-
Dampfkesselanlage für stark schwankenden Dampfverbrauch. Die Erfindung
bezieht sich auf Dampfkesselanlagen mit stark schwankender Belastung, bei welchen
die Druckschwankungen dadurch ausgeglichen werden, daß der Kessel in Zeiten übernormaler
Belastung unter Verminderung oder Abstellung der Frischwasserspeisung mit Wasser
von annähernd Kesseltemperatur aus einem Speicher gespeist wird, welcher in Zeiten
nor= maler oder unternormaler Kesselbelastung vom Kessel aus durch Zuführung von
Heißwasser oder Dampf beheizt wird. Die bisher üblichen Anlagen dieser Art haben
den Nachteil, daß die Speicher, falls sie Spitzenbelastungen längerer Dauer ausgleichen
sollen, sehr groß sein müssen und daß ihnen in Zeiten der Spitzenbelastung des Kessels
nur Heißwasser zur Kesselspeisung entnommen werden kann, es sei denn, daß man in
denselben unter Druckverminderung Niedexdruckdampf entwickelt und diesen dem Niederdruckteil
des Dampfnetzes zuführt. In letzterem Falle muß natürlich die Wärme, welche dem
im Speicher enthaltenen Kesselspeisewasser in Form des Niederdruckdampfes wieder
entzogen wird, durch die Kesselfeuerung erneut aufgebracht werden, so daß die Hochdruckdampfleistung
des Kessels entsprechend vermindert wird. Die Steigerung der Leistungsfähigkeit
der Gesamtanlage ist damit auf diejenigen Wärmemengen beschränkt, welche der Speicher
in der Zeiteinheit abzugeben vermag. Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, diese
Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden und mit einem Speicher von verhältnismäßig
kleinem Fassungsvermögen nicht nur Spitzenleistungen der bisher erreichbaren Höhe
auf längere Dauer zu ermöglichen, sondern auch zeitweilig darüber hinausgehende,
sehr hohe Spitzen mit der Anlage bewältigen zu können.
-
Die Erfindung besteht zunächst darin, daß außer dem eigentlichen Wärmespeicher
auch der Kessel als Speicher ausgebildet ist und mit dem eigentlichen Speicher so
verbunden ist, daß er gleichzeitig mit oder getrennt von dem letzteren geladen bzw.
entladen werden kann.
-
Statt also wie bisher dafür zu sorgen und die Speisung so einzurichten,
daß der Wasserstand im Kessel möglichst gleichbleibt, ist die Einrichtung erfindungsgemäß
so getroffen, daß man auch den Wasserstand im Kessel planmäßig in hohem Maße entsprechend
denSchwankungen des Betriebes schwanken lassen kann und daß man unter Umständen,
d. h. in Zeiten sehr hoher Spitzenbelastungen, sogar Wasser aus dem Vorrat des Kessels
in den Speicher leiten und dort verdampfen kann, so daß nicht nur der nicht gespeiste
Kessel große Mengen Hochdruckdampfes entwickeln kann, sondern im Speicher auch große
Mengen Niederdruckdampfes erzeugt und abgegeben werden können, ohne daß eine Druckabsenkung
in demselben stattfindet. Auch dabei ist es natürlich nicht erforderlich, daß als
Hochdruckspeicherwasser nur das im Kessel befindliche Wasser ausgenutzt wird, sondern
es kann auch dann..das außerhalb aufgespeicherte, z. B. nach Beendigung der Hochspitzen,
weitergehend verwendet werden, wenn dafür Sorge getragen ist, daß ein Wasserumlauf
vorhanden ist, der so geregelt werden kann, daß die Speicherwassertemperatur niemals
erheblich unter die Dampftemperatur im Kessel sinkt. Je nach den Betriebsbedürfnissen
kann man dabei natürlich den Druck auch gleichzeitig im Kessel und im Speicher sinken
lassen, z. B. wenn große Mengen an Niederdruckdampf gebraucht werden. Der Speicher
selbst kann auch als Zwischenbehälter zwischen Frischwasserspeisevorrichtung und
Kessel angeordnet sein, in der Weise, daß das gesamte Speisewasser des Kessels durch
den Speicher hindurch muß, wie dies an sich bereits bekannt geworden ist. Um den
bekannten Einrichtungen dieser Art gegenüber die Vorteile der Erfindung zu wahren,
braucht man nur dafür zu sorgen, daß bei normaler bzw. geringer Belastung der Druck
durch Zuführung von Dampf und bei Höchstspitzen und Entnahme von Niederdruckdampf
der Druck durch Zuführung heißen Kesselwassers dauernd gleichgehalten wird.
-
Ein Beispiel dieser Art ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch
dargestellt, wobei der Betrieb selbsttätig durch Ventile geregelt wird, die in bekannter
Weise vom Dampfdruck gesteuert werden. Die Steuerung der Ventile kann natürlich
auch von Hand erfolgen. Sie bildet an sich nicht Gegenstand der Erfindung, da nach
dem derzeitigen Stand der Technik längst ausreichende Mittel zur Verfügung stehen,
die Ventile nach Belieben selbsttätig durch Schwimmer und durch den Dampfdruck sowie
durch zusätzliche Hilfsmittel nach Bedarf beeinflussen zu lassen.
