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Verfahren zur mittelbaren Dampferzeugung durch überhitzten Heizdampf
Die Erfindung betrifft die mittelbareDampfer zeugung durch überhitzten Heizdampf,
der zwecks wiederholter Wärmeübertragung an den Verdampferinhalt abwechselnd durch
von außen beheizte überhitzerelemente und im Verdampfer liegende Heizelemente geleitet
wird. Die Erfindung bezweckt, das Verfahren, das nach einem bekannten Vorschlag
zur Dampferzeugung oder Erwärmung von Flüssigkeiten mittels einer offenen, ins Freie
ausmündenden Heizdampfleitung durchgeführt werden sollte, so zu vervollkommnen,
daß es in wirtschaftlicher Weise zur Erzeugung von Verbrauchsdampf, insbesondere
Hochdruckdampf, Anwendung finden kann. Das Wesen der Erfindung besteht demgemäß
darin, daß der Heizdampf von der letzten Stufe der Heizvorrichtung einer Verbrauchsstelle
(Maschine oder Wärmeaustauscher) zugeleitet wird, deren Betriebsdruck um mindestens
so viel niedriger ist als die Eintrittsspannung im ersten Heizelement, daß ein für
das Durchströmen sämtlicher Heizstufen ausreichendes Druckgefälle vorhanden ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Heizdampf dem mittelbar beheizten
Verdampfer entnommen. Bei einer Zweidruckdampfkraftanlage mit mittelbarer Hochdruckdampferzeugung
kann erfindungsgemäß der Heizdampf auch dem N iederdruckkessel entnommen und von
der letzten Heizstufe einer Verbrauchsstelle zugeleitet werden, deren Betriebsdruck
mindestens um das erforderliche Druckgefälle niedriger ist als der Druck des N iederdruckkessels.
Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, d'aß der Abdampf der Heizstufen
einer mittleren oder unteren Stufe der Maschinenanlage zugeführt wird, während der
mittelbar erzeugte Hochdruckdampf in der oberen Druckstufe der Anlage ausgenutzt
wird.
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Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Dampfkraftanlage ist in Abb.
i der Zeichnung dargestellt, die einen senkrechten Schnitt durch eine Schiff skesselanlage
zeigt. Abb.2 ist ein Schnitt nach Linie II-II der Abb. i. Abb. g zeigt eine abgeänderte
Ausführungsform einer Schiffskesselanlage im Längsschnitt. In Abb. 4 ist im Querschnitt
ein Ausführungsbeispiel einer stationären Kesselanlage dargestellt, bei welcher
der Heizdampf der mittelbar beheizten Hochdrucktrommel entnommen wird. Abb. 5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Lokomotive im Längsschnitt
und Abb. C das Schema einer abgeänderten Ausführungsform einer Zweidruckkesselanlage.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. i und 2 bezeichnet i den Zylinderkessel,
der zur Erzeugung von Niederdruckdampf dient, und 2 die Verdampfertrommel, in der
durch mittelbareBeheizungHochdruckdamp,f erzeugt wird.
Ferner bezeichnet
3 die Flammrohre des Zylinderkessels, .4 die Umkehrkammer, 5 Rauchrohre (die der
Deutlichkeit wegen in Abb. i nicht dargestellt sind) und 6 den Rauchfang. Die vom
Heizdampf durchströmten Heizstufen bestehen aus den Überhitzerelementen und den
mit ihnen abwechselnden Heizelementen. Bei dem gezeichneten Beispiel sind sechs
Heizstufen vorgesehen, von denen jede aus einem in der Umkehrkammer liegenden Überhitzerelement
8 und einem am Wasserraum der Verdampfertrommel2 liegenden Heizelement 9 besteht.
