DE1815969C - Überkritischer Zwangdurchlaufdampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen überkritischen Zwang- seite des Rohres befindlichen Film gegen den Wärmedurchlaufdampferzeuger mit dem Zwangdurchlauf 35 übergang ist, führt diese niedrige Dichte zu relativ über einen Teil der Heizflächen überlagertem Um- hohen Heizflächentemperaturen. Eine Erhöhung des lauf, in dem zwei parallelgeschaltete Umwälzpumpen Massendurchsatzes würde natürlich Abhilfe schaffen, angeordnet sind. Da die Verdampferheizflächen aus einer großen

Ein derartiger Dampferzeuger ist beispielsweise aus Anzahl parallelgeschalteter Rohre bestehen, existiert der schweizerischen Patentschrift 402 001 bekannt. 40 ein Problem be7üglich der Verteilung des Durch-Eine Speisewasserpumpe fördert dabei Arbeitsmittel Busses zwischen diesen vielen parallelen Rohren, in Serienschaltung durch Heizflächen, die innerhalb Wenn eine Fehlverteilung des Durchflusses vor-

des Dampferzeugers angeordnet sind, und danach liegt, sind es diejenigen Rohre, die einen geringeren den erzeugten Dampf zu einer Dampfturbine oder Anteil des Durchflusses aufnehmen, bei denen die einem anderen Dampfverbraucher. Das Arbeitsmittel 45 größeren Probleme bezüglich der Heizflächentempewird zunächst im allgemeinen durch einen Vor- ratur auftreten. Diese Stabilität von Rohr zu Rohr wärmer fließen, dann durch die Verdampferheiz- läßt sich verbessern, wenn die Dichteänderung des flächen und schließlich durch den Überhitzer. Bei Arbeitsmittels, das durch die Verdampferheizflächen diesen Dampferzeugern wird ein Anteil des Arbeits- geführt wird, auf ein Minimum herabgesetzt wird, mittels stromabwärts von den Verdampferheizflächen 50 Deshalb läßt sich durcn eine größere rückgeführte entnommen und bis zu einem Punkt stromaufwärts Arbeitsmittelmenge, welche zu einer höheren Einder Verdampferheizflächen zurückgeführt. Dadurch trittstemperatur führt, die Rohr-zu-Rohr-Stabilität ergeben sich höhere Durchflußmengen durch die verbessern. Wenn darüber hinaus ein ungenügender Rohre der Verdampferheizflächen während des Be- Druckabfall über den Verdampferheizflächen vorliegt, triebes mit niedriger Belastung, als normalerweise 55 ergeben sich manchmal Probleme bezüglich des zu erwarten wäre. Dieser größere Durchfluß ver- Wassergewichtes in den Rohren, die relativ wenig ringert seinerseits die Temperatur des Metalls der Hitze empfangen. Das Gewicht des Wassers in diesen Verdampferheizflächen infolge des niedrigeren Wider- Rohren wird herabgesetzt, wenn die Dichte mit Standes des Rohrwasserfilms gegen den Wärmeüber- zunehmender Temperatur abnimmt, und deshalb läßt gang. Gleichzeitig werden die Temperaturunter- 60 sich auch dieses Problem vereinfachen durch eine schiede des Arbeitsmittels, das durch die Verdampfer- erhöhte Arbeitsmittelrückführung,
heizflächen strömt, herabgesetzt. Die Pumpeinrich- Die geschilderten Probleme bezüglich niedrigen

tung, die diese Umwälzung bewirkt, kann entweder in Massendurchflusses und ungünstiger Verteilung sind der Rücklaufleitung angeordnet sein oder in dem Teil am unangenehmsten bei Belastungen in der Größender Durchflußleitung, dem der Umlauf überlagert ist. 65 Ordnung von 20% oder noch weniger der Vollast, Die USA.-Patentschriften 3 105 252 und 3 135249 wobei Arbeitsmittel relativ hoher Temperatur und beschreiben den Betrieb eines solchen Systems. niedriger Dichte in die Verdampferheizflächen eiri-

' Bei jeder Belastung des Dampferzeugers bleibt die tritt. Eine höhere Rücklaufmenge wäre gerade in die-

