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Vorrichtung zum Ausgleich von Dampfentnahmeschwankungen in aus Vorder-
und Hinterkesseln bestehenden Dampfkesselanlagen. Bei bisher bekannten Dampfkesselanlagen
wird die Anpassung der Anlage an schwankende Betriebsverhältnisse in der Hauptsache
durch Zu- und Abschalten von Wärmespeichern erreicht. Bei der neuen Kesselanlage
wird eine weitere Anpassung an wechselnde Betriebsverhältnisse dadurch erreicht,
daß der eigentlichen Kesselheizfläche nach eine zusätzliche Heizfläche in die Züge
der Feuerung zugeschaltet wird, die wahlweise mit den einzelnen Teilen der Anlage
verbunden werden kann. Durch die Heizkörper kann sowohl Frisch- als auch Kondenswasser
geleitet werden, ehe es in den Kessel oder Speicher= gelangt. Wird das Kessel- oder
das Speicherwasser jedes für sich allein durch die Heizkörper geleitet und wieder
nach ihnen zurück, so kann in diesen Fällen auch das Frisch-oder -Kondenswasser
direkt in den Kessel oder den Speicher geleitet werden. Ferner kann dem Heizkörper
Wasser aus dem Kessel zugeführt, darin unter Druckerhöhung weiter erwärmt und dem
Kessel oder dem Speicher zugeführt, auch kann ihm Wasser aus dem Speicher zugeführt,*unter
Druckerhöhung weiter erwärmt und dem Speicher oder auch dem Kessel zugeführt werden,
und zwar in allen Fällen ganz oder zum Teil oder nach Bedarf geteilt nach beiden.
Das Speisewasser kann dann bereits eine so hohe Temperatur in den Heizkörpern erreichen,
daß ihm im Kessel nur noch die Verdampfungswärme zugeführt werden braucht.
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Der an die Kesselanlage angeschlossene Speicher kann auch mit höherem
Druck betrieben werden als der Kessel selbst, was z. B. durch Pumpen erreicht werden
kann, damit keine Dampfbildung in den Heizkörpern entsteht. In diesem Falle wird
sich ein Teil des Wassers beim Einspeisen in den Kessel infolge des Spannungsabfalles
in Dampf vom Kesseldruck verwandeln.
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Man kann auch das in den Heizkörpern. erhitzte Wasser jn Wärmespeicher
oder andere geschlossene Behälter fördern, die mit niedrigerem Druck betrieben werden
als. die Heizkörper. Das Wasser verdampft dann in. diesen teilweise. Wenn man aus
diesen Behältern das Wasser dann entnimmt und in erneutem Kreislauf durch die Heizkörper
schickt, so findet in den geschlossenen Behältern eine. stetige Dampfentwicklung
statt, mit der unter Umständen der gesamte Niederdruckverbrauch gedeckt werden kann.
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Weiterhin kann gemäß der Erfindung der Kreislauf des Wassers durch
die Heizkörper so eingerichtet werden, daß nur dann Wasser aus dem Kreislauf in
den Kessel oder einen anderen Behälter übertritt, wenn das Wasser die höchste Temperatur
erreicht hat, die bei der .jeweils eingestellten Spannung ohne Dampfbildung noch
möglich ist.
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Das in den Heizkörpern erhitzte Wasser kann auch unmittelbar den Verbraucherstellen,
z. B. Kochern und Heizungen, zugeführt warden. Je nach den besonderen Betriebsverhältnissen
kann man die Heizkörper mit großen Heizflächen und kleinem Wasserinhalt oder aber
mit kleinen Heizflächen und großem; Wasserinhalt ausführen. Im ersteren Falle kann
die Leistung der einzelnen Teile der Anlage schnell wesentlich vergrößert werden;
im zweiten Falle wird die Speicherfähigkeit der Anlage heraufgesetzt.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt,
und zwar stellt Abb. i eine Steilrohrkesselanlage mit den entsprechenden Rohrleitungen
zum überführen des Kesselwassers in den Speicher, und umgekehrt, und mit zusätzlichen
Heizkörpern gemäß der Erfindung dar. In Abb. a sind diese für sich in seitlichem.
Schnitt dargestellt mit darüberliegenden Behältern, welche als Wärmespeicher ,ausgebildet
sind.