-
In der Zeichnung bedeutet D den Dampfkessel, dessen Dampf dem Hochdruckteil
T1 einer zweiteiligen, zum Antrieb eines elek-
Irischen Generators
G dienenden Kraftmaschine zugeführt wird, deren Niederdruckteil T. mit dem Abdampf
des Hochdruckteiles T1 gespeist wird. Die Speisung des Kessels D mit Wasser erfolgt
durch eine Pumpe P2 aus einem als Wärmespeicher dienenden Zwischenbehälter S, der
seinerseits durch die Pumpe Pl aus einem Vorratsbehälter B über den Vorwärmer E
und ein in die Frischspeiseleitung Lf eingebautes Ventil V f in üblicher
Weise gespeist wird, wobei das Ventil Vf vom Dampfdruck in der Abdampfleitung
La des Hochdruckteiles T1 so gesteuert wird, daß es bei normalem Druck offen
ist, bei steigendem Druck weiter öffnet und bei sinkendem Druck schließt. Eine von
der Frischspeiseleitung L f hinter dem Economiser E abgezweigte Leitung Ly
mit bei sinkendem Dampfdruck nach Maßgabe der Schließung des Ventils Vf öffnendem
Ventil Vy kann dazu dienen, daß vom Zwischenbehälter S nicht aufgenommene Wasser
in üblicher `'eise zum Vorratsbehälter B zurückzuführen. Der Dampf- und der Wasserraum
des Zwischenbehälters S sind außerdem durch eine bekannte Lade- und Entladeleitung
Ll bzw. Le mit Rückschlagventilen RI bzw. Re an die Abdampfleitung La angeschlossen.
In die Saug- und in die Druckleitung Ls bzw. Ld der zwischen dem Kessel D und dem
Zwischenbehälter S angeordneten Pumpe P2 sind absperrbare Regelventile Vs bzw. V
d eingebaut, die vom Dampfdruck in der Abdampfleitung La bzw. der damit verbundenen
Ladeleitung L1 so gesteuert werden, daß sie bei normalem Druck sich in Mittelstellung
befinden, bei steigendem Druck weiter Offnen und bei sinkendem Druck augenblicklich,
aber erst dann schließen, sobald der Druck eine bestimmte untere Grenze erreicht
hat. Ferner sind die Saug- und Druckleitungen der Pumpe P, durch um die Pumpe herumgelegte
Umführungsleitungen Lit miteinander verbunden, in welchen Regelventile I'rt eingebaut
sind, welche vom Dampfdruck geöffnet werden, wenn die Ventile Vd und V
s sich schließen. Das Rückschlägventil Re der Entladeleitung Le des Zwischenbehälters
S endlich ist auf die Ventile I's, Vrl, Vrt so abgestimmt, daß es gleichzeitig mit
den Ventilen Fit öffnet bzw. schließt.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Bei normalem Betrieb, bei welchem
der Dampfverbrauch des Hochdruckteiles T1 der Kraftmaschine der Dampferzeugung.
des K<ssels entspricht, geht ein Teil des Abdampfes in den Zwischenbehäiter S
-und dient dort dazu, das von der Pampe P1 gleichzeitig zugeführte vorgewärmte Frischwasser
zu erhitzen: Die Ventile T' f , l's, Vd sind dabei gleich weit offen, und dem Zwischenbehälter
S wird die gleiche Wassermenge durch die Pumpe P2 entnommen und in den Kessel geführt,
wie ihm durch die Pumpe P, zugeführt wird und wie sie der Verdampfung im Kessel
entspricht. Wenn nun bei geringer Belastung der Maschine der Niederdruckteil T"
unter dem Einfluß des Reglers weniger Dampf erhält, so öffnet infolge des in der
Abdampfleitung La bzw. der Ladeleitung Ll steigenden Druckes das Rückschlagventil
R1 weiter und auch die Ventile V f, Vd und Vs werden weiter geöffnet.
Dem Zwischenbehälter S wird also mehr Dampf, gleichzeitig aber auch mehr diesen
Uberschuß bindendes Wasser zugeführt, und aus demselben wird gleichzeitig mehr Wasser
entnommen und in den Kessel eingeführt. Verdampft wird in diesem aber nicht mehr
als vorher, so daß Überschuß an Heißwasser vorhanden ist, der durch geeignete Bemessung
der Ventile vorteilhaft so verteilt wird, daß sich der Wasserstand im Kessel und
im Zwischenbehälter gleichmäßig hebt und Heißwasser in beiden aufgespeichert wird.