An das erste überhitzerelement ist eine mit dem Dampfraum des Zylinderkessels verbundene
Heizdampfzuleitung io angeschlossen, während von dein Heizelement 9 der letzten
Heizstufe eine Abdampfleitung i I für den Heizdampf aus der Verdampfertrommel2 nach
außen geführt ist. Die Verbindungsleitungen 12 zwischen einem Überhitzerelement
8 und dem zugehörigen Heizelement 9 sowie die Verbindungsleitungen 13 zwischen
einem Heizelement 9 und dem nächstfolgenden überhitzerelement 8 sind durch je eines
der Rauchrohre 5 hindurchgeführt. Der aus dem Kessel i entnommene Heizdampf strömt
also durch die Zuleitung io in das erste überhitzerelement 8, dann zu dem ersten
Heizelement 9 in der Verdampfertrommel2 und dann weiter abwechselnd durch ein Überhitzerelement
und ein Verdampferelement, bis er vom letzten V erdampferelement 9 durch die Abdampfleitung
i i zu einer Verbrauchsstelle geführt wird. An die Dampfzuleitung io -ist eine Speiseleitung
14 angeschlossen, durch die im Bedarfsfalle destilliertes Wasser in die erste Überhitzerstufe
8 eingeführt werden kann, um auf diese Weise Heizdampf in der ersten Heizstufe selbst
zu erzeugen. Dies geschieht zweckmäßig beim Anheizen des Kessels, solange der Niederdruckkessel
i noch keinen Heizdampf liefert. Um die Dampfbildung in den Heizstufen zu beschleunigen.,
wird das Heizsystem durch eine von der Abdampfleitung i i abzweigende Leitung 15
vorübergehend an einen Kondensator angeschlossen. Durch eine Speiseleitung 18 mit
Pumpe ig wird der Verdampfertrommel2 Speisewasser aus dem Niederdruckkessel i zugeführt.
Der in dem Verdampfer erzeugte Hochdruckdampf wird durch eine Leitung 2o in einen
in der Umkehrkammer des Zylinderkessels i angeordneten Überhitzer 21 geleitet, von
dem der überhitzte Hochdruckdampf durch eine Leitung 22 dem Zylinder 23 und von
diesem dem Zylinder 2q. einer zweistufigen Hochdruckmaschine zuströmt. Die Abdampfleitung
25 des Hochdruckzylinders 24 mündet in die von den Heizstufen kommende Heizdampfableitung
i i ein, so daß eine Mischung des Hochdruckabdampfes mit dem Heizdampf erfolgt.
Da die Temperatur des in der Trommel 2 mittelbar erzeugten Hochdruckdampfes wesentlich
über der Sattdampftemperatur des Heizdampfes liegt, so ist der in der Leitung ii
aus der Heizstufe abströmende Heizdampf noch überhitzt und infolgedessen der sich
aus dem Hochdruckabdampf und dem Heizdampf bildende Mischdampf zur Arbeitsleistung
in einer K iederdruckdampfmaschine geeignet. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
ist angenommen, daß der Mischdampf in den Zylindern 26 und 27 der ursprünglich vorhandenen
Maschinenanlage Arbeit leistet. Auf diese vorhandenen Zylinder 26, 27 sind die neuen
Hochdruckzylinder 23, 2q. aufgebaut. Die Eintrittsdampfspannung für die Zylinder
26, 27 wird gegenüber dem Betrieb vor dem Umbau herabgesetzt, so daß gegenüber der
Eintrittsspannung des Heizdampfes an der ersten Heizstufe, die ungefähr dem früheren
Betriebskesseldruck entspricht, ein ausreichendes Druckgefälle vorhanden ist, das
eine genügende Strömungsgeschwindigkeit durch die Heizstufen sichert.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 erfolgt die Erzeugung des Heizdampfes
ebenfalls in einem Zylinderkessel 28 finit Rauchrohren 29. Die Heizgasführung entspricht
etwa derjenigen eines Schiffskessels mit rückkehrender Flamme. Die Feuerung ist
aber nicht in Flammrohren, sondern in einem unterhalb des Kessels 28 liegenden besonderen
Feuerraum 3o angeordnet, der gegen den Kessel 28 durch eine Decke 31 abgeschlossen
