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Dampfkesselanlage für schwankende Dampflieferung. Gegenstand der Erfindung
ist eine Dampfkesselanlage für schwankende, Dampflieferung. Es ist bereits bekannt,
zum Ausgleich der Belastungsschwankungen bei Dampfanlagen sogenannte Entnahmespeicher
oder auch Gleichdruckspeicher anzuwenden. Die ersteren.- die sehr groß und teuer
sind, liefern bei gleichförmiger Speisung der Kesselanlage größere Mengen Zusatzdampf
mit schwankendem Druck, die letzteren, die kleiner und billiger als Entnahmespeicher
sind, können nur kleine Dampfmengen, allerdings von gleichbleibendem Druck mit stark
schwankender Speisewasserzufuhr ausgleichen. Die Kesselfeuerung wird bei beiden
Systemen von der Belastungsschwankung nicht berührt.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Vorteile
der beiden genannten Speicherarten vereinigt sind, indem sie gestattet, daß erhebliche
Spitzen in der Dampflieferung ohne erhebliche Änderung der Speisewasserzufuhr und
bei gleichem Druck des zu liefernden Dampfes ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck
besteht die Kesselanlage aus einem konstant beheizten Hauptkessel und einem mit
dem letzterendurch einen Wärmespeicher verbundenen Zusatzkessel, der eine eigene
Feuerung besitzt, die in weiten Grenzen entsprechend der Belastung geregelt werden
kann.
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In der Zeichnung ist in Abb. z ein Diagramm der zu leistenden Dampflieferung
dargestellt. Abb.2 zeigt schematisch die Anordnung der Dampfkesselanlage. In dem
Diagramm der Abb. i stellt die stark ausgezogene Kurve den Gesamtdampfverbrauch
einer Anläge dar, die Horizontale X den mittleren Dampfverbrauch, auf welchen die
Liefermenge der Speisepumpe eingestellt ist. Die Linie Z stellt die konstante Dampfleistung
des Hauptkessels dar. Die schraffierte Fläche unterhalb der Linie X ist also die
mittlere Belastung der Gesamtanlage, während der Teil oberhalb der Linie Z die Leistung
des Zusatzkessels darstellt. Die beiden Flächen überdecken sich also zwischen den
beiden Linien Z-X.
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Die in der Abb. 2 schematisch dargestellte Ausführungsform der Gesamtanlage
zeigt einen konstant geheizten Hauptkessela, der über einen Speicher b mit einem
regelbar und gesondert heizbaren Zusatzkessel c verbunden ist. Beide Kessel a und
c geben ihren Dampf mit gleichem Druck an einen Dampfverbraucher d, eine Turbine
mit getrennten Düsensegmenten e und f, ab, die auf die gleiche Hochdruckstufe der
Turbine arbeiten. Das Speisewasser wird dem Kessel a durch den Rauchgasvorwärmer
D von der Speisepumpe lt durch die Leitung! im ÜbeT-schuß zugeführt. Das überschußwasser
kann durch die Leitung k zum Speicher b und von hier durch die Leitung
L zum Zusatzkessel c überströmen. Der Anschluß des Rohres h an den Kessel
a ist so gelegt, daß er unter dessen mittlerem Wasserstand liegt. In der
Leitung k ist ein Durchfluß- und Absperrorgan m angeordnet, dessen Einstellung
von
dem Wasserstand des Hauptkessels a beeinflußt wird. In der Leitung k ist vor dem
Speicher b noch ein Rückschlagventü n angeordnet, welches ein Zurückströmen
von Wasser aus dem Speicher b in den Kessel a verhindert. Der Wasserstand
im Hauptkessel ist wenigstens so hoch wie der höchste Wasserstand im Speicher. Es
kann also gegebenenfalls auch auf das Rückschlagventil n verzichtet werden. In _jedem
Falle muß die Gewähr gegeben sein, daß das Überschußwasser des Hauptkessels a nach
dem Speicher und damit nach dem Zusatzkessel abfließen kann, während ein Rückwärtsströmen
nicht eintreten darf.
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Der höchste Wasserstand im Zusatzkessel kann nie höher liegen als
der zulässige höchste Wasserstand im Hauptkessel. Damit der Dampf des Zusatzkessels
trocken ist, muß der Kessel über dem höchsten Wasserstand noch einen genügend hohen
Dampfraum haben. Die in der Abb. z dargestellten strichpunktierten Leitungen zwischen
dem .Düsenkasten f und dem Kessel zeigen die Steuerleitungen zur Feuerungsanlage
des Zusatzkessels.
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Die Betriebsweise der Kesselanlage ist folgende: Der Hauptkessel,
a wird mit der gesamten Wassermenge gespeist, die dem mittleren stündlichen Dampfverbrauch
eines bestimmten Zeitabschnittes entspricht. Diese Wassermenge wird von der Eintrittstemperatur
am Speisestutzen auf Sattdampftemperatur gebracht, die erzeugte Dampfmenge je-doch
ist um einen bestimmten Hundertsatz kleiner als die vom Betriebe benötigte mttlere
Dampfmenge. Die Speisevorrichtung läuft gleichmäßig durch, so daß dauernd praktisch
die gleiche Wassermenge gespeist wird und somit auch durch den etwa vorhandenen
Rauchgasvorwärmer fließt, so daß Wasserschläge durch Dampfbildung, die bei unregelmäßiger
Speisung vorkommen, ausgeschlossen sind.
