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Liegender Wasservorwärmer mit wagerechten Heizröhren und darin liegenden
Überhitzerrohren. Die bekannten Vorwärmer für die Anwärmung des Kesselspeisewassers
bestehen häufig aus liegenden Heizröhrenkesseln, welche ohne eigene Feuerung nur
von den abgehenden Feuergasen des Kessels beheizt werden. Die abziehenden Feuergase
strömen hierbei genau wie bei den Heizröhrenkesseln durch die Feuerrohre des Vorwärmers.
Es ist bekannt, bei liegenden Heizröhrenkesseln in die etwas erweiterten Heizröhren
noch Überhitzerrohre einzubauen
und den Kesseldampf zu überhitzen.
Dieses wird viel bei Lokomotiv- und Lokomobilkesseln ausgeführt und hat sich, da
für den Überhitzer kein besonderer Platz beansprucht wird, gut bewährt.
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In neuerer Zeit wird besonders viel Wert auf höchste Dampfdrücke gelegt.
Diese höheren Dampfdrücke besitzen aber auch eine höhere Sattdampftemperatur, und
es muß aus diesem Grunde die Temperatur der von dem - Kessel abgehenden Heizgase
eine höhere sein, als es bei den Kesseln mit niedrigerem Dampfdruck und geringerer
Sattdampftemperatur der Fall war. Die Vorteile des höheren Dampfdruckes werden daher
etwas vermindert, selbst wenn die abziehenden Heizgase noch in einem- meist liegenden
Speisewasservorwärmer möglichst ausgenutzt werden. Der Wärmeauftrieb der Heizgase
veranlaßt bekanntlich ein ungleichmäßiges Durchströmen von Heizröhrenbündeln in
der Weise, daß die oberen Rohre von weit mehr und wärmeren Heizgasen durchströmt
werden als die unteren Rohre. Die Wärmeabgabe der Heizgase ist also in den oberen
Rohrreihen erheblich größer und nimmt mit tieferer Lage dauernd ab. Die Folge ist
eine ungleichmäßige Temperatur der von dem Vorwärmer abströmenden Heizgase und eine
unvollkommene Ausnutzung der Heizgaswärme.
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Die Erfindung will nun die Übertragung der Heizgaswärme in der senkrechten
Richtung der Rohrbündel vermehren und möglichst ausgleichen, dadurch, daß bei Verbundmaschinen
kälterer Abdampf der Hochdruckstufe durch die oberen Rohrreihen geführt und überhitzt
wird. Durch die unteren Rohrreihen wird der heißere Kesseldampf geführt und überhitzt.
Die gewollte gleichmäßige Ausnutzung der Heizgase wird noch dadurch verstärkt, daß
der obere, kältere Abdampf eine geringere Dampfdichte hat und daher bei derselben
Dampfmenge einen größeren Überhitzerquerschnitt erfordert als der untere, wärmere
Kesseldampf von höherer Spannung. Hierdurch wird der freie Querschnitt und die Heizgasmenge
in den oberen Rohrreihen vermindert und in den unteren Rohrreihen vergrößert und
vermehrt.
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Es werden in den einzelnen Rohren oben geringere Heizgasmengen bei
größerer Temperaturdifferenz und unten größere Heizgasmengen bei kleinerer Temperaturdifferenz
ausgenutzt, so daß die Gesamtwärmeausnutzung der Feuergase von den oberen bis zu
den unteren Rohrreihen fast gleichmäßig erfolgt.
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Wird ein ganz hoher Kesseldampfdruck angewandt und ist infolgedessen
eine Mehrfachexpansionsmaschine vorzusehen, so ist es untunlich und kaum ausführbar,
den Vorwärmer mit dem hohen Kesseldampfdruck zu betreiben. Es würden dann die Wandstärken
des Mantels bei größeren Anlagen kaum in ausführbaren Grenzen zu beschaffen sein.
Die Anwendung der Erfindung ist auch in diesem Falle von großem Vorteil, da dann
z. B. der wärmere Abdampf der Hochdruckstufe unten und der kältere Abdampf der Mitteldruckstufe
oben durch das Rohrbündel geführt wird. Der Kesseldampf wird nun durch einen gesonderten
Kleinrohrüberhitzer in bekannter Art, etwa zwischen Kessel und Vorwärmer liegend,
geführt und überhitzt. Der Vorwärmer ist zwischen die Expansionsstufen der Anlage
geschaltet und kann auch, wie bekannt, zu einem Wärmespeicher umgebildet sein, welcher
außer der Wärmeübertragung durch die Heizgase auch noch von überschüssigem Abdampf
beheizt wird.
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In den Abb. r und a sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Abb. x zeigt einen Vorwärmer mit Heizröhrenbündeln, von welchem nur die vier mittelstenHeizrohre
dargestellt sind. Die Heizrohre hl liegen etwa von der Mitte des Vorwärmers v nach
unten und nehmen die Überhitzerröhren u für den Kesseldampf auf. Die Heizrohre h
füllen den nach oben liegenden Teil des Vorwärmers v aus und enthalten die Überhitzerrohre
z für den Abdampf des nicht gezeichneten Hochdruckzylinders. Die. Rohre z haben
erheblich größeren Durchmesser als die Rohre z e; infolgedessen ist der freie Querschnitt
in den Heizröhren h geringer als in den Röhren hl, und die Rohre hl nehmen eine
größere Heizgasmenge auf. Der von dem beliebigen Höchstdruckkessel a kommende Dampf
tritt in der Pfeilrichtung in das Sammelrohr in ein, durchzieht die Uberhitzerrohre
ii und wird von dem Sammelrohr n überhitzt dem nicht dargestellten, aber in der
Nähe liegenden Hochdruckzylinder zugeführt. Der Abdampf dieses Zylinders mit erheblich
größerem Volumen tritt nun in die beliebig geformte Sammelkammer o in der Pfeilrichtung
ein, strömt von hier aus durch die oberen, weiteren Überhitzerröhren z zur Sammelkammer
P und von hier aus zu dem nicht dargestellten, aber in der Nähe befindlichen Niederdruckzylinder.
