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Verfahren und Vorrichtung zur Einhaltung des höchstmöglichen Temperaturgefälles
bei Regenerativ-Luftvorwärmern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einhaltung
des höchstmöglichen Temperaturgefälles bei Regenerativ-Luftvorwärmern.
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Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Optimum
der Wärmeübertragungsleistung unter schwankenden Betriebsverhältnissen durch selbsttätige
Einhaltung des höchstmöglichen Temperaturbereiches zu erreichen. Dieser ist nach
oben hin begrenzt durch die höchste Heizflächentemperatur, beiwelcher Feuergefahr
durch Selbstentzündung brennbarer Ansätze an den heißesten Heizflächen besteht,
und nach unten hin durch die tiefste Heizflächentemperatur, bei welcher der Taupunkt
der Heizgase unterschritten wird.
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Es ist bereits theoretisch in Betracht gezogen worden, Vorwärmerbrände
bei Luftvorwärmern durch eine Temperaturregelungseinrichtung zu verhindern; jedes
überschreiten der höchst erlaubten Temperatur der Luft oder der heißesten Stelle
der Wärmetauschfläche könnte, wie bemerkt worden ist, auf diese Weise unmöglich
gemacht werden. Es sind auch Temperaturregelverfahren bekanntgeworden, die das Unterschreiten
des Taupunktes verhindern. Hierzu werden Einrichtungen verwendet, welche eine Summenbildung
der Temperaturen im Lufteinlaß- und Gasaustrittskanal bewirken und in Abhängigkeit
von dieser Summe eine Umgehungskanalklappe mehr oder weniger öffnen oder schließen
entsprechend den Abweichungen von einem vorher festgelegten Temperaturmittelwert,
der geeignet ist, die Korrosionsgefahr auszuschließen.
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Es ist bei diesem Verfahren erforderlich, den für den Wärmeaustausch
nutzbaren Temperaturbereich nach unten hin derart zu begrenzen, daß zur Sicherheit
ein ausreichender Temperaturabstand von der tiefsten Durchschnittstemperatur des
»kalten Endes« eingehalten wird, bei der unter den zu erwartenden Betriebsverhältnissen
eine Taupunktsunterschreitung eintreten kann.
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Hierzu hat man Kurven für verschiedene Brennstoffe ermittelt, welche
die tiefsten Durchschnittstemperaturen für die Heizfläche des »kalten Endes« zeigen,
die bei dieser Art der Regelung zu beachten sind.
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Der von diesen unteren Begrenzungstemperaturen nach oben als Sicherheitsbereich
noch einzuhaltende Temperaturabstand muß hierbei so groß bemessen sein, daß auch
bei Verfeuerung der ungünstigsten Brennstoffe unter sehr schwacher Kesselbelastung
eine Taupunktsunterschreitung am »kalten Ende« der Heizflächen nicht eintreten kann.
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Es können nun während des Betriebes häufig und kurzzeitig verhältnismäßig
große Schwankungen in der mehr oder weniger günstigen Brennstoffzusammensetzung
und auch in der Kesselbelastung auftreten, so daß im allgemeinen ein ziemlich großes
unteres Temperaturgefälle als Sicherheitsabstand von der tiefsten Taupunktstemperatur
eingehalten werden muß und somit für den nutzbaren Wärmeaustausch verlorengeht.
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Von diesem Nachteil der temperaturabhängigen Regelverfahren ausgehend,
zeigt die Lösung nach der Erfindung eine bisher nicht erkannte Möglichkeit, die
Korrosionsgefahr ohne Messung von Temperaturen unter allen Betriebsverhältnissen
zu vermeiden. Es werden hierzu an sich bekannte Kriechstromstrecken als Schalt-
und Steuerelemente verwendet, die bei auftretendem Feuchtigkeitsniederschlag unmittelbar
eine Korrosionsschutzvorrichtung betätigen. -Eine solche Art der Regelung ist somit
unabhängig vom verwendeten Brennstoff, von der Kesselbelastung und von einer vorher
festgelegten tiefsten Heizflächentemperatur.
