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Überhitzeranordnung für Wasserrohrkessel. Die Erfindung betrifft eine
überhitzeranordnung für Wasserrohrkessel, bei welcher in an sich bekannter Weise
die Rohre des Überhitzers in Richtung des Zuges der Heizgase gleichlaufend zu den
Wasserrohren des Kessels liegen, in dem die Dampferzeugung stattfindet. Um zu erreichen,
daß unter den verschiedenen Belastungen des Kessels mit jeder Änderung der Dampferzeugung
auch eine angenähert proportionale Änderung der tlberbitzerbeheizung verbunden ist,
werden gemäß der Erfindung die mit den Wasserrohren gleichlaufenden überhitverrohre
sowohl über die ganze Länge wie auch über den ganzen Querschnitt der dampferzeugenden,
von Heizgasen bestrichenen Heizfläche verteilt.
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Bei den bisherigen Wasserrohrkessehi dieser Art sind zwar in einzelnen
Fällen die dampferzeugenden Kesselrohrbündel in Richtung des Heizgaszuges mit überhitzerrohren
durchsetzt, aber dies ist nur bei Teilen des Querschnitts des Wasserrohrbündels
der Fall, so claß mit einer Änderung der Dampferzeugung nvar auch eine Änderung
der Dampfüberhitzer verbunden ist, aber nicht eine der Änderung der Dampferzeugung
angenähert proportionale.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Abb. i und 2 zeigen die Erfindung bei einem Schrägrohrkessel, wobei
Abb. i ein Längsschnitt und Abb. 2 ein Querschnitt nach Linie 2-2 von Abb. i ist.
Abb. 3 zeigt die Erfindung bei einem Steilrohrkessel.
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Bei Abb. i und 2 bezeichnet i den oberen Behälter für Dampf und Wasser,
an den vordere und hintere Wasserkammern 2 angeschlossen sind, die durch Rohre 3
verbunden sind. Das Ganze ist umschlossen durch ein Mauerwerk 4., das auch den Feuerraum
5 umschließt. Brenner 6 dienen zur Zuführung des Brennstoffes. Die Heizgase werden
über die Wasserrohre 3 durch Lenkwände 7 geleitet, um durch den Auslaß 8 zum Schornstein
zu strömen. Der im Kesselerzeugte Dampf verläßt den Behälter i durch ein Rohr g.
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Bei einem Kessel dieser Art findet, wie durch Versuche festgestellt
ist, eine gewisse
Verschiebung der Anteilnahme der verscItiedenen
Teile des Kessels an der Verdampfung bei Veränderung der Kesselbelastung statt.
Zur Erläuterung dieser Erscheinung und zum Verständnis der folgenden Ausführungen
sei auf die folgende Tabelle verwiesen:
| Verdampfung WE Überhitzung |
| Verteilung Zuwachs |
| Belastung ioo Prozent Zoo Prozent ioo Prozent aoo Prozent'
WE Prozent |
| i |
| Dampf- A .... 85 16o 850 x6oo j750 88 |
| t |
| erzugung |
| B .... io 25 ioo 250 150 150 |
| in Gruppe 1 C .... 5 15 5o 15o I@
10o 200 |
| zusammen... I 1oo 20o 1ooo 2000 @iooo - |
Man kann sich die Kesselrohre in drei Gruppen geteilt denken, von denen die erste
GruppeA der Feuerung am nächsten liegt und bei einer Kesselbelastung von ioo Prozent
vom gesamten Dampf 85 Prozent erzeugt. Die zweite oder mittlere Rohrgruppe B erzeugt
dann io Prozent des Dampfes bei einer Belastung von ioo Prozent, während die dritte,
am weitesten von der Feuerung entfernt liegende Gruppe C nur 5 Prozent des Dampfes
erzeugt. Diese Zahlen erscheinen in der ersten senkrechten Reihe der Tabelle. Die
Größenverhältnisse der Gruppen zueinander kommen hierbei zunächst nicht in Betracht.
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Wird nun die Belastung vergrößert, so daß der Kessel mit 2 oo Prozent
Belastung betrieben wird, so ändern sich die Beträge, mit denen die Gruppen
A, B und ,C an der Verdampfung sich beteiligen, und zwar derart, daß die
erste Gruppe A verhältnismäßig weniger leistet,-während die Gruppen l3 und C verhältnismäßig
größeren Anteil an der Gesamtverdampfung haben. In der Tabelle wird dies durch die
Zahlen i ,6o, -75 und r,5 ang ezeigt, welche ungefähr die neue Verteilung
der Verdampfungsziffern ausdrücken. Dabei soll der Kesselwirkungsgrad und der Feuchtigkeitsgrad
des Dampfes gleich bleiben.