* 4

sem Fall vorteilhaft. Aus der obengenannten schwei- und dea Dampfüberhitzer 24. Der überhitzte Dampf zerischen Patentschrift 402 0016 ist es nun bekannt, wird dann der Dampfturbine 25 zugeführt und konin einem solches Dampferzeuger zwei parallelge- densiert im Kondensator 27. Die Verdampfcrheizschaitete Umwälzpumpen vorzusehen, die wahlweise fläche 23 besteht aus parallelgeschalteten Rohren, in Betrieb zu nehmen sind. In der Regel wird die 5 welche die Wandungen des Feuerraums 28 auskleizweite Pumpe als Ersatzpurape verwendet, ua« die den; der Dampferzeuger umfaßt ferner die Brenner erste Pumpe warten oder reparieren zu können. Man 29, durch die Brennstoff in den Feuerraum eingeführt versucht aber auch, durch Parallelbetrieb beider wird.

Pumpen die Durchflußmenge zu erhöhen. Der ange- Eine Durchflußverzweigung 30 ist vorgesehen, die

strebte Erfolg wird jedoch nur zu einem sehr geringen io z, B. aus einer einfachen T-Schaltung von Rohren

Teil erreicht, weil mit zunehmendem Rücklauf auch bestehen kann. Die Arbeitsmittel-Rückführleitung 32

die Temperatur des geförderten Arbeitsmittels steigt enthält ein Rückschlagventil 33, derart angeordnet,

und damit seine Dichte abnimmt mit dem Ergebnis, daß das Arbeitsmittel zurück zum Mischkessel 34

daß der Massendurchfluß nur um etwa 1 bis 2»/o geführt wird. Für die Rückförderung ist bei diesem

erhöht wird. ₁₅ System eine Umwälzpumpe 35 vorgesehen, die im

Aufgabe der Erfindung ist es, den Zwangdurch- Hauptstrom angeordnet ist.

laufdampferzeuger der eingangs genannten Gattung Die Systemwiderstandskurvs 40 in F i g. 2 gibt den

so auszubilden, daß mit verhältnismäßig geringem Gesamtwiderstand des Lmw'zkreises wieder, wenn

Aufwand unter bestimmten Betriebsbeuingungen, vor der Dampferzeuger mit 20 °/₀ Last betrieben wird,

allem im Schwachlastbetrieb, d r Massendurchfluß so Dieser Systemwiderstand verläuft viel steiler als

in der Arbeitsmittel-Rückführung merkbar erhöht eine quadratische Kurve, und zwar aus verschiedenen

wird, damit die oben geschilderten Schwierigkeiten G'ünden. Die verbleibende Druckdifferenz zwischen

behoben werden. dem absteigenden Abschnitt der Rücklaufleitung und

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch dem ansteigenden Abschnitt ist so groß, daß eine

gelöst, daß den Umwälzpumpen Ventileinrichtungen as Pumpwirkung innerhalb der Leitung erzeugt wird,

für die bedarfsweise Umschaltung von Parallel- auf Deshalb neigt die Systemw^:derstandskurve dazu,

Serienbetrieb zugeordnet sind. einem Wert zuzustreben, der kleiner als Null sein

E« scheint zunächst überraschend, daß sich da- würde, wenn die Fördermenge zu Null werden

durch ein Massendurchfluß erzielen läßt, der etwa würde. Die Kurve ist ferner steil, weil sie gegenüber

10 ⁰Zo höher liegt als bei Parallelschaltung der Pum- 30 der Förderhöhe des Arbeitsmittels aufgezeichnet

pen, denn an sich wäre das bessere Ergebnis bei der werden muß, das von der Umwälzpumpe 35 gefördert

Parallelschaltung zu erwarten. Die Wirkung, die wird, um eine aussagef ihige Kurve im Verhältnis

bei der erfindungsgemäßen Anordnung eintritt, soll zur Pumpenkennlinie zu erhalten. Wenn der Rück-

daher später an Hand eines Diagramms erläutert lauf bei einer gegebenen Last ansteigt, nimmt auch

werden. 35 die Temperatur des gemischten Arbeitsmittels zu,

Der Aufwand, der für die Ventileinrichtungen zu das durch die Umwälzpumpe 35 gefördert wird,

treiben ist, ist verhältnismäßig gering unter Berück- Die Dichte desselben nimmt deshalb ab, und der

sichtigung der Tatsache, daß auch be> den bekannten Förderdruck wird umgerechnet in die Förderhöhe

