DE537588C - Umwaelzdampferzeuger mit besonderen UEberhitzern fuer Umlaufdampf und Nutzdampf - Google Patents

Umwaelzdampferzeuger mit besonderen UEberhitzern fuer Umlaufdampf und Nutzdampf

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DE537588C
DE537588C DE1930537588D DE537588DD DE537588C DE 537588 C DE537588 C DE 537588C DE 1930537588 D DE1930537588 D DE 1930537588D DE 537588D D DE537588D D DE 537588DD DE 537588 C DE537588 C DE 537588C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22GSUPERHEATING OF STEAM
    • F22G3/00Steam superheaters characterised by constructional features; Details of component parts thereof
    • F22G3/008Protection of superheater elements, e.g. cooling superheater tubes during starting-up periods, water tube screens

Description

  • Umwälzdampferzeuger mit besonderen Überhitzern für Umlaufdampf und Nutzdampf Die Erfindung bezieht sich auf einen sogenannten Umwälzkessel, d. h. einen Dampferzeuger mit unbefeuertem Verdampfer, in welchem die Dampferzeugung dadurch erfolgt, daß ihm mittels einer Umwälzpumpe Sattdampf entnommen wird und dieser über einen Überhitzer in den Flüssigkeitsraum des Verdampfers eingeblasen wird. Bei dieser - Art der Dampferzeugung, welche nur für hohe Drücke in Betracht kommt, ist bei gegebenem Druck die Menge des umzuwälzenden Dampfes und damit die Leistung der Umwälzpumpe um so geringer, j e höher die Überhitzung ist. Da die Umwälzarbeit einen nicht unbeträchtlichen Verlust darstellt, ist es geboten, die Überhitzung möglichst hochzutreiben. Die zwangsläufige Beherrschung der Dampfgeschwindigkeit im Überhitzer mittels der Umlaufpumpe gestattet auch beisolchen Dampferzeugern ohne Gefährdung des Überhitzers mit der Dampftemperatur bis zu jener Grenze zu gehen, welche mit Rücksicht auf die Wandtemperatur der Überhitzerrohre noch zugelassen werden kann, denn durch Regeln der Umwälzpumpe kann die Überhitzung unabhängig von allen Schwankungen des Betriebes stets gleichbleibend gehalten werden. Soll auch der Nutzdampf dieselbe hohe Überhitzung erhalten, was für den Wirkungsgrad der Kraftmaschinen von Vorteil ist, so ergibt sich dieNotwendigkeit, auch bei diesem ein gelegentliches Überschreiten der zulässigen Temperatur - z. B. bei plötzlichem Sinken der Kesselbelastung - mit Sicherheit zu verhüten.
  • Aus diesem Grunde wurden derartige Dampferzeuger bisher stets so ausgeführt, daß sowohl der zur Dampferzeugung nötige Umlaufdampf als auch der Nutzdampf- von der Umwälzpumpe durch den Überhitzer gefördert wird und die Nutzdampfleitung von der Umlaufleitung hinter dem Überhitzer abgezweigt wird. Hierdurch wird erreicht, daß auch für den Nutzdampf die gleiche hohe Überhitzung wie für den Umlaufdampf mit Sicherheit beherrscht werden kann. Die Schwankungen der Belastung wirken sich dann als Druckschwankungen aus, welche durch die Feuerführung ausgeglichen werden. Diese Arbeitsweise hat aber den Nachteil, daß die Umwälzpumpe bedeutend mehr Arbeit leisten muß, als für die Dampferzeugung allein erforderlich ist. Es sind z. B. für die Erzeugung von z kg Wasserdampf bei 13o at 1,5 kg Umlaufdampf bei rund 500° C Dampftemperatur erforderlich, wenn das Speisewasser bis zur Sättigungstemperatur vorgewärmt ist. Da die Umwälzpumpe aber nicht nur diese 1,5 kg, sondern auch noch das erzeugte Kilogramm Nutzdampf durch den Überhitzer fördern muß, wird ihr Kraftbedarf um rund 65°/o größer als für die Dampferzeugung nötig wäre.
  • Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung dieses Verlustes bzw. Arbeitsaufwandes für die Förderung des Nutzdampfes bei gleichzeitiger Wahrung der Sicherheit gegen ein Überschreiten der zulässigen Überhitzung des Nutzdampfes durch zwangläufige Beherrschung der Dampfströmung. Es wird dies dadurch erreicht, daß in der bereits bekannten Anprdnung mit gesonderten Überhitzern für den Umlauf-. dampf und den Nutzdampf hinter dem Nutzdampfüberhitzer noch eine mit einem Rückschlagventil versehene Zweigleitung nach dem Flüssigkeitsraum des Verdampfers geführt wird und der gesamte erzeugte Dampf auch durch den Nutzdampfüberhitzer gepumpt werden kann. Eine solche Anlage gemäß der.Erfindung kann dann so betrieben werden, daß der Nutzdampf normalerweise, wenn die Überhitzung unter der zulässigen Grenze liegt, frei; d. h. ohne Aufwand von Umwälzarbeit, durdh den Überhitzer strömt und eine zwangsweise Förderung durch den Nutzdampfüberhitzer -nur dann einsetzt, wenn infolge plötzlicher Entlastung die Nutzdampfüberhitzung an die zulässige obere Grenze kommt. Die dann zum Niederhalten der Dampftemperatur durch den Nutzdampfüberhitzer gepumpte, den augenblicklichen Bedarf übersteigende Dampfmenge strömt durch die erwähnte Zweigleitung und das Rückschlagventil zum Verdampfer zurück. Sobald der Gleichgewichtszustand zwischen Dampferzeugung und Dampfbedarf wieder hergestellt ist, kann die zwangsweise Förderung durch den Nutzdampfüberhitzer wieder fortfallen. Die Überhitzer sind im Feuerraum bzw. den Rauchgaszügen des Kessels so angeordnet, daß sich bei dem vorgesehenen normalen Verhältnis zwischen Umlauf- und Nutzdampfmenge in beiden dieselbe Dampftemperatur (oder gegebenenfalls ein gewünschter Temperaturunterschied) ergibt.
  • Die Erfindung kann z. B. mit zwei Umwälzpumpen (je einer vor dem Nutzdampf- bzw. Umlaufdampfüberhitzer) ausgeführt werden. Die Umwälzpumpe für den Umlaufdampf wird dann in üblicher Weise nach Maßgabe seiner gleich zu haltenden Überhitzung geregelt, während die Umwälzpumpe für den Nutzdampf so geregelt wird, daß sie normalerweise leer oder nahezu leer läuft, also keine nennenswerte Arbeit für eine Förderung des Nutzdampfes zu leisten hat. Steigt aber infolge einer plötzlichen Lastsenkung die Temperatur des Nutzdampfes bis zur zulässigen Grenze, so wird die Drehzahl bzw. Fördermenge der Nutzdampfumwälzpumpe so weit gesteigert, daß die nötige Dampfmenge durch den Überhitzer geht; der Überschuß strömt dann durch die erwähnte Zweigleitung und das Rückschlagventil in den Flüssigkeitsraum des Verdampfers. Dieser Zustand dauert nur so lange, bis die Feuerung der geringen Belastung angepaßt ist. E's sinkt dann die Temperatur des Nutzdampfes, und die Nutzdampfumwälzpumpe wird so weit heruntergeregelt, daß sie nur noch leer läuft. Das Rückschlagventil in der Zweigleitung zum Verdampfer verhindert ein Überströmen von Dampf oder Wasser in die Nutzdampfleitung, wenn beim Leerlaufen der Umwälzpumpe der Druck in- der Nutzdampfleitung geringer als im Verdampfer ist.
  • Abb. i zeigt sinnbildlich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der unbefeuerte Verdampfer i wird von der Speisepumpe 2 gespeist. Der Sattdampf wird dem Verdampfer durch die Leitung 3 entnommen, an welche die Umwälzpumpen .4 und 5 für den Umlaufdampf bzw. den Nutzdampf angeschlossen sind. Erstere fördert den Umlaufdampf durch den Überhitzer 6 und die Leiturig 7 in den Flüssigkeitsraum des" Verdampfers. Der Nutzdampf geht durch den Übeihitzer 8 und die Frischdampfleitung g zu den Verbrauchern. Von der Leitung g -führt noch eine Zweigleitung =o, in welche ein @Rückschlagventil =i eingebaut ist, nach der Leitung 7 und somit zum Flüssigkeitsraum des Verdampfers.