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Die Erklärung liegt kurz darin, daß die erste Gruppe A nicht zweimal
soviel Wärme bei der höheren Kesselbelastung aufnehmen kann, und daß daher die Heizgase
die Gruppen B und C mit höherer Temperatur erreichen als bei ioo Prozent Belastung,
so daß diese Gruppen eine größere Wärmemenge aufnehmen können.
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Dieses Verhalten der Kessel bei Belastungsschwankungen hat bei überhitzeranordnungen
bisher üblicher Art folgenden Einfluß auf die Überhitzung des Dampfes. Die Überhitzung
kann bei Änderung der Kesselbelastung steigen oder fallen, und zwar in verschiedenem
Grade; dabei ist die Stelle, wo der Überhitzet untergebracht ist, sehr wichtig.
Wenn der Kessel mit höherer Belastung betrieben wird, werden eine Reihe von Faktoren:
beeinflußt: die Menge der in der Feuerung erzeugten Heizgase wird vergrößert; die
Geschwindigkeit, mit der diese Gase über den Kessel und über den Überhitzer strömen,
vergrößert sich ebenfalls; die erzeugte Dampfmenge wird auch größer und ebenso die
Geschwindigkeit des Dampfes durch den überhitzer; ferner kann auch die Feuerungstemperatur
erhöht werden. Diese Änderungen beeinflussen den Überhitzungsgrad ohne Rücksicht
auf die Lage des Überhitzers. Diese Lage ist jedoch von zusätzlicher Wirkung, die
wichtig ist für die Änderungen der überbitzung. Wie erwähnt, erreichen die Gase
bei höheren Belastungen die in der Feuerung entfernt liegenden Teile des Kessels
mit höherer Temperatur als, bei niedrigeren Belastungen. Liegt der Überhitzet in
der Nähe dieser entfernter liegenden Teile, so- wird er daher die Gase bei höheren
Belastungen ebenfalls mit hoher Temperatur erhalten, d. h. er wird mit steigender
Belastung eine-größere Überhitzung ergeben. Anderseits wird ein mehr nach der Feuerung
zu liegender ilberhitzer, von diesem Gesichtspunkt be@ trächtet, bei hoher Belastung
eine geringere Iberhitzung geben.
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Nach der Erfindung werden diese Schwankungen vollständig oder nahezu
vollständig ausgeschaltet. - Die überhitzerelemente io empfangen bei den Abb. i
und z aus der Leitung 9 und der Sammelkammer i i und den Zwischenkammern 12 - den
Naßdampf und führen den Heißdampf Zwischenkammern 13 und der Sammelkammer 14. zu.
- Die Ü berhitzerelemente io verlaufen durch in die Wasserkammern 2 eingesetzte
Rahrstücke und liegen zwischen den 'vÄTasserrohren3-. Sie sind so angeordnet, daß
nahezu überall da, wo Kesselheizfläche liegt, auch -Überhitzerheizfläche vorhanden
ist.
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Man kann sich die überhitzerheizflächie ebenfalls in drei Abteilungen
geteilt denken, und zwar die erste Abteilung neben der GruppeA der Kesselrohre liegend,
die zweite Abteilung neben der Gruppe B der Kesselrohre und :die dritte Abteilung
neben der Gruppe C der Kesselrohre. Dann wird von je iooo vom Überhitzet bei iooprozentiger
Belastung
des Kessels aufgenommenen Wärmeeinheiten die erste Gruppe 85o, die zweite ioo und
die dritte 5oWE aufnehmen.
