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Naturumlaufkessel mit Strahlungsüberhitzer und Einrichtung zum Anfahren
und Regeln des Kessels Die Erfindung bezieht sich auf einen Naturumlaufkessel, bei
dem zwischen der Speisepumpe und dem Strahlungsüberhitzer eine Umgehungsleitung
besteht, durch die unter Umgehung von Vorwärmer, Verdampfer und Kesseltrommel Wasser
von der Speisepumpe zum Strahlungsüberhitzer gefördert werden kann. Durch diese
Anordnung wird bewirkt, daß während des Anfahrens der Strahlungsüberhitzer ständig
durch das strömende Wasser gekühlt ist. Der Strahlungsüberhitzer kann daher auch
beim Anfahren einer hohen Rauchgastemperatur und damit einer großen Feuerleistung
ausgesetzt werden.
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Es ist bekannt, beim Anfahren den Strahlungsüberhitzer mit Wasser
zu füllen, wobei außerdem noch durch eine besondere Umwälzpumpe eine Wasserströmung
im Strahlungsüberhitzer erzeugt werden kann. Diese bekannten Schutzmaßnahmen haben
aber den Nachteil, daß nach dem Anfahren der Überhitzer entwässert werden muß, wobei
die Feuerleistung zurückgenommen bzw. das Feuer kurzzeitig gelöscht werden muß.
Diese Maßnahmen bedeuten ebenfalls eine Verlängerung der Anfahrzeit. Außerdem sind
die erforderlichen Einrichtungen sehr aufwendig.
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Ein weiterer Nachteil. bei den bekannten Naturumlaufkesseln für hohen
Druck besteht darin, daß die Siederohre im unteren Teil des ersten Rauchgaszuges
angeordnet sind, während sich im oberen Teil des ersten Rauchgaszuges der Strahlungsüberhitzer
befindet. Da die Kesseltrommel in der Höhe des oberen Endes des ersten Rauchgaszuges
angeordnet ist, sind lange, unbeheizte Steigrohre erforderlich.
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Weiterhin ist eine Einrichtung zum Schutz des Überhitzers während
der Anheizperiode bekannt, bei der ein Teilstrom von Speisewasser durch den überhitzer
geleitet wird. Infolge des geringen zur Verfügung stehenden Druckgefälles zwischen
der Speisepumpe und der Untertrommel kann aber nicht genügend Wasser durch den überhitzer
geleitet werden. Es ist also bei großer Feuerleistung eine ausreichende Kühlung
der vordersten Überhitzerschlangen nicht mit Sicherheit gewährleistet. Auch ist
in die Umgehungsleitung keine Heizfläche eingeschaltet.
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Ferner ist ein Verfahren zum Betrieb von Zwangdurchlaufdampferzeugern
bekannt, bei dem unter Umgehung des Verdampfers Wasser von der Speisepumpe in den
überhitzer gefördert werden kann, wobei dieses Wasser vor Durchströmen der Umgehungsleitung
eine von den Rauchgasen beheizte Heizfläche durchströmt. Eine vom Hauptstrom nicht
durchflossene eigene Heizfläche in der Umgehungsleitung ist jedoch nicht vorhanden.
Dieses Verfahren enthält den gegenüber dem Erfindungsvorschlag unterschiedlichen
Grundgedanken, die Druckschwankungen bei vermehrter und verminderter Dampfentnahme
möglichst zu verringern.
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Außerdem ist für ein Verdampfungsheizsystem eines Röhrendampferzeugers
bereits bekannt, von einem Speiseflüssigkeitsbehälter aus über eine Umgehungsleitung
zusätzliches Arbeitsmittel in das Rohrsystem zu führen, wobei Vorwärmung dieses
Arbeitsmittels vorgesehen ist. Hier ist jedoch weder ein Strahlungsüberhitzer noch
vor diesem die Einführung der Umgehungsleitung in den Hauptstrom, noch die Abnahme
einer Temperatur-Meßgröße für die Kesselregelung aus der Vorwärmstrecke der Umgehungsleitung
vorgesehen.