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Die Feuergase, von dem Kessel a kommend, durchströmen in der Pfeilrichtung
b die Heizröhren des liegenden Vorwärmers v. Die Heizgase würden, dem Auftrieb der
Wärme folgend, vornehmlich die oberen Heizröhren h durchströmen und wenig durch
die unteren Heizröhren hl des Rohrbündels geführt werden. Eine unvollkommene und
ungleiche Wärmeausnutzung der Heizgase wäre die Folge, wenn nicht die in den Heizröhren
liegenden Überhitzer dieseNachteile beseitigen würden. Die ungleiche, oben geringere
Temperatur des Dampfes in den Überhitzern sowie der notwendige größere OOuerschnitt
für den oberen Überhitzer sind wesentliche Merkmale der Erfindung. Die in Richtung
b (Abb. a) einströmenden Heizgase werden durch den verminderten Durchströmungsquerschnitt
gezwungen,
mehr in die unteren Rohre hl einzuströmen, und werden hierdurch gleichmäßiger auf
alle Feuerrohre verteilt; oben kann sogar eine geringere Heizgasmenge durch jedes
Feuerrohr strömen als unten. Die Temperaturdifferenz zwischen Heizgasen und Dampf
ist in den oberen Heizröhren h größer als in den unteren Röhren hl. Es ist hierdurch
die möglichst vollkommenste Ausnutzung der Heizgase vorhanden.
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Im allgemeinen wird man bis etwa 3o Atm> Kesseldruck nur zweifache
Expansion anwenden und den Vorwärmer v in die Druckleitung von der Speisepumpe zum
Kessel einschalten. Es kann hierbei das Speisewasser etwa bei c (Abb. i) in den
Vorwärmer eingeführt und bei d entnommen werden. Sind höhere Kesseldrücke bei etwa
dreifacher Expansion des Dampfes vorhanden, so wird der Überhitzer für den Kesseldampf
auf bekannte Weise in den Raum bei Pfeil b zwischen Kessel a und Vorwärmer
v gelegt. Der untere Überhitzer it wird zur Nachüberhitzung des Abdampfes der Hochdruckstufe
und der obere Uberhitzer z zur Nachüberhitzung des Abdampfes der Mitteldruckstufe
verwendet. Der Abdampf der Hochdruckstufe wird dann bei m (Abb. i) eingeführt
und bei n überhitzt entnommen, während der Abdampf der Mitteldruckstufe bei
o (Abb. i) eingeführt und bei p überhitzt entnommen wird. Der ganze Vorwärmer v
ist hierbei, wie bekannt, nur zwischen die Expansionsstufen der Dampfanlage geschaltet.
Eine Zusammenlagerung des Kessels a, des Vorwärmers v mit den Maschinenteilen ist
zu erstreben und z. B. durch Lokomobilen und Lokomotiven bekannt.
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Statt einer Gruppe von kleineren Röhren, wie sie der Abb. i zugrunde
liegt, können auch zwei Flammrohre, wie sie bei den Flammrohrkesseln üblich sind,
nach Abb. 2 genommen werden. In den Flammrohren können Überhitzerspiralen z1 und
ttl statt der Überhitzerrohre nach Abb. i angebracht werden. Die Spiralrohre verlegen
den Heizgasen den Weg immerwährend und veranlassen ein gewundenes Durchströmen der
Heizgase und fortwährend eine neue Stoßwirkung. Die Querschnitte der Flammrohre
h2 und h3 sowie der Überhitzerrohre o1, P1, ml und n1 haben genau die Bedeutung
wie die gleichen Buchstaben in der Abb. i. Es sind aber nur zwei oder höchstens
vier übereinanderliegende Heizrohre vorhanden, deren obere Überhitzer z1 geringeren
Druck, Dampftemperatur und freien Querschnitt für den Durchtritt der Feuergase haben
als die unteren Überhitzer u1.
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Der Vorwärmer v (Abb. i) und v1 (Abb. 2) kann für den Fall der Zwischenschaltung
bei dreifacher Expansion als bekannter Wärmespeicher mit den beschriebenen N achüberhitzereinrichtungen
bei Vergrößerung des Vorwärmermantels v und v1 und Bildung eines Wasserspiegels
w (Abb. 2) mit kleinem Dampfraum y ausgebildet sein. Die periodenweise Zuführung
von Abdampf zur Speicherung kann durch eine Rohrleitung r erfolgen. Es ist hierdurch
eine wärmewirtschaftliche Steigerung möglich, welche die den Lrberhitzern nach der
Erfindung zugrunde liegende Verbesserung der Ausnutzung der Heizgase noch durch
die Speicherung von Abfalldampf vervollkommnet.
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Alle bekannten Heizröhrenüberhitzer können nach der Erfindung verbessert
werden. Namentlich kann, wenn die ganze Anordnung der Maschinenlage es zuläßt, der
Dampf auf der einen Vonwärmerseite bei o und na in die Überhitzer eingeführt
werden und hinter dem Vorwärmer der Austritt des überhitzten Dampfes und n stattfinden.
Die Umkehrung des Dampfes innerhalb der Überhitzerrohre ist dann vermieden.
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Die hier genannten Dampfmaschinenstufen können natürlich auch durch
Dampfturbinenstufen ersetzt werden.