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Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf
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= =~=============~=======~=========~= Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf mit einem in einem Abgaskanal angeordneten,
von Wasser durchflossenen Wärmetauscher.
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Bei Wärmeerzeugern wie Dampf- oder Heißwasserkesseln wird der Wirkungsgrad
des Wärmeerzeugers durch die Anordnung von Nachschaltheizflächen im Abgasstrom wesentlich
verbessert. Dabei wird überlicherweise das Kesselspeisewasser bzw. der Heißwasserrücklauf
über die Nachschaltheizfläche aufgeheizt, um den Abgasstrom Wärme zu entziehen.
Bei mit Schweröl beheizten Kesseln wird das KesseLspeisewasser bzw. das Heizwasser
vor dem Eintritt in die Nachschaltheizfläche mit Hilfe von Dampf über die Taupunkttemperatur
des Rauchgases von 1350C erwärmt.
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Aus der DE-AS 28 51 206 ist ein Heizkessel mit einem rauchgasbeheizten
Wassererhitzer bekannt, in dem ein Teilstrom des Heißwasserrücklaufes aufgeheizt
wird.
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Dabei wird die Teilstrommenge in Abhängigkeit von der Kaminaustritt-Temperatur
so geregelt, daß diese stets oberhalb des Taupunktes liegt.
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Alle diese bekannten Kessel haben jedoch den Nachteil, daß bei Abschaltbetrieb
und Inbetriebnahme des Kessels durch Stillstandswärmeverluste sowie durch Vorbelüften
der
Rauchgaswege der Taupunkt an den Heizflächen des im Rauchgasstrom liegenden Wärmetauschers
unterschritten wird. Damit sind Schäden an diesen Teilen durch Tieftemperaturkorrosion
unvermeidbar.
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Bei Dampfkesseln wird die Gesamtgröße des Kesselspeisewasserstromes
von der Kesselspelsewasser-Regelung in Abhängigkeit vom Wasserstand in der Kesseltrommel
bestimmt. Dabei verhalten sich die Mengenangebote von Rauchgasstrom und Speisewasserstrom
in weiten Bereichen gegenläufig, da bei steigender Dampfabgabe und Vergrößerung
der Feuerleistung zunächst der Speisewasserstrom gedrosselt wird, weil das Kesselniveau
durch erhöhte Dampfblasenbildung ansteigt. Der umgekehrte Effekt findet bei der
Drosselung der Dampfabgabe statt.
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Dabei fällt zunächst das Kesselniveau infolge verringerter Dampf blasenbildung
zusammen und wird mit einem erhöhten Speisewasserstrom ausgeglichen.Es trifft hier
also eine erhöhte Speisewassermenge auf eine verringerte Feuerleistung. Auch bei
Heißwasserkesseln ist eine optimale Wärmerückgewinnung nicht möglich, wenn die Temperatur
des Heißwasserrücklaufes 2 200 C über dem Taupunkt der Rauchgase liegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe eines in einem
Abgaskanal angeordneten, von Wasser durchströmten Wärmetauscher eine Vorrichtung
zu schaffen, durch die der Wirkungsgrad einer wärmeerzeugenden Anlage z.B. einer
Kesselanlage über den gesamten Lastbereich dieser Anlage vergrößert werden kann,
wobei jede Taupunktunterschreitung sicher vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher
mit dem Wasserraum eines außerhalb des Abgaskanales angeordneten Druckgefäßes verbunden
ist und daß in dem Druckgefäß oberhalb des Wasserraumes ein Dampfraum vorhanden
ist, in dem der Druck auf einem Wert gehalten ist, der einer von der Temperatur
des Abgases entsprechenden Mindesttemperatur des in den Wärmetauscher einströmenden
Wassers entspricht.