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Schließlich sind Anweisungen für das Anfahren von Naturumlauf-Hochdruckkesseln
bekanntgeworden, deren System Einspritzstellen im Strahlungsüberhitzer und damit
Verbindungsleitungen zwischen Speisepumpe und Stellen innerhalb des Strahlungsüberhitzers
unter gleichzeitiger Umgehung der Kesseltrommel aufweist. Hier treten jedoch in
nachteiliger Weise höchste Rohrwandtemperaturen an der stärkstbeheizten Stelle des
Vorüberhitzers auf. Ferner fehlt auch hier eine eigene Heizfläche in der Umgehungsleitung.
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Schließlich sind für Zwangdurchlaufkessel auch schon Umgehungsleitungen
bekannt, in die eine von der Flamme bzw. den Rauchgasen beheizte Heizfläche eingeschaltet
ist, wobei diese zumindest teilweise im Gebiet der höchsten Rauchgastemperatur angeordnet
und mit Einrichtungen zum Abnehmen
einer Temperatur-Meßgröße für
die Kesselregelung versehen ist. Diese Umgehungsleitungen münden jedoch nicht vor
dem Strahlungsüberhitzer in den Hauptstrom des Arbeitsmittels und sind für den Schutz
von Heizflächen beim Anfahren des Kessels weder geeignet noch vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Naturumlaufkessel
mit Strahlungsüberhitzer mit einer Einrichtung zu versehen, die ein schnelles Anfahren
des Kessels ermöglicht, ohne daß die vorstehend angegebenen Nachteile auftreten,
und die eine bei Änderungen des Wärmeangebots frühzeitig sich ändernde Meßgröße
für die Kesselregelung liefert.
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Hierzu ist vorgesehen, daß die Umgehungsleitung, im Strömungssinn
des Arbeitsmittels gesehen, unmittelbar vor dem Strahlungsüberhitzer in den Hauptstrom
des Arbeitsmittels einmündet und in sie eine von der Flamme bzw. den Rauchgasen
beheizte Heizfläche eingeschaltet ist, die zumindest teilweise im Gebiet der höchsten
Rauchgastemperatur angeordnet und mit Einrichtungen zum Abnehmen einer Temperatur-Meßgröße
für die Kesselregelung versehen ist. »Unmittelbar vor dem Strahlungsüberhitzer«
soll hierbei nicht besagen, daß nicht ein Stück Dampfleitung und Sammler od. dgl.
zwischen Einmündungsstelle der Umgehungsleitung und Strahlungsüberhitzer vorhanden
sein können. Wesentlich ist nur, daß nicht z. B. ein Berührungs-Vorüberhitzer noch
zwischen Einmündungsstelle und Strahlungsüberhitzer sich befindet.
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Die Schwierigkeiten bei all den bekannten Kesselsystemen mit Strahlungsüberhitzern,
und zwar die Wasserfüllung des Strahlungsüberhitzers und das Entleeren desselben
vor dem Hochfahren, der Anbau einer besonderen Umwälzeinrichtung mittels separater
UmwäIzpumpe, das jeweilige Anpassen der Feuerraumleistung bei nicht mit Wasser gefüllten
Strahlungsüberhitzern und die damit verbundene lange Zeitdauer des Anfahrvorganges,
die Gefahr von Abschreckvorgängen, wie sie beim Naßanfahren häufig beobachtet werden
und schließlich die Gefahr einer übermäßig großen Feuerraumeinstrahlung auf den
Strahlungsüberhitzer beim Trockenanfahren, von einer zu groß eingestellten Feuerungsleistung
beim Anfahren herrührend, können durch die erfindungsgemäße Lehre vermieden werden.
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Das Wesentliche der Erfindung liegt in der Kombination des Schutzes
eines Strahlungsüberhitzers beim Anfahren mittels einer an sich bekannten Einspritz-
bzw. Umgehungsleitung und der Anwendung der für Durchlaufkessel bekannten Nebenheizfläche
bei einem Naturumlaufkessel.
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In der Zeichnung ist ein die Kesselregelung nicht näher zeigendes
Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein allgemeines
Schaltbild, Fig. 2 die Anwendung des Schaltbildes nach Fig. 1 bei einem Schmelzkammerkessel.