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Es ist wohl andererseits schon bekannt, die Taupunktstemperatur durch
ein. Meßgerät zu bestimmen, wobei der Taupunkt beispielsweise durch die Kapazitätsänderung
eines Kondensators angezeigt wird, und in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur
oder von der Kapazitätsänderung Steuer- oder Regelvorrichtungen zu betätigen.
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Demgegenüber ist es nicht die Aufgabe der Erfindung, etwa die tiefste
Heizflächentemperatur zu regeln, denn die Kesselanlage und. der Luftvorwärmer werden
normalerweise derart bemessen, daß bei der Verfeuerung hochwertiger Brennstoffe
unter voller Kesselbelastung keine Taupunktsunterschreitungen im Luftvorwärmer auftreten.
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Im Unterschied zu bekannten Temperaturregeleinrichtungen wird gemäß
der Erfindung zur Begrenzung
der optimal möglichen Wärmeübertragungsleistung
im Temperaturbereich nach unten hin eine Korrosionsschutzvorrichtung verwendet,
deren Einschaltung nur dann bewirkt wird, wenn ein Feuchtigkeitsniederschlag auf
den Kriechstromstrecken auftritt.
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Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zur Einhaltung des höchstmöglichen
Temperaturgefälles bei Regenerativ-Luftvorwärmern darin, daß I. bei überschreiten
der zulässigen Höchsttemperatur, bei welcher die Gefahr der Inbrandsetzung der Ansätze
an den Heizflächen eintritt, selbsttätig Maßnahmen zur Kühlung der Heizflächen des
Luftvorwärmers und daß I1. beim Entstehen eines Flüssigfihns an dem »kalten Ende«
der Heizfläche Maßnahmen zur Beseitigung des Flüssigkeitsfilms eingeleitet werden.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß I. in an sich bekannter Weise als Schaltelement
zu verwendende Wärmefühler im heißesten Teil der Heizfläche angeordnet sind, welche
bei Erreichen der Zündungstemperatur der auf den Heizflächen haftenden brennbaren
Ansätze einen Elektrokontakt auslösen, wodurch ein Kühlwassersprüher geöffnet wird,
und daß 1I. als Schalt- und Steuerelemente zu verwendende, an sich bekannte Kriechstromstrecken
im kältesten Teil der Heizfläche angeordnet sind, welche je nach Stärke des auftretenden
Kriechstromes entweder a) die Klappe einer Heißluftrückführleitung oder b) die Klappe
eines Regelzuges des Kessels zur Erhöhung der Rauchgastemperatur oder e) eine Wärmequelle
zur Vorwärmung der Kaltluft einschalten und entsprechend steuern.
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In weiterer Ausbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die
Schaltelemente und die Kriechstromstrecken in Aussparungen der Heizblech-Halterungskonstruktion
so eingebaut, daß sie einen Teil der wirksamen Oberfläche der Regenerativkammer
bilden und daß die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen diesen Elementen und
den zugehörigen Steuereinrichtungen in Aussparungen oder Hohlräumen der Halterungskonstruktion
in an sich bekannter Weise verlegt sind.
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Als Schaltelemente sind im heißesten Teil der Heizflächen Thermoelemente,
wärmeabhängige Widerstandselemente oder Bimetall-Schnappschalter vorgesehen. Die
im heißesten und kältesten Teil der Heizfläche des Luftvorwärmers angeordneten Schaltelemente
können bei der Einschaltung der Kühl- bzw. der Wärmezuflußeinrichtung auch Warnsignale
auslösen.
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Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dar.
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Die Abb. 1 zeigt beispielhaft und vereinfacht einen regenerativen
Lufterhitzer mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen. Bezugszeichen 1 weist auf
die Heizfläche mit den Heizflächenblechen in der Halterungskonstruktion hin, deren
tangentiale Wände 2 geschnitten gezeigt sind. In den Rauchgasstutzen 3 und 4 drehen
sich synchron zueinander die Luftstutzen 5 und 6, gehalten und angetrieben von der
Welle 7.