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Abb. 3 zeigt eine Draufsicht auf dieselben. In Abb, i sind zwischen
dem Vorderteil des Kessels, welcher den Cberkessel a und den Unterkessel b sowie
die dazwischenliegenden Heizrohre c umfaßt, und dem aufrecht stehenden Hinterkessel
d, welcher mit einem organisch mit ihm verbundenen Wärmespeicher e versehen ist,
zusätzliche Heizkörper f eingeschaltet. Außerdem sind Speicher und Kessel mit den
entsprechenden Leitungen gemäß der Erfindung verbunden. Bei Dampfentnahmespitzen
wird aus dem Speicher e an einer Stelle i, welche in gewisser Höhe über dem Boden
des Speichers liegt, so daB das Wasser
in ihm bereits von allen
Gasen und Sedimenten befreit ist, durch eine Pumpe 2 Wasser durch die Rohrleitung
3 angesaugt und in den Unterkessel b gedrückt. Da das Wasser bereits eine ziemlich
hohe Temperatur hat, ist die Wärmemenge, welche ihm bis zur Verdampfung zugeführt
werden muß, verhältnismäßig gering, so daß in kurzer Zeit erhebliche Dampfmengen
im Oberkessel a abgegeben werden können. Ist der Dampfverbrauch sehr gering, so
kann Wasser aus dem Oberkessel a vermittels, der Pumpe q. durch die Rohrleitungen
5 und 6 in den Oberteil des Speichers e gedrückt und dort aufgespeichert werden.
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Der Übertritt deg Wassers in den Speicher kann auch selbsttätig durch
ein Überströmventil erfolgen; ebenso kann bei zu geringem Druck im Kessel die Pumpe
2 von selbst in Betrieb gesetzt werden.
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Um die Wärme der Heizgase besser ausnutzen zu können, kann man sich
bei der Förderung des Wassers aus dem Speicher in den. Kessel, oder umgekehrt, der
Heizkörper f bedienen. Zu diesem Zweck wird das Wasser, aus dem Unterkessel b vermittels
einer Pumpe 7 durch die Rohrleitung 8 in die Heizkörper f und von dort aus durch
die Leitung 9 in den Oberteil des Wärmespeichers e geschickt. Es kann jedoch auch
ein zwangläufiger Wasserumlauf durch dieselbe Pumpe und dieselben Heizkörper f dadurch
erreicht werden, daß das Wasser aus den Heizkörpern statt in den Wärmespeicher in
den Oberkessel a durch die Leitung to geschickt wird.
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Durch diesen lebhaften Wasserumlauf und die zusätzliche Erwärmung
in den Heizkörpern wird ebenfalls eine schnelle Dampferzeugung erreicht. Gleichfalls
kann aus dem Unterteil des Wärmespeichers e Wasser durch die Pumpe 11 und die Leitungen
12 und 13 entnommen werden, welches. nach dem Oberkessel to befördert wird, um dort
zur Überwindung der Dampfentnahmespitzen zu dienen. Die Heizkörper f können je nach
Bedarf der Heizfläche hinzu- oder von dieser abgeschaltet werden, was im vorliegenden
Ausführungsbeispiel durch die Klappe 14. geschehen kann.
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In Abb.2 sind die Heizkörper f und ihre Verbindung mit den Wärmespeichern
g näher dargestellt. Das Heizröhrenbündel f besteht aus nahtlosen Stahlrohren, deren
Durchmesser und Wandstärken so bemessen sind, daß sie auch dem höchsten Druck mit
Sicherheit widerstehen. Dieses. Heizröhrenbündel f ist an Sammler 18 und 19 angeschlossen.
DieWände 2o umschließen das Heizröhrenbündel f und bilden Kanäle, durch welche die
Heizgase geführt werden. Das Heizröhrenbündel kann aus einem Stück hergestellt sein,
so daß in den Kanälen keinerlei Verbindungen liegen. Die Sammler 18 und 19 liegen
außerhalb der Heizkanäle; sie werden von den Heizgasen nicht berührt.
