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Steig -Fallrohr -Verdampfersystem eines Zwangdurehlaufkessels Die
Erfindung bezieht sich auf ein Steig-Fgllrohr-Verdampfungsregister für Zwangdurchlaufkessel.
Bei Unterschreiten einer gewissen Kesselbelastung bleibt bei Zwangdurchlauf-Dampferzeugern
bei beginnender Verdampfung die Strömung in denjenigen Steigrohren stehen, die am
Sammler unten abgehen. Dadurch werden diese Rohre im oberen Teil nicht mehr genügend
gekühlt und es besteht die Gefahr, daß sie zu Bruch gehen. Man war aus diesem Grunde
bisher stets bestrebt, eine gewisse Mindestleistung bei der Dampferzeugung nicht
zu unterschreiten. Bei Sammelsehienenkraftwerken pflegt man im allgemeinen bei Übergang
auf Sehwachlastbetrieb den einen oder anderen Kessel völlig stillzusetzen und den
Betrieb mit einem oder mehreren restlichen Kesseln aufrechtzuerhalten. Bei B1orkkraftwerken
ist eine solche Betriebsweise nicht möglich, so daß man gezwungen ist, den Kessel
mit kleiner Last zu fahren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei verminderter Kesselbelastung
die Strömungsgeschwindigkeit dieser Steigrohre des Strahlungsverdampfers zu erhöhen,
ohne daß dabei im Vollastbetrieb ein größerer Druckverlust des Kessels in Kauf genommen
werden muß. Man könnte nämlich durch Verengung des Innendurchmessers der Rohre oder
Wahl einer kleineren Parallelstrangzahl eine höhere Durchlaufgeschwindigkeit erzwingen
und auf diese Weise das Teillastverhalten verbessern. Da der Druckverlust jedoch
quadratisch mit der Geschwindigkeit steigt, würde die Pumpenleistung unzulässig
erhöht werden.
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Demgegenüber gestattet die Erfindung, sowohl eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit
bei Teillast als auch einen geringen Druckverlust bei Vollast zu erreichen. Es ist
an sich bereits ein Röhrendampferzeuger bekanntgeworden, bei dem der dampferzeugende
Teil in zwei oder mehr Rohrsysteme unterteilt ist, welche mittels mindestens eines
Umschaltorgans wahlweise parallel oder hintereinander geschaltet werden können.
Die Anordnung von Umschaltventilen und ihre Betätigung ist aber nachteilig und erfordert
eine dauernde überwachung des Kessels. Demgegenüber strebt die Erfindung an, ohne
Verwendung beweglicher Teile selbsttätig eine Regelung in dem beschriebenen Sinne
zu bewerkstelligen. Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, daß bei Unterschreiten
einer gewissen Kesselbelastung innerhalb der einzelnen Verdampferregister sich ein
Naturumlauf dem Zwangdurchlauf überlagert.
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Es ist an sich bereits bei einem Zwangumlaufkessel bekanntgeworden,
bei bestimmten Betriebszuständen einen Naturumlauf zustande kommen zu lassen. Bei
diesem bekannten Zwangumlaufkessel handelt es sich um einen Heißwasserkessel, der
in Störfällen, nämlich wenn die Speisepumpe aussetzt, zu einem Naturlaufkessel wird,
bei dem ein dem Zwangumlauf überlagerter Schwerkraftumlauf entsteht. Es sind weiterhin
auch Naturumlaufkessel bekanntgeworden, bei denen der Umlauf mit kleiner werdender
Belastung verstärkt wird.
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Bei Naturumlaufkesseln kann man also dem größeren Umlauf einen kleineren
Umlauf überlagern. Man kann auch bei Zwangumlaufkesseln den Zwangumlauf durch einen
Naturumlauf überlagern. Weiterhin ist es auch bekanntgeworden, bei einem Zwangdurchlaufkessel
bei bestimmten Betriebszuständen, z. B. beim Anfahren, einen Naturumlauf dadurch
zustande kommen zu lassen, daß man von Wasser-Dampf-Trenngefäßen aus über entsprechende
An-und Abfahrleitungen einen Umlauf zustande kommen läßt, der gewissermaßen einen
überspeisten Zwangdurchlaufkessel charakterisiert. Diese Maßnahmen sind aber für
einen wirtschaftlichen Schwachlastbetrieb ungeeignet, auch würde ein gesonderter
Dampf-Wasser-Abscheider als größeres Trenngefäß notwendig, der im Bereich der Verdampferzone
liegen muß.
