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Verfahren zur Verhinderung des Verbrennens des Dampfüberhitzers bei
mit Überhitzung arbeitenden Kesselanlagen schwankender Belastung Bei mit Dampfüberhitzung
arbeitenden Kesselanlagen schwankender Belastung, bei welchen die Kessel in Zeiten
normalen Dampfverbrauches mit Wasser von Vorwärmertemperatur gespeist werden, während
sie in Zeiten von Spitzenbelastung aufgespeichertes Wasser von Kesseltemperatur
verdampfen, das in Zeiten geringer Belastung im Kessel selbst gesammelt und erhitzt
wird, kann es vorkommen, daß bei auf längere Zeit sich erstreckender sehr geringer
Dampfentnahme der Überhitzer zu heiß wird und verbrennt, weil zuwenig Dampf durch
denselben hindurchgeht. Bei Kesselanlagen, die dauernd und gleichmäßig aus einem
Heißwasserspeicher gespeist werden, dessen Wasser durch Kesseldampf erhitzt und
dauernd durch den zugeführten Wassermengen entsprechende Dampfmengen auf gleicher
Temperatur gehalten wird, so daß die Belastungsschwankungen der Kessel auf diesem
Wege ausgeglichen werden, ergibt sich bei vorhandenem Überhitzer die Sicherung desselben
gegen Verbrennung ohne weiteres, da man dabei den Heizdampf für den Speicher einfach
nur ganz oder teilweise hinter dem Überhitzer zu entnehmen braucht. Bei selbst als
Speicher wirkenden Großspeiseraumkesseln dagegen, bei welchen in Zeiten geringer
Belastung der Druck dadurch konstant gehalten wird, daß die überschüssige Feuerungswärme
im Kessel selbst durch Zuführung und Erhitzung der aufzuspeichernden großen Wassermengen
gebunden, die Entwicklung überschüssigen Dampfes also verhindert wird, ist dieser
Weg 'nicht gangbar. Um auch bei Anlagen dieser Art der Verbrennung des Überhitzers
bei längerer Dauer sehr geringen Dampfverbrauches vorzubeugen, geht man erfindungsgemäß
in der Weise vor, daß man durch die vermehrte Kesselspeisung nur einen Teil der
überschüssigen Feuerungswärme im Kessel bindet, also nur einen Teil des überschüssigen
Dampfes darin niederschlägt, den anderen Teil des letzteren aber sich entwickeln
läßt und die von den Verbrauchern nicht in Anspruch genommenen Dampfmengen dazu
benutzt, die im Kessel aufzuspeichernden überschüssigen Wassermengen außerhalb des
Kessels in einem hinter dem Überhitzer angeschlossenen Vorwärmer vorzuwärmen. Es
findet also erfindungsgemäß eine Verschiebung der Niederschläge eines Teiles des
überschüssigen Dampfes bzw. der Bindung der überschüssigen Wärme statt, durch welche
ein vermehrter Dampfdurchgang durch den Überhitzer besonders herbeigeführt wird.
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In der Zeichnung sind in Abb. z die sich dabei ergebenden Vorgänge
an Hand eines Diagrammes dargestellt.
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Die Linie L bezeichnet die mittlere normale Dampferzeugung, die Kurve
$ den Verbrauch. Sinkt dieser Verbrauch, wie in der Zeit A-B angedeutet, nicht wesentlich
unter den normalen Verbrauch, so daß den Überhitzer noch genügende Dampfmengen durchströmen,
so wird, wie üblich, die durch die einfach schraffierten Täler der Verbrauchskurve
angedeutete überschüssige Dampfmenge wie bisher durch die
vermehrte
Kaltspeisung im Kessel niedergeschlagen. Sinkt aber, z. B. in der Zeit B-C, der
Dampfverbrauch in für .den Überhitzer nachteiligem Maße, so wird ein Teil des in
größeren Mengen zugeführten Speisewassers, das bisher lediglich die Temperatur des
beispielsweise im Rauchgasvorwärmer normal vorgewärmten Wassers hatte, durch hinter
dem Überhitzer entnommenen überhitzten Dampf auf eine höhere Temperatur gebracht,
so daß einerseits die Dampfentnahme künstlich erhöht wird, andererseits aber im
Kessel nur noch ein durch die untere gleichfalls schraffierte Fläche der Verbrauchskurve
angedeuteter Teil des für die Verbraucher überschüssigen Dampfes niedergeschlagen,
die entsprechende Wärmemenge der Feuerung also im Kessel gebunden zu werden braucht,
während der übrige Teil der Feuerungswärme für die Entwicklung der durch die gekreuzt
schraffierte Fläche angedeuteten Dampfmengen nutzbar gemacht wird, welche den in
dem Vorwärmer nachträglich niedergeschlagenen Dampfmengen entsprechen.