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Die zu erwärmende Flüssigkeit wird von einer Pumpe 16 durch eine Rohrleitung
und eine Reglervorrichtung 21 in den Sammler 18 gedrückt; von da strömt sie, von
der Pumpe getrieben, durch das Heizröhrenbündel f nach oben in den Sammler 19. Da
die Heizgase das Heizröhrenbündel von außen bestreichen, nimmt das Wasser die Wärme
auf. An dem Sammler 19 ist ein Sicherheitsventil 22 angebracht, das auf einen beliebigen
Druck (z. B. too Atm.) eingestellt ist. Hat das Wasser nach einmaligem Durchströmen
des Heizröhrenbündels f die dem darin herrschenden Druck entsprechende Temperatur
noch nicht erreicht, was durch Anbringen von Thermometern am Sammler 19 leicht festzustellen
ist, so wird sie durch Reglerorgan 23, Leitung 24. und Pumpe 25 ganz oder zum Teil
wieder nach dem Sammler 18 geleitet und passiert so das Heizröhrenbündel f so lange,
bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. Durch Einstellen des Reglerorgans 23
und der Leistung der Pumpe 16 erreicht man es, daß der Druck innerhalb des Heizröhrenbündels
t und der Sammler 18 und i9 so hoch wird, daß das Sicherheitsventil ?2 sich öffnet
und das gewünschte Quantum Wasser abfließt. Das abfließende Wasser hat eine Spannung
entsprechend dem Druck im Sammler 19. Die Temperatur kann durch die Beheizung entsprechend
dem Druck gesteigert werden (z. B. bei too Atm. auf 31o° C). Das Wasser wird nun
zweckmäßig in den Wasserraum eines Dampfkessels bzw. eines Behälters geleitet, und
zwar der besseren Verteilung halber in ein weites Rohr 39 mit zahlreichen öffnungen.
In diesem Rohr entspannt sich das Wasser, und seine Spannung sinkt auf die Kesselspannung
herunter. Hierbei wird durch die frei werdende Wärme ein Teil seiner selbst oder
ein Teil des Kesselwassers verdampft. Die Flüssigkeit behält aber die Spannung des
Kesselinhaltes selbst bei. Der Gewinn ist also ein zweifacher, erstens die Dampferzeugung
durch die Druckabsenkung bis auf die Kesselspannung und zweitens die Hereinbringung
der Wärme, welche der Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser vor der Pumpe 16 und
der Temperatur des Kesselinhaltes entspricht.
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Will man eine Überspeisung des Kessels verhüten und die Anlage auch
noch weiter zur Dampfbildung mit heranziehen, so kann die Pumpe 16 einen Teil des
Kesselwassers durch die Heizröhrenbündel drücken. In diesem Falle muß eine Rohrleitung
vom Wasserraum der Kessel nach der Pumpe 16 führen.
Auf diese Weise
läßt sich die Wirkung einer Kesselanlage bedeutend vergrößern, ohne daß der Kessel
selbst vergrößert, ein neuer Kessel beschafft wird oder eine Betriebsunterbrechung
zu befürchten ist. Die Anlage ist imstande, fast momentan die größten auftretenden;
Spitzen zu überwinden, weil. die Röhrenheizfläche die Wärme sofort aufnimmt und
innerhalb weniger Minuten der Höchstdruck ,er-. reicht ist, bei dem die Wasserzirkulation
einsetzt.
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Will man einer vorhandenen Kesselanlage außer den angeführten Vorteilen
auch noch eine Einrichtung hinzufügen, der man sehr hoch gespannten Dampf entnehmen
kann, so werden noch ein oder mehrere Behälter bzw. Wärmespeicher g angeordnet.
Diese Behälter g werden in zweckmäßiger Größe und Form entweder für den höchstvorgesehenen
Druck oder für einen beliebigen anderen unter dem Druck, welcher im Röhrenbündel
f herrscht, vorgesehen. Am Sammler i9 wird dann ein. weiteres, Sicherheitsventil
27 angebracht, das den ganzen oder einen Teil des Wasserinhaltes, der durch
das Röhrenbündel f gedrückt wird, durch die Rohrleitung 28 in den Behälter
g fließen läßt. Durch Reglerorgan i9 und Leitung 2o, Pumpe 31, Rohrleitung
32 und Reglerorgan 33 kann auch hier das Wasser ganz oder zum Teil wieder
nach dem Sammler 18 und durch das-Röhrenbündel f gedrückt werden, um die höchsterreichbare
Temperatur des, Wassers bei Vermeidung von Dampfbildung zu erzielen. Der oder die
Behälter sind zum Teil mit Wasser. gefüllt. Durch einen Wasserstand wird der Stand
desselben kontrolliert und durch einen Wasserstandsregler bekannter Bauart die Pumpe
16 beeinflußt, um denselben immer auf gleicher Höhe zu halten. Ist der Druck in
den Behältern gleich dem Druck -in den Heizröhrenbündeln f, so kann man durch die
Dampfentnahme Dampf niedriger Spannung entnehmen, wobei durch den Druckabfall eine
Nachverdampfung des Wassers erzielt wird.