Anlagen Ventile vorgesehen sind, um eine oder dieses Arbeitsmittels, so daß man einen relativ hohen

beide Pumpen zu isolieren. Bekanntlich werden ja 40 Wert für die hohe Rücklaufmenge erhält. Falls

häufig bei Vollastbetrieb die Umwälzpumpen ohnehin diese Bestimmung der Förderhöhe nicht angewandt

außer Betrieb gesetzt. würde, wäre der Vergleich der Pumpenkurven mit

Es ist bevorzugt, die Ventileinrichtung so auszu- der Systemwiderstandskurve sehr schwierig, aber

bilden, daß ein Absperrventil in Reihe zwischen offensichtlich erhielte man am Ende das gleiche

beiden Pumpen geschaltet ist, das bei Serienbetrieb 45 Ergebnis.

geöffnet und bei Parallelbetrieb mittels Bypassleitun- Die Kurve 41 zeigt die Kennlinie der Pumpe 35.

gen üherbrückt ist, in die je ein Rückschlagventil ge- Wenn nur diese Pumpe arbeitet, beträgt der tatsäch-

schaltet ist. liehe Durchsatz etwa 6000 l/min, wie durch den

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme Punkt 42 am Schnittpunkt der Pumpenkennlinie und

auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert werden. 50 der Systemwiderstandskurve erkennbar. Bei dieser

Fig. 1 zeigt schematisch einen Dampferzeuger Betriebsart müssen die Ventile 2 und 3 offen sein,

mit den Umwälzpumpen im Hauptstrom des Dampf- Bei konventionellem Parallelbetrieb der beiden

erzeugers; Pumpen wird die Umwälzpumpe 43 der Umwälz-

F ig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Wider- pumpe35 parallel geschaltet, indem die Ventile 1 und 5

Standskurve des Systems und den Pumpenkennlinien 55 zusätzlich geöffnet werden. Die zusammengesetzte

für Parallel- und Serienschaltung der Umwälzpumpen; Pumpenkennlinie beider Pumpen, wenn sie in Paral-

F i g. 3 ist eine schematische Darstellung einer lelschaltung arbeiten, ist durch die Kurve 44 wiederAnordnung der Umwälzpumpen, im allgemeinen gegeben, welche die Systemwiderstandskurve am ähnlich der Anordnung nach F i g. 1; Punkt 45 schneidet. Man erkennt, daß die Förder-

Fig. 4 2eigt sine Anordnung ähnlich wie in Fig. 3, 60 mengenerhönung, welche erzielt wird, nur minimal

mit einer unterschiedlichen Ventilanordnung; ist, und wenn man diesen Wert für die herabgesetzte

F i g. 5 zeigt in thematischer Form einen Dampf- Dichte bei dieser höheren Fördermenge korrigiert,

erzeuger, bei dem die Umwälzpumpen in der Rück- beträgt die Zunahme des Durchsatzes nur 1 bis 2 °/o.

laufleitung angeordnet sind. Gemäß der Erfindung werden die Umwälzpumpen

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Dampferzeuger 65 35 und 43 in Reihenschaltung betrieben, indem das

fördert die Speisewasserpumpe 21 das Speisewasser Ventil 4 geöffnet wird. Das Rückschlagventil 1 ver-

zum Dampferzeuger. Der Dampferzeuger umfaßt hindert den Rückfluß zur Saugseite der Pumpe 35,

einen Vorwärmer 22, die Verdampferheizflächen 23 während das Rückschlagventil 2 dafür sorgt, daß