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Die erf-indungsgemäße Vorrichtung gewährleistet die Einhaltung einer
Mindesttemperatur im Rauchgasstrom hinter dem Wärmetauscher und sichert damit eine
volle Ausnutzung der fühlbaren Wärme des Rauchgases unabhängig von-dessen Menge,
also unabhängig von dem jeweiligen Lastzustand der wärmeerzeugenden Anlage. Gleichzeitig
wird sowohl während des Betriebes als auch während des Stillstandes der wärmeerzeugenden
Anlage der Ausfall von Schwefelsäure verhindert, da die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erzeugung von Dampf unabhängig von der wärmeerzeugenden Anlage betrieben werden
kann so daß die im Abgasstrom liegenden Rohre stets mit Wasser von einer Temperatur
oberhalb des Taupunktes beaufschlagt werden können. Durch eine erzielbare, konstante
Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in dem Wärmetauscher bei gleichmäßwger Wassertemperatur
werden Ausdampfungen und damit verbundene Kondensationsschläge vermieden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in dem Abgaskanal hinter einer
jeden wärmeerzeugenden Anlage eingebaut werden. Mit besonderem Vorteil läßt sie
sich hinter einen mit Schweröl befeuerten Dampf- oder Heißwasserkessel einsetzen.
Darüber hinaus ist der Einsatz
hinter mit Heizöl oder Gas gefeuerten
Kesseln sowie hinter Abhitzeanlagen möglich. Dabei kann der in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung erzeugte Dampf für Fremd zwecke oder zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers
oder des Rücklaufwassers des Kessels verwendet werden. In dem zuletzt genannten
Fall ist die Erzeugung von Dampf in der erfindungsgemäßen Vorrichtung unabhängig
von der Rücklauftemperatur des Heißwassers des Kessels.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
enthalten.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird
im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung stellt schematisch eine Vorrichtung
gemäß der Erfindung mit den dazu gehörenden Wasser- und Dampfkreisläufen dar.
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Nach der Zeichnung ist ein Abgaskanal 1 an einen Dampfkessel 2 angeschlossen,
der eine Dampfentnahmeleitung 3 aufweist. Anstelle eines Dampfkessels 2 kann auch
ein Heißwasserkessel oder eine andere wärmeerzeugende Anlage verwendet werden. In
dem Abgaskanal 1 ist ein Wärmetauscher 4 untergebracht, der als Rippenrohr-Wärmetauscher
ausgebildet sein kann.
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Die Rohre des Wärmetauschers 4 sind von Wasser durchströmt, das durch
eine Zuführungsleitung 5 zugeführt und nach der Erwärmung durch eine Abführungsleitung
6 abgeführt wird. Die Zuführungsleitung 5 ist an den oberen Teil und die Abführungsleitung
6 an den unteren Teil des Wärmetauschers 4 angeschlossen. Eine
in
der Zuführungsleitung 5 angeordnete Pumpe 7 sorgt für einen Wasserdurchlauf durch
den Wärmetauscher 4 und die nachgeschaltete Anlage.
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Außerhalb des Abgaskanales 1 ist ein Druckgefäß 8 angeordnet, das
auf einem höheren Niveau als der Wärmetauscher 4 liegt. Dieses Druckgefäß 8 weist
einen Wasserraum 9 und einen darüberliegenden Dampfraum 10 auf. In den Wasserraum
9 des Druckgefäßes 8 mündet ein Einlaßstutzen 11 und ein etwas tiefer liegender
Auslaßstutzen 12 ein. An den Einlaßstutzen 11 des Druckgefäßes 8 ist die von dem
Wärmetauscher 4 kommende Abführungsleitung 6 und an den Auslaßstutzen 12 die zu
dem Wärmetauscher 4 führende Zuführungsleitung 5 angeschlossen.
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Das Druckgefäß 8 ist mit einem Wasserstandsregler 13 versehen. Um
den Wasserstand im Druckgefäß 8 auf einer konstanten Höhe zu halten, ist eine Rohrleitung
14 vorgesehen, die in die Abführungsleitung 6 einmündet.
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In der Rohrleitung 14 ist eine von einem Motor anger tr ie bene N
achspe isee inrichtung 15 angeordnet, die über eine Regelleitung mit dem Wasserstandsregler
13 verbunden ist. Je nach dem Wasserstand wird über die Rohrleitung 14 Wasser zugeführt.