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Es sei vorausgesetzt, daß die heißen Rauchgase den Lufterhitzer in
der Pfeilrichtung 8 durchströmen und die Luft im Gegenstrom dazu in entgegengesetzter
Richtung. Die Wärmefühler 10 am heißen Ende und die Kriechstromstrecken 13
am kalten Ende der Heizflächen sind je in eine Aussparung einer Wand 2 der Halterungskonstruktion
eingesetzt. Die Leitungen 11
und 14 von den Schaltelementen nach den zugehörigen
Relais 9 und 12 sind innerhalb des Luftvorwärmers jeweils in Nuten oder Bohrungen
von radialen Wänden verlegt.
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Abb. 2 zeigt beispielhaft in einem Schaltbild die Betätigung der schadenverhütenden
Einrichtung. Der Zusammenbau der Schaltelemente mit den erwähnten Anzeige- und Regelvorrichtungen
ist vereinfacht dargestellt.
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Steigt die Temperatur über die zulässige obere Grenze, so schließt
der Temperaturwächter 9 den Kontakt 15. Hiermit wird die Warnlampe 16 eingeschaltet
und die Schütze b und c an Spannung gelegt. Der Kontakt b 1 des Schützes
b legt das Hauptschütz a
an Spannung, und dessen Kontakt a 1 schließt.
Hiermit wird der Antrieb der Luftstutzen m 1 in Betrieb gesetzt, falls dieser bei
Eintritt der Temperaturwarnung außer Betrieb war. Dieser Fall tritt ein, wenn der
Kessel und die Saugzuganlage abgestellt werden. Die Heizflächen werden dann nicht
mehr durch die Luft gekühlt, und es besteht keine Verbindung über den Saugzug zum
Schornstein. Die Folge ist das Auftreten von »Stauhitze« an den Nachschaltheizflächen.
Es können sich dann unausgebrannte Staubpartikeln, .die normalerweise immer von
der Luft weggeblasen werden, stärker ansetzen und durch die steigende Temperatur
zu schwelen beginnen. Wenn jetzt die Luftpassagen nicht völlig abgedichtet sind,
dann besteht auch bei Stillstand der Kesselanlagen die Gefahr der Zündung dieser
Ansätze. Weiterhin öffnet der Ruhekontakt b 2, und der Arbeitskontakt c 1 schließt.
Dadurch wird der Betätigungsmotor des Absperrventils 29 in Linksdrehungen versetzt.
Es öffnet die Wasserleitung 29' zum Kühlwassersprüher 31, welcher am Luftstutzen
angebracht ist. Mittels Endschalter 17 schaltet sich c nach beendigter Ventilöffnung
selbsttätig aus.
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Nach ausreichender Abkühlung der Heizflächen durch die Sprüheinrichtung
ist die Feuergefahr beseitigt. Es öffnet dann der Arbeitskontakt 15. Die Warnlampe
16 und das Schütz b werden spannungslos. Der Kontakt b 1 öffnet, womit auch das
Hauptschütz a wieder spannungslos wird, falls der Betätigungsschalter 18 des Drehstutzenantriebes
bei Einsetzen der Temperaturwarnung ausgeschaltet war. In diesem Falle wird auch
der Motor m 1 durch öffnen des Hauptschalters a 1 wieder außer Betrieb gesetzt.
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Beim öffnen des Ventils 29 wird der Endschalter 36 geschlossen, so
daß das Schütz b nach dessen Abschaltung von der Spannung mit seinem Ruhekontakt
b 2 das Hilfsschütz d einschaltet. Dessen Arbeitskontakt
d 1 schaltet nun den Ventilmotor m 2 so ein, daß er in Rechtsdrehungen
versetzt wird. Nach erfolgter Ventilabsperrung öffnet dann der Endschalter 36 und
macht das Schütz d wieder spannungslos, womit dessen Kontakt d 1 abfällt.