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Bei der Durchführung des Verfahrens kann man in verschiedener Weise
vorgehen, indem man entweder den mit schwankender Dampfentnahme schwankenden Druckabfall
im Überhitzer dazu benutzt, die Wirkung eines ständig mit überhitztem Dampf arbeitenden
Speisewasservorwärmers so zu steigern oder zu vermindern, daß bei geringerem Dampfbedarf
der Verbraucher die vom Vorwärmer niedergeschlagenen Dampfmengen vermehrt, bei großem
Bedarf der Dampfverbraucher aber bis auf Null herabgemindert werden, oder aber indem
man nur bei unzulässig geringer Dampfentnahme durch die Verbraucher überhitzten
Dampf über einen besonderen Hilfsvorwärmer leitet und dort niederschlägt.
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In Abb. 2 bis 3 sind als Beispiele zwei Anlagen zur Durchführung der
Erfindung dargestellt, von denen diejenige der Abb. 2 auf der Ausnutzung des schwankenden
Druckabfalles im Überhitzer beruht, während die der Abb. 3 mit einem Hilfsvorwärmer
arbeitet.
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Gemäß Abb. 2 ist oberhalb des mit Überhitzer U ausgestatteten Kessels
K ein Heizröhrenvorwärmer E angeordnet, dessen Röhrensystem einerseits an den Uberhitzer
und andererseits über ein Rückschlagventil R an den Wasserraum des Kessels angeschlossen
ist und in solcher Höhe liegt und selbst eine solche Höhe hat, daß der zum Druckausgleich
im Kreislauf erforderliche, vom Druckabfall im Überhitzer abhängige Kondenswasserstand
bei der zu erwartenden geringsten Kesselbelastung nur bis zum unteren Ende, bei
höchster Belastung aber bis zum oberen Ende des Röhrensystems reicht, während er
sich bei mittlerer Belastung in einer entsprechenden Mittelhöhe einstellt. Das Speisewasser
wird durch einen das Röhrensystem umgebenden Behälter hindurch nach Maßgabe der
Öffnung eines vom Dampfdruck gesteuerten, nur bei unter den normalen Druck heruntergehendem
Kesseldruck sich schließenden Ventils V zum Kessel geleitet.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Beim mittleren
Dampfverbrauch stellt sich in der mit Rückschlagventil R versehenen Verbindungsleitung
zwischen den Heizröhren des Vorwärmers E und dem Kessel die zum Ausgleich des auf
der Strecke Kessel-Überhitzer-Vorwärmer auftretenden Druckabfalles nötige Kondenswassersäule
in der gestrichelt angedeuteten mittleren Höhe des Heizröhrensystems ein, während
der Überschuß zum Kessel abfließt. Das Röhrensystem ist also nur im oberen Teil
frei von Wasser, so daß nur dieser Teil mit überhitztem Dampf in Berührung kommt
und zur Vorwärmung des Speisewassers auf angemessene Temperatur ausgenutzt wird,
wobei entsprechende Dampfmengen kondensiert werden und das Kondenswasser in den
Kessel abfließt. Steigt der Dampfverbrauch, so wird der Druckabfall zwischen Kessel
und Vorwärmer größer, das Ventil V beginnt zu schließen, bis es bei Erreichung der
Höchstleistung ganz geschlossen ist. Die Speisewasserzufuhr wird also entsprechend
vermindert bzw. ganz eingestellt. Gleichzeitig aber steigt der Kondenswasserstand
in den Heizröhren des Vorwärmers, so daß die wirksame Heizfläche mehr und mehr beschränkt
und schließlich ganz von Wasser bedeckt wird, so daß dem außen befindlichen Wasser
Wärme in nennenswertem Maße nicht mehr zugeführt wird. Sinkt dagegen der Dampfverbrauch,
so wird der Druckabfall zwischen Kessel und Vorwärmer kleiner, und die Kondenswassersäule
stellt sich bei geringstem Verbrauch so tief ein, daß das ganze Röhrensystem freigelegt
wird. Gleichzeitig hat das Ventil V mehr und mehr geöffnet, so daß die Speisewasserzufuhr
in entsprechendem Maße zwecks Auffüllung des Kessels verstärkt wird. Die an der
ganzen Heizfläche des Vorwärrners vorbeistreichenden großen Wassermengen werden
dabei wiederum angemessen vorgewärmt und bringen entsprechende Dampfmengen im Heizröhrensystem
zur Kondensierung, so daß nunmehr trotz geringer Dampfentnahme durch die Verbraucher
genügende Dampfmengen durch den Überhitzer gehen, um eine Gefährdung desselben auszuschließen.