Sinkt der Dampfdruck in der Abdampfleitung La wieder bei zunehmender Belastung
der Maschine, so kehren die Ventile Vf, Vs und Vd und RI zunächst in die Normalstellung
zurück. Bei Unterschreitung des normalen Dampfdruckes infolge Spitzenbelastung der
Maschine schließen zunächst die Ventile Uf und Rl, bis schließlich weder Dampf noch
Wasser in den Zwischenbehälter gelangen kann. Das Speisewasser aus dem Vorwärmer
E kehrt über das in entsprechendem Maße öffnende Ventil Vy durch die Leitungen Lr
zum Behälter B zurück. Die Entladung. des Kessels und des Zwischenbehälters aber
kann verschieden erfolgen. Handelt es sich . um normale Spitzenleistungen, so bleiben
die Ventile Vs und Vd zunächst von dem weitersinkenden Dampfdruck in La und
LL unberührt, so daß der Kessel das der Verdampfung entsprechende Wasser aus dem
Speicher S erhält. Da diesem kein Dampf entnommen wird, so findet dabei eine nennenswerte
Druckabsenkung nicht statt, zumal stets das Rückschlagventil RI für Aufrechterhaltung
des Druckes durch Einlassender dazu erforderlichen, nicht ins Gewicht fallenden
Dampfmengen sorgen wird. Wird auf die' Aufrechterhaltung des Druckes im Zwischenbehälter
bzw. Speicher S dabei überhaupt kein Gewicht gelegt, so kann ein in der Leitung
Ll vorgesehenes Absperrorgan A
geschlossen werden. Da für die Erwärmung von
Frischwasser in dieser Zeit somit kein Dampf aufgebracht zu werden braucht, so kann
nunmehr der Kessel D den erforderlichen Spitzendampf mit Hilfe des Speichers S aufbringen,,
bis dieser entladen ist. Sobald der Speicherleer ist, müssen die Ventile Vs und
Vd geschlossen werden, was in bekannter- Weise durch einen Schwimmer bewirkt werden
kann. Dauert die Spitzenbelastung länger, so wird alsdann der Vorrat des Kessels
selbst zur Deckung der Spitzenleistung herangezogen. Der
Vorrat
beider Behälter reicht also aus, um normale Spitzenleistungen von verhältnismäßig
sehr langer Dauer zu bewältigen. Man kann natürlich auch zuerst den Kesselvorrat
verdampfen und dann aus dem Vorrat des Zwischenbehälters nachspeisen, wobei die
Ventile Vs und Vd nur entsprechend gesteuert zu werden brauchen, wozu bekannte Hilfsmittel
zur Verfügung stehen. Es ist jedoch vorzuziehen, an erster Stelle den Speicher S
zu entladen und im Kessel möglichst lange einen größeren Vorrat heißen Wassers zu
bewahren, aus folgenden Gründen Falls nämlich zeitweise Spitzenbelastungen abnormaler
Höhe auftreten, denen der Kessel trotz Abstellung der Frischspeisung allein nicht
nachzukommen vermag, ist man bei vorhandenem Wasservorrat im Kessel in der Lage,
den Speicher S zur Lieferung von Niederdruckdampf heranzuziehen, ohne daß eine Drucksenkung
in demselben stattzufinden braucht. Wenn nämlich zufolge unzureichender Dampflieferung
durch den Kessel der Druck in der Abdampfleitung La bzw. der Ladeleitung
LL eine bestimmte untere Grenze erreicht, öffnet das RückschlagventilRe der Entladeleitung
Le, und Dampf tritt aus dem Zwischenbehälter in die Abdampfleitung La, so
daß er mit dem Abdampf des Hochdruckteiles T1 der Maschine in den Niederdruckteil
TZ gelangt. Gleichzeitig werden die Ventile Vs und Vd der Saug- und Druckleitungen
Ls, Ld der Pumpe P2 geschlossen und die Ventile Vu der Umgehungsleitungen Lit geöffnet.
Die Pumpe P2 fördert jetzt heißes Wasser aus dem Kessel D in solchen Mengen zum
Zwischenbehälter öder Speicher S, daß dieser ohne Drucksenkung den fehlenden Niederdruckdampf
zu liefern vermag. Die normale Spitzenleistung des Kessels selbst wird dabei nicht
gestört, so daß jetzt Spitzen bedeutender Höhe gedeckt werden. Sinkt der Dampfverbrauch
wieder, so erfolgt die Bewegung der Ventile in umgekehrter Weise.
-
Wenn die Ladung und Entladung von Kessel und Speicher durch Unterhaltung
eines Wasserumlaufes erfolgt, so kann die Aufrechterhaltung des Druckes im Speicher
bei Entnahme von Niederdruckdampf aus dem letzteren dadurch aufrechterhalten werden,
daß man die Verbindung der Dampfräume zwischen Kessel und Speicher abstellt und
den Umlauf so regelt, daß lediglich das zur Erhaltung des Druckes erforderliche
Heißwasser aus dem Kessel in den Speicher zurückfließt. Die Gesamtanlage kann natürlich
auch ohne Vorwärmung betrieben werden, insbesondere in Fällen, wo die Abgase des
-Kessels in anderer Weise, beispielsweise zur Vorwärmung von Verbrennungsluft usw.,
ausgenutzt werden können.