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Die Menge der Dampferzeugung wird darin reguliert durch den mehr oder
weniger schnellen Umlauf der Flüssigkeit durch das Röhrenbündel f, durch die Pumpe
31. Durch Rohrleitung 35, Reglerorgan 36 und Rohrleitung 37 wird dann das hocherhitzte
Wasser, aus den Behältern g abgelassen, nach den Kesseln, wie vorher beschrieben,
befördert. Das in die Speicher g einströmende Wasser wird durch eine Verteilervorrichtung
auf ihre ganze Länge der Behälter g verteilt, um einsgleichmäßige Verteilung der
Wärme und einen ruhigen Wasserstand zu erzielen.
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Soll in den Behältern g ein niedrigerer Druck herrschen als wie in
den Röhrenbündeln f, so wird auch hier sofort nach Einströmen der Flüssigkeit entsprechend
dem Druckabfall eine Nachverdampfung stattfinden. Das Wasser, was nicht verdampft
wird, wird wieder zurück durch das.. Röhrenbündel f geführt, nimmt hier.
erneut Wärme auf usw. Durch die Dampfentnahme kann man den. Dampf von der durch
das Sicherheitsventit 38 bestimmten Spannung entnehmen. Auch. das Wasser kann, soweit
solches zur Ver-, fügung steht, den Kesseln zufließen, solange der Druck im Behälter
ä gleich oder höher ist als der Kesseldruck. Ist der Druck niedriger, dann muß die
Flüssigkeit den Kesseln zugepumpt werden.
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Die Dampfentnahme kann auch direkt mit den Dampfkesseln oder mit der
Dampfleitung verbunden werden; um den in den Behältern erzeugten Dampf zu den Kesseln
oder den Dampfverbrauchern zu leiten. In diesem Falle wird die Pumpe 16 durch einen
Was.serstandsregler bekannter Bauart, welcher vom Wasserstand im Kessel beeinflußt
wird, geregelt.
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Außer durch die Menge und Temperatur der die Rohrelemente f bestreichenden
Heizgase sowie der Geschwindigkeit, mit welcher die Pumpen 25 und 31 die
Flüssigkeit durch die Rohrelemente pumpen, kann man die Leistung der Anlage auch
noch durch Wahl der Größe, d. h. der Durchmesser und Länge der Rohrelemente f, beeinflussen,
indem man, unter Umständen den Inhalt der Rohrelemente sehr groß macht, um eine
möglichst große Menge des, heißen, unter hohem Druck stehenden Frisch- oder Kesselwassers
aufzuspeichern. Die Menge des Wassers hängt dann von der Größe der zu überwindenden
Dampfentnahmespitzen ab.
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Die Rohrelemente können aus einem Stück nahtlos hergestellt sein,
wenn Kondensat oder gut gereinigtes Wasser, das in den Rohren keine Rückstände hinterläßt,
zur Erwärmung. und Verdampfung zur Verfügung steht: Bei einer Flüssigkeit, welche
Rückstände in den, Rohren hinterläßt, werden die Rohrelementezweckmäßig aus, einzelnen.
Sektionen nach Art der Sektionalwasserkammern mit Rohrverschlüssen gebildet, um
das Innere der Rohrelemente reinigen zu können. Die Anlage kann für sich alleinstehend
oder mit einem oder mehreren Dampfkesseln, zusammengebaut werden.
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Die Heizkörper können teilweise abgeschaltet sein; auch läßt sich
der eine Teil der Heiz-. körper mit dem Kessel verbinden, während der andere Teil
an den Speicher angeschlossen ist.
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Unter Umständen kann die Dampfkesselanlage auch mit anderen Wärmeträgern
als Wasser betrieben werden. Es ist also mit der vorliegenden Anlage und dem entsprechenden
Verfahren in mannigfaltiger Weise
möglich, die Dampfentnahmespitzen
bzw. die übererzeugung von Dampf auszugleichen, wenn die Beanspruchung des Kessels
schwankt, während die Feuerung konstant gehalten wird. Anstatt aus und in den Speicher
kann das Wasser auch vom Niederdruckkessel zum Hochdruckkessel, und umgekehrt, geleitet
werden.