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Die Hauptanlage, Hauptkessel genannt, liefert beispielsweise eine
Dampfmenge, die io Prozent unter der mittleren liegt. Deckt sich die augenblickliche
Belastung des Werkes mit dieser Lieferung, se tritt nur der i oprozentige Speisewasserüberschuß
als hocherhitztes Wasser in den Speicher b und damit in den dauernd mit ihm verbundenen
Zusatzkessel, c. Der Übertritt von Heißwasser aus dein Hauptkessel zum Speicher
ist vom Wasserstand im Hauptkessel abhängig gemacht. Ein gefährliches Absinken des
Wasserstandes in dem Hauptkessel ist also unmöglich. Sinkt die Belastung wesentlich
unter die vorgesehene Leistung des Hauptkessels, so muß die Speisung gedrosselt
werden, wenn der Zusatzkessel genügend hoch gespeist ist. Steigt die Belastung,
so wird die Dampferzeugungsfähigkeit des Hauptkessels überschritten. Für gesteigerte
Leistung wird der Zusatzkessel herangezogen, der sofort betriebsbereit ist. Dieser
Zusatzkessel erhält vom Speicher ausschließlich auf Dampftemperatur vorgewärmtes
'Wasser. Die ganze von seiner Feuerung nutzbar gemachte Wärme wird daher sofort
zur unmittelbaren Dampfbildung und nicht erst zur Wasseranwärmung verwendet. Praktisch
stellt deT Zusatzkessel zugleich einen Teil des Speichers dar; es wird daher in
vielen Fällen der Speicher als ein einfaches überströmrohr ausgebildet sein, ähnlich
wie Dampfmaschinenbau der Aufnehmer zwischen Hochdruck- und Niederdruckzylinder
in den meisten Fällen zu einem überströmrohr zusammengeschrumpft ist.
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Die Feuerung des Hauptkessels ist so bemessen, daß sie bei der gewählten
gleichförmigen Belastung mit besfem Wirk= gsbgrad arbeitet, wobei der für das Werk
billigste Brennstoff verfeuert wird. Unter billigstem Brennstoff ist der Brennstoff
verstanden, bei dem die ausgenutzte Kalorie am billigsten. ist, also keineswegs
immer ein minderwertiger, oft sogar ein besonders hochwertiger. Der Brennstoff kann
fest, flüssig, gas- oder staubförmig sein.
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Der 'Zusatzkessel wird zweckmäßig nicht dhrrch festen, sondern durch
flüssigen, gas-oder staubförmigen Brennstoff beheizt. Sehr geeignet wird für ihn
auch. die flammenloses Verbrennung sein. Durch Zu-und Abschalten von Brennern gemäß
dem Dampfverbrauch wird die Dampfleistung des Zusatzkessels abgestuft.
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Sobald der Dampfbedarf der Anlage die Leistungsfähigkeit des Hauptkessels
übersteigt, wird ein kleiner Druckabfall in der der Gesamtkesselanlage gemeinsamen
Verbrauchsstelle oder Rohrleitung auftreten. Dieser Impuls oder beispielsweise die
Strömungsgeschwindigkeit in der Hauptleitung bzw. Verbrauchsstelle, auf die Haupt-
undi Zusatzkessel arbeiten, dient dazu, die entsprechende Dampflieferung von (lern
vereinigten Satz, Speicher und Zusatzkessel, einzuleiten. Durch diesen Impuls wird
der Zug des Zusatzkessels entsprechend geöffnet und der erste Brenner zur Wirkung
gebracht. Falls eine kleine Zündflamme nicht dauernd brennt, kann auch die erste
Zündung durch den erwähnten Impuls eingeleitet werden, beispielsweise durch ehren
Flammbogen. Bemißt man, was in der Praxis die Regel sein wird, die Hauptkesselanlage
genügend weit unter dem mittleren Dampfverbrauch, so wird am Zusatzkessel ständig
wenigstens ein Brenner im Betrieb sein, während die anderen Brenner entsprechend
der Belastung unter, gleichzeitiger entsprechender
Änderung des
Kesselzuges zu-und abgeschaltet werden.
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Bei vermindertem Dampfverbrauch und damit verbundener Drucksteigerung
in der Leitung oder an der Verbrauchsstelle werden die Brenner der Feuerung am Zusatzkessel
in der umgekehrten Reihenfolge abgestoppt, es wird also zuerst der letzte Zusatzbrenner
geschlossen und so fort. Schließlich kann auch das Brennstoffzuflußorgan gedrosselt
oder geschlossen werden, das am Zusatzkessel für die Erreichung der Grundlast nötig
ist. Unter Grundlast des Zusatzkessels ist dabei der Teil der Gesamtleistung verstanden,
mit der der Hauptkessel planmäßig unter der Mittellast bleibt.
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Die Regelventile für die Brenner und der Zug werden also von der Belastung
der Anlage gesteuert. Sofern die Steuerung noch von einem anderen Impuls betätigt
wird, muß sie so eingerichtet sein, daß eine Verriegelung bei konstantem Kesseldruck
nicht eintritt, damit während dieser Zeit der andere Impuls wirken kann.
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Der Speicherinhalt bei dem beschriebenen Verfahren bestimmt sich wie
folgt: Es muß eine Wassermenge entsprechend der größten algebraischen Summe der
während eines bestimmten Zeitabschnittes auftretenden überschuß- und Unterschußflächen
gegenüber der mittleren Lalt gespeist werden. Zweckmäßig wird man noch einen kleinen
Sicherheitszuschlag für den Speicher machen. Die Abhitze des Zusatzkessels kann
in der Hauptkesselanlage ausgenutzt werden. Sie kann aber auch beispielsweise zur
Vorwärmung der Verbrennungsluft oder - des Brennstoffes ausgenutzt werden.