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Wird nun die Kesselbelastung auf aoo Prozent gesteigert, dann bleibt
die relative Wärmeaufnahme der dritten Überhitzergruppe ebenso nicht konstant, wie
die Wärmeaufnahme der dritten Kesselrohrgruppe nicht konstant bleibt, und zwar aus
demselben Grunde. Die höheren Temperaturen, mit denen die Gase die an den Gruppen
B und C der Wasserrohre liegenden Überhitzerelemente treffen, veranlaßt sie, verhältnismäßig
mehr Wärme bei der höheren Belastung aufzunehmen, so daß, wie aus der obigen Tabelle
hervorgeht, die drei überhitzerteile nicht je zweimal soviel Wärme bei 200 Prozent
Kesselbelastung aufnehmen wie bei ioo Prozent, viehmehr nehmen sie i 6oo bzw. 25o
bzw. i 5o WE auf, wobei die Verschiebung ebenso ist wie bei der Wärmeaufnahme der
Kesselgruppe. Anstatt daß die gesamte Wärmeaufnahme des (Tberhitzers entweder mehr
oder weniger als zweimal soviel ist wie bei i oo Prozent Kesselbelastung, ist sie
gerade zweimal so groß. Bei anderen Kesselbelastungen wird die Veränderung der Wärmeaufnahme
der verschiedenen überhitzerteile stets parallel zu der Verschiebung der Wäizneaufnahme
der verschiedenen Kesselteile sein. Bei bisher üblichen Dampferzeugern mit eingebauten
überhitzern wirkten die Veränderungen, die nur einen kleinen Teil des Kessels oder
einen Teil b-eeinflußten, in dem nur ein sehr geringer Bruchteil der Gesamtmenge
des Dampfes erzeugt wird und wo daher die Wirkung der Veränderung auf die gesamte
Dampfmenge klein ist, auf den ganzen überhitzer ein und riefen unverhältnismäßig
starke Veränderungen im Überhitzungsgrade hervor. Wird dagegen der Überhitzer nach
der Erfindung über die gesamte Heizfläche des Kessels. verteilt, so wird die Veränderung
in jedem Teile des Kessels eine entsprechende Veränderung in einem Überhitzerteil
hervorrufen, in dem ein entsprechender Anteil an der Überhitzung erzeugt wird. Dadurch
wird selbsttätig eine gleichmäßige Überhitzungstemperatur erzielt.
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Bei der praktischen Ausführung sind auch noch andere Gesichtspunkte
zu beachten. Beispielsweise wird es im allgemeinen nicht ratsam sein, mit überhitzerheizfläche
an die Feuerung mehr als bis zu einer gewissen Stelle heranzugehen. Ferner wird
es aus Ersparnisgründen manchmal ratsam sein, einen Teil der überhitzerheizfläche
an der der Feuerung abgekehrten Seite fortzulassen, wo die Wärme sehr gering ist.
Die ideale Anordnung ist so, daß die Überhitzerheizfläche so verteilt ist, daß die
auf einen Teil des Kessels einwirkenden Verhältnisse und ihre Änderungen auf einen
zugehörigen Teil des überhitzers ebenso einwirken und ebenso Änderungen in der Überhitzung
hervorrufen, wie sie Änderungen in der Verdampfung des Kessels bewirken. Ein Abweichen
von dieser Anordnung, wie es oben angedeutet ist, wird natürlich einen gewissen
Verlust in der Gleichförmigkeit der Lberhitzung bei Belastungsänderungen hervorrufen.
Im praktischen Betrieb wird es im allgemeinen genügen, den Überhitzer so auf den
Kessel zu verteilen, daß er neben einer Kesselheizfläche liegt, die ungefähr 75
bis 8o Prozent des gesamten Dampfes erzeugt.
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Bei der in Abb. 3. gezeigten Anordnung bei einem Steilrohrkessel,
der zwei obere Behälter a a und 22 und einen unteren Behälter 23 aufweist,
sind die Behälter durch drei Rohrbündel :!4, 25 und 26 verbunden, das Ganze ist
durch ein Gehäuse 4.- ummauert. Die Heizgase von dem Feuerraum 5a werden durch Scheidewände
7,! über die Wasserrohre zur Schornsteinverbindung 8a geführt. Der t"berhitzer besteht
aus zwei Sammelkammern i ve und i ¢a und den Elementen i oa. Die Rohre, welche die
Überhitzerelemente bilden, liegen parallel zu den Wasserrohren des Kessels und sind
fast über die ganze Heizfläche des Kessels verteilt.
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Für die Erreichung des angestrebten Ergebnisses ist es wesentlich,
daß die überhitzerrohre mit den Kesselrohren gleichlaufend angeordnet sind, weil
andernfalls bei Änderung der Beheizung die verhältnismäßig gleiche :Änderung von
Verdampfung und L-berhitzung gestört und außerdem die leichte Ein- und Ausbaufähigkeit
verlorengeht. Hierin liegt der Unterschied gegenüber solchen Kesseln, -bei denen
die Kesselrohre über einen mehr oder weniger großen Teil ihrer Länge mit Überhitzerrohren
umwickelt sind.