmeleistung
des Hochdruckvorerhitzers 2 wird über den Wärmeaustauscher dem Niederdrucknacherhitzer
7 zugeführt und so die Minderleistung des Niederdrucknacherhitzers ausgeglichen.
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Der beherrschbare Lastbereich kann noch durch die Anordnung eines
Bypasses im Bereich des Niederdruckvorerhitzers vergrößert werden. Außerdem würde
dadurch die Möglichkeit einer willkürlichen Temperaturbeeinflussung gegeben sein.
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Die Wirkungsweise bleibt im Prinzip dieselbe, wenn anstatt der im
Beispiel genannten Heizflächen andere in-der beschriebenen Art geschaltet werden.