-
Dampferzeuger mit indirekter Beheizung und einer Zentrifugalpumpe
als Speisepumpe. Bei den heute üblichen Dampferzeugern ist die Schwankung des Kesseldruckes
jeweilig von vier Größen abhängig, nämlich von der zu einer bestimmten Zeit dem
Kessel entnommenen Dampfmenge, von der zur selben Zeit von dem Kessel aufgenommenen
Wärmemenge und schließlich von der Temperatur und der Menge des gerade in den Kessel
eingespeisten Speisewassers.
-
Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein neues
Prinzip
für die Dampferzeugung anzugeben, wobei der Entnahmedampfdruck in ganz anderer Weise
festgelegt wird als bisher.
-
Die Erfindung kommt in erster Linie bei indirekt beheizten Kesseln
zur Anwendung, d. h. bei Kesseln, bei denen zwischen der Feuerung des Primärkessels
und dem Sekundärdampferzeuger ein schwersiedendes Zwischenmittel eingeschaltet ist,
das die Wärme von den Feuergasen aufnimmt und auf den Sekundärkessel überträgt,
der in das flüssige oder siedende Zwischenmittel oder in den Dampf dieses Mittels
eingebettet sein kann. Die Regelung der Brennstoffzufuhr zum Primärkessel kann in
gewöhnlicher Weise, z. B. in Abhängigkeit von dem Druck bzw. der Temperatur des
Zwischenmittels, erfolgen.
-
Der Erfindungsgedanke besteht im wesentlichen darin, daß als Speisepumpe
für den Sekundärkessel eine Zentrifugalpumpe Verwendung findet, durch deren Charakteristik
bei annähernd konstanter Tourenzahl dieser Pumpe der Druck des Entnahmedampfes bestimmt
wird, während die Dampfentwicklung durch die Größe der wasserberührten Heizfläche
gegeben ist, die sich ihrerseits selbsttätig der jeweiligen Dampfentnahme entsprechend
ändert, wodurch ein vollständig selbsttätiges Zusammenarbeiten zwischen Wasserzufuhr,
Dampfentnahme und Dampfdruck erreicht wird.
-
Es sei hier eingeschaltet, daß die Verwendung von Zentrifugalpumpen
als Kesselspeisepumpen an sich selbstverständlich bekannt ist. Desgleichen sind
natürlich auch die Eigenschaften von Zentrifugalpumpen bekannt. Diese bekannten
Eigenschaften der Zentrifugalpumpen werden nun erfindungsgemäß zur Festlegung des
jeweiligen Dampfentnahmedruckes benützt, ndem das von der Pumpe geförderte Wasser
unmittelbar in den Sekundärkessel hineingedrückt und in diesem in Dampf verwandelt
wird, wobei das Wasser gerade bei der Sättigungstemperatur, die dem Pumpendruck
entspricht, zu kochen anfängt. Die Wärmeaufnahme des Sekundärkessels richtet sich
also ganz selbsttätig nach dem Verbrauch von Dampf. Entnimmt man dem Kessel mehr
Dampf, so wird die Wasserförderung der Pumpe zunehmen, infolgedessen der Wasserstand
steigen und die wasserberührte Heizfläche vergrößert, wodurch selbsttätig die Dampfentwicklung
in demselben Maße vergrößert wird.
-
Der Druck des entnommenen Dampfes ist also lediglich durch den Pumpendruck
bestimmt, der sich entsprechend der Charakteristik der Pumpe je nach der jeweiligen
Wasser- bzw. Dampflieferung ändern kann. Nehmen wir beispielsweise an, daß die Temperatur
des Zwischenmediums 45o' sei und daß der Druck der Zentrifugalpumpe etwa Zoo Atm.
beträgt. In diesem Falle wird Dampf nicht der Temperatur von 450 'entsprechend
erzeugt, sondern vielmehr der Sättigungstemperatur entsprechend 200 Atm., d. h.