5 6

kein Rückfluß zur Druckseite der Pumpe 43 statt- wird hinzugefügt auf der Druckseite der Umwälzfindet. Die Arbeitsweise dieser beiden in Serie ge- pumpe 35, während das Absperrventil 7 an der Saugschalteten Pumpen ist durch die Pumpenkennlinie 46 seite der Umwälzpumpe 43 zugefügt ist. Bei dieser wiedergegeben. Diese Kurve schneidet die System- Anordnung können beide Pumpen überbrückt werwiderstandskurve beim Punkt 47, bei dem sich eine 5 den, indem die Ventile 6 und 7 geschlossen werden, Fördermenge von etwa 7300 l/min ergibt. Da die wobei eine Isolierung einer oder beider Umwälz-Arbeitsmitteldichte ebenfalls niedriger ist, beträgt pumpen erreichbar ist. Bei einer solchen Ventildie resultierende Zunahme des Durchsatzes ebenfalls anordnung kann die Umwälzpumpe 35 isoliert wernur größenordnungsmäßig lO°/o, doch ist dies den, indem nur die Ventile 3 und 6 geschlossen werwesentlich höher als die Zunahme, die bei Parallel- io den, während die Pumpe 43 isoliert werden kann betrieb beider Pumpen erreichbar ist. durch Schließen der Ventile 5 und 7.

D-> der Übergang vom Betrieb mit einer Umwälz- F i g. 5 zeigt einen Dampferzeuger ähnlich dem pumpe zum Betrieb mit zwei Umwälzpumpen eine in Fig. 1. Der einzige Unterschied liegt in der Anerhebliche zeitweise Störung des Dampferzeugers Ordnung der Umwälzpumpen, die sich hier in der hervorrufen kann, sollten die beiden Pumpen zunächst 15 Rücklaufleitung 32 befinden, anstatt im Hauptstrom, in Parallelschaltung betrieben werden, wobei das Die Pumpen- und Ventilanordnung entspricht der in Ventil4 geschlossen bleibt. Das Ventil4 kann dann Fig. 4. Da die Austrittstemperatur aus den Verallmählich geöffnet werden, so daß der Übergang dampferheizflächen sich mit der Rücklaufmenge nicht vom Parallelbetrieb zum Serienbetrieb ebenfalls all- ändert, ist die Temperatur des Arbeitsmittels, das mählich erfolgt, ohne daß eine plötzliche Störung im »0 den Pumpen zugeführt wird, und damit dessen Betrieb des Dampferzeugers eintritt. Dichte bei jeder Last konstant. Da der Dampf·

F i g. 3 illustriert die gleiche Ventilanordnung, wie erzeuger im allgemeinen über einen erheblichen sie nach F i g. 1 verwendet wird, wobei jedoch eine Lastbe^eich gefahren wird, bei dem die Austrittstemgeringfügige Abwandlung vorgenommen worden ist. peratur aus den Verdampferheizflächen etwa konstant Man erkennt in beiden Figuren, daß die Umwälz- as ist, findet auch eine gewisse Änderung der Dichte pumpe 35 isoliert werden kann, damit Wartungs- während des Aufheizens statt, da diese Pumpen arbeiten durchgeführt werden können, indem die anfänglich kalt arbeiten und am Ende eine Betriebs-Ventile 3, 4 und 2 geschlossen werden. Der gesamte temperatur von 425° C erreichen. Durchsatz strömt dann durch das Ventil 1 und die Wenn die Belastung des Dampferzeugers erhöht Umwälzpumpe 43. Alternativ kann die Umwälz- 30 wird, erhöht sich der Druckabfall zwischen dem pumpe 43 isoliert werden, indem die Ventile 1, 4 Mischkessel 34 und dem T-Rohr 30 erheblich. Da die und 5 geschlossen werden und die Umwälzpumpe 35 Pumpe nun Arbeitsmittel mit ««hr geringer Dichte arbeilet. Viele Anlagen sind so aufgebaut, daß fördert, ist es sehr schwierig, eine genügende Förderwährend des Vollastbetriebes die Umwälzpumpe höhe zu erzeugen, um die Druckdifferenz der Arbeitsnicht zu arbeiten braucht. Mit der Ventilanordnung 35 mittelrückfühning zu überwinden. Die Pumpe nach F i g. 1 und 3 kann diese Betriebsweise dadurch könnte natürlich für eine sehr große Förderhöhe eingestellt werden, daß die Ventile 3 und 5 ge- ausgebildet sein. Da die Pumpe während des Aufschlossen werden, wobei der Durchfluß an den Um- heizens aber Kaltwasser fördern muß, und zwar mit wälzpumpen über die Ventile 1, 4 und 2 vorbeige- der gleichen Förderhöhe, würden die Motorleistungsführt wird. Während dieser Betriebsweise kann weder 40 anforderungen erheblich sein. Durch die Anordnung die Umwälzpumpe 35 noch die Umwälzpumpe 43 der Pumpen gemäß der Erfindung können diese in isoliert werden. Serie betrieben werden, wenn es erforderlich ist,