ist. Die Feuergase ziehen in der Feuerung nach hinten in einen senkrechten Heizzug
32, der durch eine in die Umkehrkammer 33 eingezogene Querwand 34. gebildet ist,
durch den Heizzug 32 nach oben, dann durch die Umkehrkammer 33 in die Rauchrohre
29 und durch diese zum Rauchfang 35. Die mittelbar beheizte Dampferzeugungstrommel
2 liegt über dem vorderen Teil des Feuerraumes und ist gegen die unmittelbare Einwirkung
der Hitze des Feuerraumes durch eine Zwischendecke 36 geschützt. Die aufeinanderfölgenden
Heizstufen, von denen der Deutlichkeit wegen nur vier gezeichnet sind, bestehen
wieder je aus einem überhitzerelement und einem Heizelement. Die überhitzerelemente
38 sind als Strahlungsheizfläche an den Wandungen der Feuerung angeordnet. Die Heizelemente
39 können sich auch noch in der Längsrichtung der Trommel erstrecken, um die erforderliche
Heizfläche zu bieten. An das erste überhitzerelement 38 ist die Heizdampfzuleitung
4.o angeschlossen, durch die der im Kessel 28
erzeugte Heizdampf zugeleitet
wird. In die Heizdampfzuleitung 40 mündet eine Speiseleitung 4 i ein, um beim Anheizen
destilliertes
Wasser in das Heizelement der ersten Heizstufe. einleiten
und Heizdampf im L-berhitzer erzeugen zu können. Der Heizdampf durchströmt wieder
abwechselnd immer ein Überllitzerelenlent 38 und ein Heizelement 39, um vom letzten
Heizelenent durch die Heizdampfableitung .12 einer Verbrauchsstelle zugeführt zu
werden. Von der Abdampfleitung .t2 zweigt eine Leitung d.3 ab, durch die die Heizstufen
während des Anheizens mit einem Kondensator verbunden werden können. Der in der
Verdampfertrommel 2 mittelbar erzeugte Hochdruckdampf strömt durch eine Leitung
:I-. einem in dem Heizgaszug 32 angeordneten Überhitzer 45 zu und von diesem durch
eine Leitung 4.6 zur Verbrauchsstelle.
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Während bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Heizdampf
in einem besonderen --\Tiederdruckkessel erzeugt wird, wird bei dein in Abb. _1
dargestellten stationären Kessel der Heizdampf der mittelbar beheizten Hochdrucktrommel
2 entnommen, wie dies für andere Dampferzeugungsverfahreii bereits hekannt ist.
Die Trommel e liegt oberhalb der Feuerung, die als Düsenfeuerung (Kohlenstaub- oder
Ülfeuerung) ausgebildet ist. Der Brennraum .t8 bildet einen senkrechten Heizzug,
der am oberen Ende durch einen waagerechten Heizzug .49 mit einem zweiten senkrechten
Heizzug 5o in Verbindung stellt, in dem die Heizgase in der Richtung von oben nach
unten zum Fuchs ziehen. Die' in der Verdampfertrommel a liegenden Heizelemente 51
der Heizstufen wechseln wieder mit den von außen beheizten Ü berbitzerelementen
ab. Drei der dargestellten Überhitzerelemente, nämlich die Ü berhitzerelein.ente
52, sind als Strahlungsheizfläche an den Wänden des Feuerraumes angeordnet. In das
vierte Überhitzerelement sind die in bekannter Weise einen Schlackenkühlrost bildenden
Rohre 53 eingeschaltet, und das Ü berhitzerelement 54 der letzten Heizstufe ist
in dein waagerechten Heizzug d.9 angeordnet. Von dein letzten Heizelement 51 wird
der tleizdaiiipf zunächst durch einen im Heizgaszu- 5o liegenden Überhitzer 55 und
dann durch eine Leitung 56 zur Verbrauchsstelle geleitet. Um während des Anheizens
im Vberhitzer der Heizstufen Heizdampf erzeugen zu können, ist an die zum ersten
überhitzerelement 52 führende Heizdampfzuleitung 58 wieder eine Speiseleitung 59
und an die Heizdampfableitung 56 eine zu einem Kondensator führende Leitung 6o angeschlossen.