Dampf von etwa 36q.°, und in dem nicht wasserberührten Teil des Kessels wird der
Dampf etwa bis auf 450' überhitzt. Wird die Dampfentnahme verkleinert, so erniedrigt
sich dadurch der Wasserstand bzw. die wasserberührte Heizfläche, aber immer noch
bleibt der Druck des erzeugten Dampfes durch den Druck der Zentrifugalpumpe bestimmt.
Bei gänzlich abgestellter Dampfentnahme bleibt der Kessel mit überhitztem Dampf
von einem Drucke von etwa Zoo Atm., aber einer Temperatur von etwa 450' gefüllt.
-
Bei dieser Einrichtung ist lediglich Sorge zu tragen, daß eine so
große Heizfläche vorhanden ist, daß auch bei der größten Dampfentnahme die dieser
Entnahme entsprechende größte Wassermenge mit Sicherheit innerhalb des Kessels in
Dampf verwandelt werden kann, was gerade bei den bereits bekannten Anordnungen des
Erfinders, d. h. bei der Einbettung des kleineren Dampferzeugers in einer Flüssigkeit
oder besser in einer siedenden Flüssigkeit oder in dem Dampf einer solchen, mit
Leichtigkeit erzielt wird, da hierbei die Wärmedurchgangszahl eine außerordentlich
viel höhere ist als bei gewöhnlichen Kesseln. und infolgedessen die Kesselheizfläche
eine weit kleinere.
-
Wie bereits erwähnt, besteht ein weiteres für die Erfindung kennzeichnendes
Merkmal darin, daß der Wasserspiegel im Kessel, soweit von einem freien, ausgeprägten
Wasserspiegel überhaupt gesprochen werden kann, bei stärkerer Dampfentnahme automatisch
steigt, bei geringerer dagegen automatisch fällt, gerade aus diesem Grund ist die
angegebene indirekte Heizung durch ein Zwischenmittel, dessen Höchsttemperatur eine
gewisse zulässige Grenze nicht überschreiten kann, angezeigt, weil sonst der nur
mit Dampf gefüllte Teil des Kessels verbrennen würde.
-
In der Abb. i der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke in einer beispielsweisen
Ausführungsform schematisch wiedergegeben.
-
Die Abb. 2 zeigt die Kurve der Charakteristik der bei der Einrichtung
nach Abb. i Verwendung findenden Zentrifugalpumpe, wobei jedoch gleich hervorgehoben
werden soll, daß diese Charakteristik nach Belieben, den jeweiligen Anforderungen
entsprechend, gewählt werden kann.
-
Es sei zunächst die Einrichtung nach Abb i erläutert.
-
In der Zentrifugalpumpe A wird das aus dem Behälter ß angesaugte Wasser
auf den gewünschten Druck gebracht und mit diesem Druck dem Dampferzeuger C zugeführt.
Der Dampferzeuger besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Rohrschlange,
die in einem Behälter F gelagert ist, in dem entweder eine Flüssigkeit oder eine
siedende Flüssigkeit
oder Dampf einer solchen vorhanden ist. Beispielsweise
soll hervorgehoben werden, daß dieser Dampf nicht nur durch direkte Beheizung des
Behälters oder durch die Verbindung des Behälters mit einem Dampfkessel erzeugt
werden muß, sondern auch in einer Verbindung des Behälters mit einem Wärmespeicher.
Das zu verdampfende Wasser durchfließt die Rohrschlange und wird in ihr allmählich
in Dampf übergeführt und als solcher durch die Leitung D entnommen und den Verbrauchern,
in vorliegendem Falle der Dampfmaschine E zugeführt.
-
Wie bereits erwähnt, zeigt die Abb. a die Charakteristik der Pumpe
A, und zwar bei konstanter Drehzahl derselben. Der von der Pumpe ausgeübte Druck
ist als Funktion der Wassermenge oder, was in diesem Falle dasselbe bedeutet, als
Funktion der Dampfmenge aufgetragen.