F i g. 4 zeigt eine andere Ventilanordnung, wobei eine größere Rücklaufmenge bei hohen Belastungen

das Ventil 11 ein einfaches Rückschlagventil ist an des Dampferzeugers m erreichen, weil die Pumpen-Stelle des Absperr-Rückschlagventils 1, und das Ven- 45 förderhöhen sich zueinander addieren, an'latt die IiI 12 ist ein einfaches Rückschlagventil an Stelle des Pumpendurchflußmengen, wie in F i g. 2 allgemein Absperr-Rücksehlagventils t, Das Absperrventil β angedeutet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2

Temperatur des Arbeitsmittels, das die Verdampfer-Patentansprüche: ' heizflächen verläßt, konstant, unabhängig von der

Rücklaufmenge, während du, üinlaßtemperatur in

L Überkritischer Zwangdurchlaufdampferzeu- die Verdampferheizflächen belastungsabhängig ist. ger mit dem Zwangdurchlauf über einen Teil 5 Wenn der Betrieb des Dampferzeugers mit KaItder Heizflächen überlagertem Umlauf, in dem wasser beginnt, befindet sich natürlich die gesamte zwei parallelgeschaltete Umwälzpumpen ange- Rücklaufleitung auf niedriger Temperatur. Die Anordnet sind, dadurch gekennzeich- lage wird aufgeheizt, und ein geringer Durchfluß net, daß den Umwälzpumpen(35,43) Ventil- beginnt, bis zu einem Punkt, bei dem eine Tempeeinrichtungen (1, 2, 3, 4, 5; 3, 4, S, 6, 7, 11, 12) io ratur des Arbeitsmittels in der Größenordnung von für die bedarfsweise Umschaltung von Parallel- 425° C erreicht wird, das aus den Verdampferheizauf Serienbetrieb zugeordnet sind. flächen austritt. Ein großer Anteil dieses Arbeits-

2. Überkritischer Zwangdurchlaufdampferzeu- mittels wird rückgeführt und mit dem mit niedriger ger nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, Temperatur eintretenden Speisewasser gemischt, so daß ein Absperrventil (4) in Reihe zwischen beide 15 daß die Temperatur des Arbeitsmittels, das in die Pumpen geschaltet ist, das bei Serienbetrieb ge- Vtrdampferheizflächen eintritt, nur geringfügig unter öffnet unu bei Parallelbetrieb mittels Bypass- der liegt, mit der es aus den Verdampferheizflächen leitungen überbrückt ist, in die je ein Rückschlag- austritt. Wenn die Belastung des Dampferzeugers ventil (1, 2; 11, 12) geschaltet ist. erhöht wird, erhöht sich auch der Durchfluß, wäh-

3. Überkritischer Zwangdurchlaufdampferzeu- io rend die Rücklaufmenge sich verringert, was dazu ger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, führt, daß mehr kaltes und weniger heißes Arbeitsdaß die Rückschlagventile zugleich als Absperr- mittel zugemessen wird, wobei die Eintrittstemperaventile (1,2) ausgebildet sind. tür in die Verdampferheizflächen sich verringert,

4. Überkritischer Zwangdurchlaufdampferzeu- während die /iustrittstemperatur — verhältnisgernach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß as mäßig — konstant auf dem gleichen Wert bleibt wie Absperrventile (3, 5; 3, 5, 4, 6) für das Sperren zuvor.

des Durchflusses durch jede Pumpe einzeln vor- Bei Schwächtest, wenn eine hohe Temperatur am

gesehen sinu. Eintritt der Verdampferheizfiächen vorliegt, besitzt

das Arbeitsmittel ein hohes spezifisches Volumen.

3° Deshalb ergibt sich trotz eines hohen Volumendurch-

satzes ein relativ niedriger Massendurchsatz. Da dieser aber der hauptsächlich bestimmende Faktor für den Widerstand zwischen dem auf der Innen-