Der in der Verdampfertrommel2 erzeugte Hochdruckdampf strömt durch eine L eitcing
6 i zu einem im Heizgaszug 5o liegenden Überhitzer 62 und von diesem durch eine
Leitung 63 zur Verbrauchsstelle. Hinter dem Überhitzer 62 ist in dem Heizgaszug
5o noch ein Speisewasser vorwärmer 64. angeordnet, von dem aus das vorgewärmte Speisewasser
durch eine Leitung 65 der Verdampfertrommel 2 zugeführt wird.
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Die überhitzerelemente der Heizstufen sind, wie aus der vorstehenden
Erläuterung hervorgeht, verschiedenartig ausgebildet und angeordnet, und zwar im
wesentlichen so, daß die Überhitzerelemente, denen der Heizdampf höherer Spannung
zuströmt, dort liegen, wo die höchsten Brennraumtemperaturen herrschen, während
die folgenden überhitzereleinente entsprechend dein Spannungsabfall des Heizdampfes
beim Durchströmen der Heizstufen an Stellen niedrigerer Temperatur untergebracht
sind. Diese Anordnung ergibt den Vorteil, daß der Heizdampf, der die größte Dichte
hat, die der höchsten Temperatur ausgesetzten Überhitzerelemente durchströmt, so
daß diese wirksam gekühlt und vor Verbrennen geschützt sind. Selbstverständlich
muß man den vorliegenden Verhältnissen die Größe der Heizflächen der aufeinanderfolgenden
Heizstufen anpassen. In den schematischen Zeichnungen ist dieser Gesichtspunkt nicht
berücksichtigt; dies gilt für alle dargestellten Ausführungsformen.
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Bei der in Abb. 5 dargestellten Lokomotive wird der Heizdampf wieder
in einem besonderen Niederdruckkessel, und zwar in dem Langkessel 68 erzeugt,
unterhalb dessen die Verdampfertrommel 2 angeordnet ist. Die Überhitzerelemente
69 der Heizstufen, die mit den in der Verdampfertrommel2 liegenden Heizelementen
7o abwechseln, erstrecken sich durch ein an Stelle der sonst üblichen Rauchrohre
vorgesehenes weiteres Rohr 71 bis in die Feuerkiste 72. Der Heizdampf wird vom Dampfdom
73 durch eine Leitung 74 dem Überhitzerelement 69 der ersten Heizstufe und vom Heizelement
7o der letzten Heizstufe durch eine Leitung 75 dem Niederdruckzylinder 76 der Lokomotivmaschine
zugeführt. An die Heizdampfzuleitung 74 ist wieder eine Speiseleitung 78 und an
die Heizdampfableitung 75 eine Zweigleitung 79 angeschlossen, durch die der Heizdampf
während des Anheizens ins Freie ausströmen kann. Der in der Verdainpfertrommel2
erzeugte Hochdruckdampf wird durch eine Leitung So einem im Rohr 71 und der Feuerkiste
72 liegenden überhitzer 8 1 und von diesem durch eine Leitung 82 dein Hochdruckzylinder
83 zugeführt. Der Abdampf des Hochdruckzylinders strömt durch eine Leitung 8..1
zur Heizdampfableitung 75, um sich vor dem Eintritt in den N iederdruckzvlinder
76 mit dem Heizdampf zu mischen.