-
Die Abbildung läßt erkennen, daß sich, wenn keine Dampfentnahme stattfindet,
ein gewisser Druck p, einstellt, der sich der Charakteristik der Pumpe entsprechend
mit der .Dampfentnahme ändert.
-
Gleichgewichtszustand vorausgesetzt, entspricht der Pumpendruck, von
Druckverlusten in den Leitungen zunächst abgesehen, genau dem gewünschten Entnahmedruck.
-
Wird beispielsweise dem Kessel eine Dampf= menge entnommen, die der
von der Pumpe gelieferten Wassermenge Q1 entspricht (Abb. 2), so ist der Dampfdruck,
abgesehen von Leitungsverlusten, gleich Wird jetzt dem Kessel mehr Dampf entnommen,
z. B. eine Dampfmenge, die der Wassermenge Q, (Abb. 2) gleich ist, so fällt zunächst
der Dampfdruck in der Entnahmeleitung D des Kessels. Dies hat zur Folge, daß der
Wasserdurchgang durch den Kessel infolge des geringeren Gegendruckes beschleunigt
wird, wodurch eine größere Wassermenge durch die Pumpe hindurchfließt (Zustand:
Wassermenge Q2, Druck p2).
-
Bei kleiner Dampfentnahme wird die ganze Rohrschlange mit Dampf gefüllt
sein und der Wasserstand sehr tief, beispielsweise bei x-x, liegen. Bei größter
Dampfentnahme steigt der Wasserstand beispielsweise bis auf die Linie y-y. Der Wasserstand
im Kessel und mit ihm die wasserberührte Heizfläche verändert sich also je nach
der Kesselbelastung, was eben eine indirekte Feuerung des Kessels, wie bereits angegeben,
notwendig erscheinen läßt.
-
Selbstverständlich kann die Pumpe A das Speisewasser auch einem Economiser
entnehmen.
-
Man würde vorerst vermuten, daß man durch Steigerung der Temperatur
des Zwischenmittels bz«-. dessen Dampfes die Dampfentwicklung des kleineren Kessels
steigern könnte. Dies ist jedoch nicht der Fall. Würde man durch irgendeine Anordnung
die Temperatur des Zwischenmittels von beispielsweise 450' auf 5oo ° erhöhen, so
würde dies nur zur Folge haben, daß der Wasserstand des kleineren Kessels dementsprechend
sinken würde bzw. daß die wasserberührte Heizfläche kleiner werden und die Überhitzung
des Dampfes etwas steigen würde. Die Dampfentwicklung und der Druck des Dampfes
bleiben jedoch nach wie vor nur abhängig von der Pumpenlieferung, die durch diese
Temperaturerhöhung ja nicht beeinflußt wird. Wird aber aus dem kleinen Kessel mehr
Dampf entnommen, so steigt automatisch die Wasserlieferung im selben Maße, also
auch die Wärmeentnahme aus dem Primärkessel, weshalb diesem selbstverständlich in
irgendeiner Weise mehr Wärme, beispielsweise durch die Feuergase, zugeführt werden
muß. Diese Zuführung von Brennstoff hat je nach der Speicherfähigkeit des Primärkessels
früher oder- später zu erfolgen. Bei den vom Erfinder angegebenen Anordnungen ist
gewöhnlich ein so großes Speichervermögen vorhanden, daß recht große Schwankungen
im Sekundärdampf erfolgen können, ohne daß die primäre Feuerung geregelt werden
muß.
-
Bei den vorstehenden Ausführungen sind eventuelle Druckverluste zunächst
unberücksichtigt gelassen. Will man diese berücksichtigen, so ist lediglich zu beachten,
daß der jeweilige Entnahmedampfdruck gleich dem Pumpendruck, vermindert um den eventuellen
Druckverlust in den Leitungen ist. Durch geeignete Wahl der Charakteristik der Pumpe
kann bewirkt werden, daß der Druck des entnommenen Dampfes zur Deckung der Druckverluste
in den Zuleitungen zu den :Maschinen bei steigendem Dampfbedarf sogar zunimmt.