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Im Falle einer Betauung des Fühlers 13 fließt ein mehr oder weniger
starker Strom durch den Stromwächter 12. Dieser betätigt ein Zeigerschaltwerk 19
derart, daß der Zeigerausschlag dem fließenden Strom proportional ist. Dieses Zeigerschaltwerk
besitzt zwei auf einer gemeinsamen Welle drehbare Zeiger 20 und 21, welche
um 180° gegeneinander versetzt sind. Bei einem Zeigerausschlag infolge Anziehens
des Stromwächters 12 wird der Zeiger 21 von dem über die Zeigerachse
hinausragenden entgegengesetzten Ende des Zeigers 20 mitgenommen. Die Zeigerachse
ist mit einer Phase des Netzes leitend verbunden. Zeiger 20
schließt in der
eingezeichneten Stellung den bogenförmigen
Schleifkontakt 22 und
legt damit den motorbetätigten Zeitschalter e an Spannung. Die Kontakte e
1 und e 2 werden dann geschlossen. Die Warnlampe 24 leuchtet auf,
und der Zeitschalter hält sich so lange an Spannung, bis er sich nach einstellbarer
Kontaktzeit, beispielsweise nach 30 Minuten, selbsttätig wieder abschaltet.
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Der Zeiger 21 hat in der eingeschalteten Stellung Kontakt mit
einem der Stromschiene 22 symmetrisch gegenüberliegenden Drehwiderstandsegment 23.
Es wird hiermit die Betätigungsspule 25 einer Drehklappe 26 an eine Spannung
gelegt, die jeweils dem Ausschlag des Zeigers 21 bzw. dem Grad der Betauung entspricht.
Hiermit wird die Regelklappe 26 um ein bestimmtes Maß geöffnet.
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Die Warmluftrückführleitung 27, welche die Heißluftleitung
28 mit der Kaltluftleitung 30 zum Gebläse 30' verbindet, leitet dann
eine gewisse Warmluftmenge zurück, die sich mit der angesaugten Kaltluft vermischt
und die Lufteintrittstemperatur erhöht. Als Folge davon steigt dann auch die Temperatur
der Heizflächen, denen dieser wärmere Luftstrom zugeführt wird.
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In gleicher Weise kann, was -nicht dargestellt ist, eine Klappe in
einem Rauchgaskanal mehr oder minder geöffnet werden, der als Regelzug einen Teil
der dem Lufterhitzer vorgeschalteten Heizflächen der zugehörigen Kesselanlage umgeht,
womit die Rauchgastemperatur erhöht und damit auch die Temperatur der kältesten
Heizfläche in allerdings weniger wirksamer und wirtschaftlicher Weise erhöht wird,
als dies durch die Warmluftbeimischung zur kalten Luft geschieht.
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Die Temperaturerhöhung der Heizflächen kann auf Veranlassung des Korrosionswächters
auch in anderer Weise erfolgen, z. B. durch die Einschaltung einer Wärmequelle zur
Vorwärmung der Kaltluft oder durch Zumischung anderer wärmerer Luft zur Kaltluft.
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Nach dem Abtrocknen des Fühlers 13 wird der Stromkreis zum
Korrosionswächter unterbrochen. Der Zeiger 20 geht bis zu seinem Anschlag
31 zurück und unterbricht damit den Kontakt zur Stromschiene 22.
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Der Zeiger 21 wird währenddessen durch das Rastenrad 32 und
dessen Klinke 33 in der eingeschalteten Stellung festgehalten, so daß die Drehklappe
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weiterhin entsprechend geöffnet bleibt. Die Ausschaltung erfolgt erst längere
Zeit nach Abtrocknung der Kriechstromstrecken 13, beispielsweise nach 30
Minuten. Hiernach löst der Zeitschalter e die Klinke 33 aus, und der Zeiger
21 wird durch die Rückstellfeder 34 wieder bis zu seinem Anschlag
35 zurückgedreht. Damit ist die Betätigungsspule 25 wieder spannungslos,
und die Drehklappe 26 schließt die Warmluftrückführleitung. Es wird auf diese Weise
erreicht, daß die Ausschaltung der erfindungsgemäß betätigten Einrichtungen zur
Beseitigung der Korrosionsgefahr erst dann erfolgt, wenn sich nach Änderung der
Betriebsverhältnisse wieder ein gewisser Beharrungszustand eingestellt hat.