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Das in dem Wärmetauscher 4 erwärmte Wasser verdampft im Druckgefäß
8, wobei sich in dem Dampfraum 10 der der Wassertemperatur entsprechende Sättiyungsdruck
einstellt. Der erzeugte Dampf wird über eine Dampfleitung 16 abgeführt. Die Dampfleitung
16 ist ån einen Dampfdom 17 angeschlossen, der auf das Druckgefäß 8
aufgesetzt
ist. In der Dampfleitung 16 ist ein Überströmventil 18 angeordnet. Der Stellantrieb
des Überströmventils 18 ist mit einem Regler 19 versehen, der über eine Meßleitung
mit einem im Abgaskanal 1 angeordneten Temperaturmeßfühler 20 verbunden ist.
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Über die aus Regler 19 und Temperaturmeßfühler 20 bestehende Regelanordnung
ist die Menge des abgeführten Dampfes in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases
hinter dem Wärmetauscher 4 regelbar. Dabei wird nur soviel Dampf abgeführt, daß
der Dampfdruck in dem Dampfraum 10 des Druckgefäßes 8 auf einen konstanten Wert
gehalten wird. Dieser Druck entspricht als Sättigungsdampfdruck der Mindesttemperatur,
mit dem das Wasser dem Wärmetauscher 4 zugeführt wird. Bei der Verbrennung von Schweröl
im Dampfkessel 2 ist mit einem Taupunkt im Abgas von 135 bis 1400C zu rechnen.
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Der Druck im Druckgefäß 8 wird auf 2,5 bar entsprechend einer Wassertemperatur
von 1380C eingestellt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Abgastemperatur hinter
dem Wärmetauscher 4 nicht unter den Taupunkt sinken kann und daß die fühlbare Wärme
des Abgases voll ausgenutzt wird. Da der aus Wärmetauscher 4 und Druckgefäß 8 bestehende
Dampferzeuger unabhängig von dem Dampfkessel 2 oder einer anderen wärmeerzeugenden
Anlage betrieben wird, kann der Wärmetauscher auch dann von Wasser mit der geforderten
Mindesttemperatur durchströmt werden, wenn der Dampfkessel 2 außer Betrieb ist.
Auch in diesem Fall wird daher der Taupunkt nicht unterschritten.
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Bei einem erneuten Anfahren des Dampfkessels 2 kann somit kein zur
KorrOsion führender Säureanfall auftreten.
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Ist, wie dargestellt, ein Dampfkessel 2 vorhanden, so ist von der
Dampfentnahmeleitung 3 des Dampfkessels 2 eine Verbindungsleitung 21 zu dem Druckgefäß
8 yeführt.
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Die Verbindungsleitung 21 ist an ein Zuführungsrohr 22 angeschlossen,
dessen Austrittsöffnung in dem Wasserraum 9 des Druckgefäßes 8 liegt. In der Verbindungsleitung
21 ist eine Druckregeleinrichtung 23 vorgesehen, durch die sichergestellt wird,
daß der Druck im Druckgefäß 8 nicht unterschritten wird, solange der Dampfkessel
1 nnter Druck steht, in dem eine entsptechende Dampfmenge über das Zuführungsrohr
22 in den Wasserraum 9 eingeführt wird. Bei Heißwasserkesseln ist für diesen Vorgang
in dem Wasserraum Wasserraum 9 des Druckgefäßes 8 ein zusätzlicher Wärmetauscher
angeordnet, der mit Hilfe von Heißwasser oder eines elektrischen Einsteckvorwärmers
beheizt ist.
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Der in dem Druckgefäß 8 erzeugte Dampf wird einem Niederdruckdampfnetz
oder nachgeschalteten Wärmetauschern für die Erwärmung von Brauchwasser zugeführt.
Der Dampf kann auch dazu verwendet werden, um das dem Dampfkessel 2 zugeführte Speisewasser
bzw.- das einem Heißwasserkessel zufließende Rücklaufwasser vorzuwärmen.
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