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Demgegenüber erfordert der Erfindungsgegenstand keinen nennenswerten
zusätzlichen Aufwand, sondern nutzt die vorhandenen Verteiler und Sammler der einzelnen
Steigrohr-Fallrohr-Register aus. Die Erfindung besteht darin, daß der jeweils obere
Sammler von einzelnen oder allen Verdampferregistern mit dem unteren Verteiler entweder
des
gleichen Verdampferregisters oder eines jeweils im Durchlaufsinn
des Arbeitsmittels stromaufwärts liegenden Verdampferregisters durch ein oder mehrere
unbeheizte Rücklaufrohre verbunden ist und die Einläufe vom jeweils oberen Sammler
in die Fallrohre mit Aufsteckhülsen zur Ausbildung eines Wasserstandes bei Teillasten
versehen sind.
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Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Verbindung des oberen
Sammlers mit dem unteren Verteiler nicht des gleichen, sondern eines vorhergehenden
Registers herzustellen. Dadurch wird ein den Zwangdurchlauf über mehr als ein einziges
Steigrohr-Register hinweg überlagernder Naturumlauf möglich. Dies hat besondere
Bedeutung für die Fälle, bei denen kleinere und größere Steigrohr-Fallrohr-Register
räumlich so angeordnet sind, daß beispielsweise bei stark unterschiedlicher Höhenlage
der Register ein überlagerter Naturumlauf über mehrere Register hinweg möglich und
wünschenswert ist.
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Durch diese Maßnahmen werden die folgenden Vorteile erreicht: Bei
Überschreiten einer verhältnismäßig hohen Kesselbelastung hört die Fallströmung
in den Rücklaufrohren allmählich auf und diese Rohre werden bei weiterer Laststeigerung
zu Steigrohren. Hierdurch wird der Druckverlust des Verdampfersystems bei Vollast
herabgesetzt, ohne den Schwachlastbetrieb zu gefährden, da bei Unterschreiten einer
gewissen Belastung durch den einsetzenden Naturumlauf, d-. h. durch die dann abwärts
gerichtete Strömung in den Rücklaufrohren, die Mindestgeschwindigkeit in den Steigrohren
erhalten bleibt.
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An Hand der vereinfachten Darstellung in der Zeichnung soll der Erfindungsgegenstand
erläutert werden.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein Teilstück eines Verdampferregisters mit
Steig-Fallrohrsystem veranschaulicht. Der unten liegende Verteiler ist mit 1, der
oben liegende Sammler mit 2 bezeichnet. Mit 5 und 6 sind die mit den benachbarten
Registern verbindenden Fallrohre bezeichnet. Die Fallrohre 5, welche zum einen Nachbarregister
führen, sind im Innern des Sammlers 2 mit einer Aufsteckhülse 7 versehen, so daß
sich in dem Sammler 2 ein Wasserstand auszubilden vermag, der es bei Unterschreitung
einer gewissen Kesselbelastung begünstigt, daß in den Rücklaufrohren 8 ein Teil
des flüssigen Arbeitsmittels vom Sammler 2 zum Verteiler 1 zurückströmt, so daß
dadurch die Strömungsgeschwindigkeit in den Steigrohren erhöht wird. Die Anzahl
der Rücklaufrohre kann so gewählt werden, daß beispielsweise auf je zehn Steigrohre
ein Rücklaufrohr von allerdings vergrößertem Innendurchmesser vorgesehen ist. Bei
geeigneter Bemessung der wirksamen Querschnitte ist es möglich, auf diese Weise
zu erreichen, daß bei einer Kesselbelastung von 20 % der vollen Belastung die Strömungsgeschwindigkeit
in den Steigrohren immer noch halb so groß ist wie die Geschwindigkeit bei Vollast,
weil dann das Rücklaufrohr entsprechend große Wassermengen in den unteren Sammler
zurückzuführen vermag. Bei überschreiten einer beispielsweise bei 90 % Kesselbelastung
liegenden Dampfleistung hört die Fallströmung im Rücklaufrohr allmählich auf, so
daß dieses Rohr dann infolge des steigenden Druckverlustes zwischen dem oberen und
unteren Sammler zu einem Steigrohr wird. Hierdurch wird der Druckverlust des Verdampfensystems
bei Vollast herabgesetzt, wobei auch die Strömungsgeschwindigkeit in den Steigrohren
abnimmt. Auf diese Weise läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit in den Steigrohren
und damit der Druckverlust des Kessels im Normalbetrieb ohne Gefährdung des Schwachlastbetriebes
herabsetzen, da bei Unterschreiten einer gewissen Belastung durch den einsetzenden
Naturumlauf die Mindestgeschwindigkeit in den Steigrohren erhalten bleibt.