  • Die Umwälzpumpen werden in der oben beschriebenen Weise geregelt. Der Leerlauf der Pumpe 5 kann durch eine verhältnismäßig geringe Drehzahlsenkung erreicht werden, wenn eine Kolbenpumpe mit selbsttätigen Ventilen oder eine Kreiselpumpe verwendet wird. Im ersteren Falle genügt es, die Drehzahl nur so weit zu vermindern, daß die Fördermenge etwas geringer als die verbrauchte Nutzdampfmenge wird. Es fällt dann der Druck hinter der Umwälzpumpe, die Saug- und Druckventile bleiben offen und der Dampf strömt frei durch dieselben, während der Kolben im Zylinder leer läuft. Im zweiten Falle ist auch nur eine verhältnismäßig geringe Drehzahlsenkung nötig, um die Arbeit der Pumpe auf ein ganz geringes Maß zu beschränken, da die Leistung einer Kreiselpumpe ungefähr mit der dritten Potenz der Drehzahl sinkt. Die Umwälzpumpe 5 ist infolgedessen stets in voller Bereitschaft, um im Falle einer Temperatursteigerung des Nutzdampfes sofort einzugreifen.
  • Das Regeln der Umwälzpumpe 5 kann auch selbsttätig (in bekannter Weise) - nach Maßgabe der Temperatur des Nutzdampfes oder der Wandungstemperatur des Überhitzers 8 erfolgen, was in Abb. i noch durch die gestrichelte Verbindung 12, angedeutet ist.
  • Die Erfindung bietet bei dieser Ausführung noch den weiteren Vorteil, daß es durch einfache Maßnahmen möglich ist, im Falle des Versagens -einer Umwälzpumpe auch ohne Ersatzpumpen den Kessel mit voller Sicherheit bei einer Teilleistung weiter in Betrieb zu halten. Abb. 2 zeigt eine solche Ausführung des Erfindungsgegenstandes. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Abb. i, doch ist hinter den Umwälzpumpen 4 und 5 noch eine Verbindungsleitung 13 mit Absperrventil 14 sowie vor den Umwälzpumpen noch je ein Absperrventil 15 und 16 angeordnet. Normalerweise ist Ventil 15 und 16 offen, Ventil 14 geschlossen, derBetrieb vollzieht sich dann genauso, wie oben einer Störung die eine Umwälzpumpe aus, so wird das zugehörige Ventil 15 oder 16 geschlossen und Ventil 1q. geöffnet. Die andere Pumpe fördert dann allein - den Dampf durch beide Überhitzer, welche bei dem normalen Verhältnis der Umlauf- und Nutzdampfmenge etwa gleichen Widerstand ergeben. Wird aus der Leitung 9 infolge einer Belastungsschwankung weniger Dampf entnommen als der eingestellten Leistung der Umwälzpumpe (und Feuerung) entspricht, so kann die Überhitzung des Nutzdampfes nicht zu hoch steigen, weil dann ein Teil des vom Überhitzer 8 kommenden Dampfes durch Leitung io in den Verdampfer geht, da wegen des Rückschlagventils ii der Druck hinter dem Überhitzer 8 nicht höher als hinter dem Überhitzer 6 werden kann.
  • Durch Anordnung je eines weiteren Ventils unmittelbar hinter den Um«,älzpumpen q. und 5 kann im Falle eines Versagens die betreffende Pumpe ganz gegen den Dampf abgesperrt und ohne Störung des Betriebes nachgesehen werden. Sind die beiden Umwälzpumpen nur für die ihnen bei Vollast zukommenden Dampfmengen bemessen, so kann z. B. bei den eingangs erwähnten Verhältnissen (Wasserdampf von 13o at Druck und 500' C Temperatur) der Kessel bei Ausfall der Pumpe 5 mit 6o °/o, bei Ausfall der Pumpe q. mit 4o l)/, der Volleistung weiterbetrieben werden. Wird Pumpe 5 gleich der Pumpe q. ausgeführt, so ist der Leistungsrückhalt in jedem Fall 6o"/,.