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Bei der Anlage nach Abb. 3 erfolgt die normale Speisung des Kessels
K in bekannter Weise durch die Pumpe P über den Rä.uchgasvorwärmer El. In der Verbindungsleitung
zwischen diesem und dem Kessel ist ein Regelventil V' eingebaut, das vom Dampfdruck
in der Weise gesteuert wird; daß es bei unternormalem Druck schließt. Eine von der
gleichen Leitung zwischen dem Ventil V' und dem Vorwärmer El ausgehende Leitung
L' führt zu einem Sammel-
Behälter B. In die Leitung L'1 ist ein
Regelventil V2 eingebaut, welches vom Dampfdruck so gesteuert wird, daß es bei unternormalem
Druck öffnet. Der Sammelbehälter B steht über die Leitung L2 mit einem als Hilfsvorwärmer
dienenden Behälter E2 in Verbindung, der seinerseits durch eine mit: Pumpe P2 und
Regelventil V3 versehene Leitung L3 an den Wasserraum des Kessels angeschlossen
ist. Das Regelventil V3 wird gleichfalls durch den Dampfdruck gesteuert, und zwar
in der Weise, daß es bei Überdruck öffnet. In den Hilfsvorwärmer E2 führt außerdem
eine hinter dem Überhitzer-U abgezweigte Dampfleitung L4, in welche ein vom Dampfdruck
gesteuertes Ventil V4 eingebaut ist welches öffnet, wenn der Kesselüberdruck eine
gewisse Höhe erreicht.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Bei normalem Dampfverbrauch ist lediglich
das Ventil V1 offen, das bei zunehmendem Verbrauch mehr und mehr schließt und bei
Spitzenleistung ganz geschlossen ist, wobei das von der Pumpe P1 geförderte, nicht
zum Kessel gelangende Wasser über das in entsprechendem Maße öffnende Ventil V2
in den Sammelbehälter B gelangt, so daß für die Verdampfung die in dem Großspeiseraum
des Kessels vorhandenen Wasservorräte herangezogen werden. Sinkt dagegen der Dampfverbrauch,
so bleibt das Ventil V2 zu, Vl dagegenoffen, und gleichzeitig öffnet sich das Ventil
V3, so daß vorgewärmtes Wasser durch die Pumpe P2 aus dem Vorwärmer E2 bzw. dem
Sammelbehälter B entnommen und gleichzeitig mit dem von der Pumpe P geförderten
Wasser dem Kessel zugeführt wird. Ist dabei die Dampfentnahme so gering, daß der
Überhitzer U gefährdet ist, so öffnet das auf entsprechenden Dampfdruck ansprechende
Ventil V4 ebenfalls, so daß jetzt überhitzter Dampf in das den Behälter E2 durchströmende
Speisewasser eingeblasen und dort kondensiert wird, so daß der Dampfdurchgang durch
den Überhitzer entsprechend vermehrt wird.
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Das Speisewasser kann dem Hilfsvorwärmer E2 gegebenenfalls auch als
Frischwasser zugeführt werden, wobei das von dem Rauchgasvorwärmer El in Zeiten
von Spitzenleistung anfallende überschüssige Wasser anderwärts verwendet werden
kann, z. B. in einem den Behälter B ersetzenden Warmwasserspeicher. Auch kann man,
statt überhitzten Dampf in das Speisewasser einzublasen, das Speisewasser als Regen
durch den überhitzten Dampf durchführen. Auch kann man den Behälter E2 so hoch über
dem Kessel K aufstellen, daß die Pumpe P2 entbehrlich wird.