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Die Schaltung ist so vorgenommen, daß das Speisewasser von der Speisepumpe
1 über ein Ventil 2 und eine Rückschlagklappe 3 zu einem weiteren Ventil 4 und von
dort über den Wasservorwärmer 5 zu der Kesseltrommel 6 gelangt. In dem aus der Kesseltrommel
6, den Fallrohren 7 und den beheizten Siederohren 8 betehenden System stellt sich
beim Betrieb des Kessels ein natürlicher Wasserumlauf ein. Der sich in der Kesseltrommel
6 abscheidende Dampf strömt nacheinander durch einen Berührungsüberhitzer 9, einen
Strahlungsüberhitzer 10 und einen Endüberhitzer 11, von wo er über ein Ventil 12
zu den Verbrauchern gelangt. Parallel zu dem Ventil 4 ist ein Ventil 13 geschaltet,
durch das das Speisewasser über eine Anfahrheizfläche 14 in die Leitung zwischen
dem Berührungsüberhitzer 9 und dem Strahlungsüberhitzer 10 gelangt. Hinter der Anfahrheizfläche
14 und dem Strahlungsüberhitzer 10 befindet sich je ein Temperaturmesser 15 bzw.
16. Beim Anfahren des Kessels kann das Wasser über das Anfahrventil 17 und den Entspanner
18 zurück in den Speisewasserbehälter gelangen.
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Das Anfahren des Kessels wird wie folgt vorgenommen. Das gesamte Kessel-
und Überhitzersystem, einschließlich gesamter Kesseltrommel, wird über die Speisepumpe
mitWasser gefüllt, wobei dieVentile2,4 und 13 sowie das Anfahrventil 17 offen sind,
Ventil 12 dagegen geschlossen ist; Ventil 4 wird nach der Entlüftung des Systems
geschlossen. Hierauf wird das Feuer gezündet. Das Ventil 13 wird jetzt so
weit geschlossen, daß nur noch eine geringe Wassermenge durch die Anfahrheizfläche
14, den Strahlungsüberhitzer 10 und den Endüberhitzer 11 fließt. In dem übrigen
Kesselsystem findet zunächst keine Wasserströmung statt. An den Temperaturmessern
15 und 16 wird die Temperatur ständig überwacht und die Wassermenge durch das Ventil
13 so eingestellt, daß in keinem Bauteil unzulässig hohe Temperaturen auftreten.
Durch die Erwärmung der Siederohre 8 bildet sich Dampf, und es entsteht ein natürlicher
Wasserumlauf in dem System 6, 7, B. Der entstehende Dampf gelangt durch den Berührungsüberhitzer
9 in den Strahlungsüberhitzer 10 und schließlich in den Entspanner 18, wo er aus
dem Wasser ausgeschieden wird. Wenn die Kesseltrommel 6 so weit ausgedampft ist,
daß sie ihren normalen Wasserstand erreicht hat, wird das Ventil 4 geöffnet und
so viel Wasser eingespeist, daß der Wasserstand gehalten wird. Nach dem Anfahren
wird das Anfahrventi117 geschlossen und der Dampf durch das Ventil 12 den Verbrauchern
zugeführt. Das Ventil 13 wird jetzt unter Beobachtung des Temperaturmessers 15 so
eingestellt, daß an der Meßstelle keine unzulässig hohe Temperatur auftritt.
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Bei dem Schmelzkammerkessel gemäß Fig.2 ist die Schmelzkammer 19 in
üblicher Weise mit Siederohren 8 versehen. Außerdem ist in der Schmelzkammer 19
die Anfahrheizfläche 14 untergebracht. Der erste Rauchgaszug, der von den Rauchgasen
von unten nach oben durchströmt wird, ist nur an seiner Stirnwand mit Siederohren
8 bedeckt. Die Siederohre 8 reichen dabei bis an das obere Ende des Rauchgaszuges
20, von wo sie auf kürzestem Wege zu der Kesseltrommel 6 führen. Die Seitenwände
und die Rückwand des Rauchgaszuges 20 werden in ihrer ganzen Höhe durch den Strahlungsüberhitzer
10 bedeckt. Der Vorteil dieser Ausführung ist, daß praktisch keine unbeheizten Steigrohre
vorhanden sind. In dem dritten Rauchgaszug 21, der wiederum von den Rauchgasen von
unten nach oben durchströmt wird, sind der Reihe nach der Endüberhitzer 11, der
Berührungsüberhitzer 9 und der Wasservorwärmer 5 angeordnet.