  • Um das gesonderte Regeln der beiden Umwälzpumpen zu vermeiden, sieht die Erfindung auch eine Anordnung mit gemeinsamem Antrieb der beiden U nwälzpumpen vor, deren Drehzahl und Förderleistung in diesem Fall in ein bestimmtes Verhältnis gebracht und lediglich in üblicher «'eise nach der Temperatur des Umlaufdampfes geregelt werden. Um die Umwälzpumpe für den Nutzdampf bei der normalen Überhitzung zu entlasten, ist diese durch eine Umgehungsleitung überbrückt; ein in diese eingebautes Ventil oder ein an der Abzweigungsstelle angeordnetes Drei`,vegventil sperrt aber den Durchgang .durch die Umgehungsleitung, sobald die Überhitzung des Nutzdampfes die zulässige obere Grenze erreicht. Die Nutzdampfumwälzpumpe fördert dann die nach Maßgabe des Umlaufdampfes nötige Nutzdampfmenge durch den Überhitzer, -und der Dampfüberschuß geht durch das Rückschlagventil der Zweigleitung zum Verdampfer.
  • Abb. 3 zeigt eine solche Anordnung. Die Umwälzpumpen q. und 5 haben einen gemeinsamen Antrieb, was durch die dünne Verbindungslinie angedeutet ist; dieser wird nach der Temperatur des Umlaufdampfes geregelt. Die Pumpe 5 ist durch die Umgehungsleitung 17 überbrückt, welche beim- Überschreiten der zulässigen Nutzdampftemperatur beispielsweise durch ein Ventil 18 abgesperrt wird. Die Regelmöglichkeit dieses Ventils nach Maßgabe der Überhitzung ist durch die gestrichelte Linie i9 angedeutet.
  • Beim Anwenden von Kolbenpumpen mit selbsttätigen Ventilen kann auch bei gemeinsamem Antrieb die Umgehungsleitung der Nutzdampfpumpe fortfallen. Die Nutzdampfpumpe ist dann so bemessen, daß ihre Fördermenge im Verhältnis zu jener der Umlaufdampfpumpe etwas kleiner ist als die Nutzdampfmenge im Verhältnis zur Umlaufmenge bei der vorgesehenen Überhitzung. Diese Anordnung ist in Abb. q. sinnbildlich dargestellt. Die Drehzahlen der beiden Kolbenpumpen q. und 5 sind - etwa durch eine gemeinsame Antriebswelle -in ein Zwangsverhältnis gebracht, was in der Zeichnung durch die dünne Verbindungslinie veranschaulicht ist. Die beiden Pumpen werden gemeinsam nach der Umlaufdampfüberhitzung geregelt, was durch die gestrichelte Linie 2o angedeutet wird. Da im Beharrungszustand bei dem einzuhaltenden Druck und der eingeregelten Überhitzung die entnommene Nutzdampfmenge etwas größer als die Fördermenge der Umwälzpumpe 5 ist, bleiben deren selbsttätige Ventile dauernd geöffnet, der Nutzdampf strömt frei durch die Pumpe, deren Kolben leer laufen. Infolgedessen ist auch der Druck in Leitung 9 geringer als in Leitung 7, das Rückschlagventil ii bleibt also geschlossen. Sinkt nun plötzlich die Dampfentnahme, so kann durch die Umwälzpumpe 5 aber nicht weniger Dampf durchgehen als ihrem Fördervolumen entspricht. Es wird also die entsprechende Dampfmenge auch weiter durch den Überhitzer 8 gefördert. Infolgedessen steigt der Druck in Leitung 9 und io, bis sich das Rückschlagventil ii öffnet; der Überschuß strömt dann durch Leitung 7 in den Verdampfer. Dieser Zastand dauert nur so lange, bis die Feuerregelung nachgekommen und das Gleichgewicht zwischen Dampferzeugung und Dampfentnahme wieder hergestellt ist. Die Umwälzpumpe 5 fällt dann wieder von selbst in den Leerlauf zurück.