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Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach Abb..l, bei welchem der
mittelbar beheizten Kesseltrommel nur ein Teil des Hochdruckdampfes
als
Heizdampf für die Heizstufen entnommen wird, während der andere (größere) Teil des
Hochdruckdampfes nach vorheriger Überhitzung unmittelbar zur Maschine geleitet wird,
durchströmt bei der Ausführungsform nach Abb. 6 der gesamte in der Kesseltrommel
2 mittelbar erzeugte Hochdruckdampf zunächst die Heizstufen, um erst dann zur Maschine
zu gehen. Die Heizstufen bestehen aus je einem von außen beheizten, etwa als Strahlungsheizfläche
in der Feuerung angeordneten Überhitzerelement 85 und einem in der Kesseltrommel
2 liegenden Heizelement 86. Dem ersten überhitzerelement 85 wird der gesamte Hochdruckdampf
aus der Trommel 2 durch eine Leitung 88 zugeführt. Er durchströmt dann abwechselnd
ein überhitzerelement 85 und ein Heizelement 86 und gelangt vom letzten Heizelement
86 aus in die Heizstufenabdampfleitung 89. An die erste Überhitzerstufe 85 ist eine
Speiseleitung 9o und an die Abdampfleitung 89 eine Zweigleitung 9i angeschlossen,
durch welche während des Anheizens die Abdampfleitung mit dem Freien oder mit einem
Kondensator verbunden werden kann. Die Abdampfleitung 89 ist über ein Absperrorgan
92 mit einem in den Rauchrohren 93 eines Rauchröhrenkessels 94 liegenden Überhitzer
95 verbunden, von dem eine Leitung 96 zur Hochdruckstufe der Maschine führt. Ferner
führt von der Abdampfleitung 89 eine mit einem Absperrorgan 98 versehene Zweigleitung
99 in den Wasserraum des Röhrenkessels 94. Ist das Absperrorgan 98 geschlossen,
so strömt der gesamte Hochdruckheizdampf, nachdem er in den Heizstufen durch wiederholte
Überhitzung und Wärmeabgabe an den Inhalt der Kesseltrommel2 zur mittelbaren Hochdruckdampferzeugung
herangezogen worden ist, durch den Überhitzer 95 und die Leitung 96 zur Hochdruckstufe
der Maschine. Die Eintrittsspannung in dieser Maschinenstufe ist dabei um so viel
niedriger als der Betriebsdruck in der Verdampfertrommel2, daß die nötige Strömungsgeschwindigkeit
durch die Heizstufen gewährleistet ist. Da somit in den Heizelementen 86 und' insbesondere
natürlich in den letzten Heizstufen der Heizdampfdruck niedriger ist als der Betriebsdruck
der Verdampfertrommel 2, so kann sich der Heizdampf in den Heizelementen nicht auf
eine der Sattdampftemperatur bei diesem niedrigeren Heizdampfdruck entsprechende.
Temperatur abkühlen und infolgedessen auch beim Durchströmen der Heizelemente nicht
kondensieren. Durch öffnen des Absperrorgans 98 kann man erreichen, daß ein Teil
des von den Heizstufen kommenden Heizdampfes in den Wasserraum des Niederdruckkessels
94 einströmt. Dieser Anteil des in den Niederdruckkesse194 einströmenden Heizdampfes
kann durch entsprechende Einstellung der beiden Ventile 92 und 98 geregelt werden.
Auch bei vollständiger Einleitung des Heizdampfes in den Niederdruckkessel ist das
erforderliche Druckgefälle vorhanden, um die Strömung des Heizdampfes durch die
Heizstufen zu bewirken. Der im Niederdruckkessel 94 erzeugte Dampf strömt durch
eine Leitung ioo zu einem in den Rauchrohren 93 des Kessels 94 angeordneten Überhitzer
ioi und von diesem durch eine Leitung zog zur Niederdruckstufe der Maschine.