  • Die Erfindung kann auch mit nur einer Umwälzpumpe ausgeführt werden, was beispielsweise in Abb. 5 sinnbildlich dargestellt ist. In diesem Falle ist die Umwälzpumpe q. in der Zuleitung des Umlaufüberhitzers 6 angeordnet, während in die Zuleitung 26 des Nutzdampfüberhitzers 8 ein Rückschlagventil a2 eingebaut ist. Vor den beiden Lberhitzern ist noch eine mittels eines Ventils 21 absperrbare Verbindungsleitung 25 angeordnet. Dieses Ventil ist normalerweise geschlossen, der Nutzdampf strömt frei durch das Rückschlagventi122 und den Überhitzer 8 in die Frischdampfleitung 9, wo der Druck dann niedriger als in der Umlaufleitung 7 sein muß, so daß das Rückschlagventil ii geschlossen bleibt. Sinkt nun die Dampfentnahme aus Leitung 9 so schnell, daß die Überhitzung des Nutzdampfes die zulässige obere Grenze erreicht, so wird das Venti12i geöffnet. Infolge des Druckunterschiedes vor und hinter der Umwälzpumpe q. schließt sich dann das Rückschlagventil22. Durch den Überhitzer 8 muß jetzt die dem vorgesehenen Mengenverhältnis zwischen Umlauf- und Nutzdampfmenge entsprechende Dampfmenge durchgehen und der Überschuß durch Leitung io und Rückschlagventil ii nach dem Verdampfer strömen, da die Widerstände oder Druckverluste in den beiden nebeneinander geschalteten und ähnlich angeordneten Überhitzern dann gleich werden können. Die durch den Überhitzer 8 strömende Dampfmenge kann nicht geringer als jenem Mengenverhältnis entsprechend werden, da infolge des Rückschlagventils ii der Druck in Leitung 9 nicht höher als in Leitung 7 sein kann.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Umwälzdampferzeuger mit Umwälzpumpe und besonderen Überhitzern für den Umlaufdampf und Nutzdampf, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Nutzdampfüberhitzer (8) eine mit einem Rückschlagventil (ii) o. dgl. versehene, zum Verdampfer führende Zweigleitung (io) angeordnet ist, um eine Umwälzung des Dampfes auch durch den Nutzdampfüberhitzer (8) zu ermöglichen.
  2. 2. Umwälzdampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Umwälzpumpe für den Umlaufdampf (q.) und den Nutzdampf (5) vorgesehen ist.
  3. 3. Umwälzdampferzeuger nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor den beiden Umwälzpumpen (q. und 5) je ein Absperrorgan (i5 und 16) eingebaut ist und unmittelbar hinter den Umwälzpumpen eine mit einem Absperrorgan (1q.) versehene Verbindungsleitung angeordnet ist. q..
  4. Umwälzdampferzeuger nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umwälzpumpen (q. und 5) einen gemeinsamen Antrieb erhalten und die Nutzdampfumwälzpumpe mit einer mit einem Absperrorgan (i8) versehenen Umgehungsleitung (i7) parallel geschaltet ist.
  5. 5. Umwälzdampferzeuger nach Anspruch x und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umwälzpumpen gemeinsam angetrieben werden und die Nutzdampfumwälzpumpe als Kolbenpumpe mit selbsttätigen Ventilen ausgeführt und so bemessen ist, daß ihr Fördervolumen etwas kleiner ist, als dem normalen Verhältnis der Nutzdampfmenge zur Umlaufdampfmenge entspricht.
  6. 6. Umwälzdampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung nur einer Umwälzpumpe (q.) diese vor dem Umlaufdampfüberhitzer (6) liegt und daß zwischen der Umwälzpumpe (q.) und den beiden Überhitzern (6,8) eine mit einem Absperrorgan (2i) versehene Verbindungsleitung (25) so@vie in der Zuleitung (26) des Nutzdampfüberhitzers ein Rückschlagventil (22) angeordnet ist.
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