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Dampfkesselanlage, insbesondere für Hochdruckkessel Bei Dampfkesselanlagen,
bei denen der dem Kessel entnommene Betriebsdampf vor der Zuführung zur Verbrauchsstelle
durch die Heizgase überhitzt wird, ist es bekannt, hinter dem Überhitzer von der
Entnahmeleitung eine mit Umwälzpumpe versehene, zum Dampfraum des Kessels zurückgeführte
Leitung abzuzweigen; um in den: Betriebspausen den überhitzer durch Umwälzen von
Dampf gegen Verbrennen schützen zu können.
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Bei Dampfa4lagen aber, bei denen mit Überhitzung und mit Zwischenüberhitzung
des Betriebsdampfes gearbeitet wird und außer der Hauptüberhitzung auch die Zwischenüberhitzung
durch die Heizgase der Kesselanlage vorgenommen werden soll, was sich in neuerer
Zeit mehr und mehr einführt, ist e@s erforderlich, die beiden überhitzer in allen
den Zeiten, in denen Betriebsdampf nicht durch dieselben oder durch einen derselben
durchgeführt werden kann, gegen die Verbrennung zu schützen.
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Dazu ist weder die vorgenannte bekannte Einrichtung ausreichend, noch
auch eignen sich dazu die sonstigen, bisher zur Durchführung von Schutzdampf durch
die Überhitzer vorgeschlagenen Einrichtungen, da dieselben nur für bestimmte Einzelfälle
brauchbar sind.
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Die erstgenannte Einrichtung umfaßt zunächst nur den Hauptüberhitzer,
und wenn man auch einen gleichen Schutz für den Zwischenüberhitzer mit Hilfe von
besonderen, an diesen und an den Dampfraum des Kessels angeschlossenen sowie mit
eigener Umwälzpumpe versehenen Verbindungsleitungen schaffen könnte, so würde damit
trotz der Umständlichkeit einer solchen Einrichtung doch nicht viel gewönnen werden.
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Zunächst würde nämlich beim Anheizen ein Schutz der Überhitzer überhaupt
nicht erreicht werden können und bei längeren Betriebspausen würde die Einrichtung
für einen wirksamen Schutz nicht ausreichen, weil der im Dampfraum des Kessels vorhandene
Dampf bei der Umwälzung nach kurzer Zeit überhitzt sein würde und einen wirksamen
Schutz der überhitzer nicht mehr bieten könnte.
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Eine andere bekannte und hauptsächlich für Lokomotiven vorgeschlagene
Einrichtung, bei der ein Zwischenüberhitzer unmittelbar hinter den Hauptüberhitzer
schaltbar ist, wenn die Maschine stillsteht, zeigt die gleichen und noch weitere
Nachteile. Beim Anheizen des Kessels ist ein Schutz der Überhitzer nicht möglich,
und in Betriebspausen längere= Dauer überhitzt sich vorzeitig der Inhalt des Kesseldampfraumes.
Ferner ist ein Betrieb mit nur einem überhitzer unter gleichzeitigem
Schutz
des andern überhaupt nicht durchführbar.
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Die Erfindung hat den Zweck, die Nachteile dieser bekannten Einrichtung
zu beseitigen und mittels einer Umwälzpumpe, durch welche Kesseldampf in Betriebspausen
durch den Hauptüberhitzer umgewälzt werden kann, einen einwandfreien Schutz beider
Überhitzer außer in den Betriebspausen auch beim Anheizen und ferner in allen anderen
Betriebsfällen zu ermöglichen, in denen Betriebsdampf durch den einen oder anderen
überhitzer nicht geleitet werden kann.
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Zur Erreichung dieses Zweckes wird erfindungsgemäß außer der genannten
Umwälzpumpe auch der z. B. bei Löffler-Kesseln bekannte Gedanke verwendet, beim
Anheizen Fremddampf zuzuführen.
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Während aber bei solchen Kesseln der Fremddampf beim Anheizen nur
durch den Überhitzer geleitet wird, durch den später der zur mittelbaren Dampferzeugung
dienende Kesseldampf umgewälzt wird, der Schutz des Betriebsdampfüberhitzers oder
gar der eines Zwischenüberhitzers aber weder dabei, noch auch in Betriebspausen
oder beim Ausfall eines der überhitzer berücksichtigt ist, besteht die Erfindung
darin, daß der Haupt-und der Zwischenüberhitzer durch ein- und ausschaltbare Nebenleitungen
so miteinander verbunden und an den Wasserraum des Kessels angeschlossen sind und
die Umwälzpumpe zeitweise so in die Entnahmeleitung des Kessels einschaltbar ist,
daß durch dieselbe bei der Inbetriebnahme des: Kessels fremder Hilfsdampf durch
den Hauptüberhitzer und den da#hinterschaltbaren Zwischenüberhitzer in das Kesselwasser
eingeführt und auf gleichem Wege Kesseldampf gleichzeitig bzw. nach Absperrung der
Hilf sdampfleitung allein durch beide Überhitzer zum Wasserraum des Kessels umgewälzt
und auch in Zeiten, in denen Überhitzung bzw. Zwischenüberhitzung von Arbeitsdampf,
z. B. infolge Ausfalles der Hochdruckstufe oder der Niederdruckstufe der Kraftmaschine
oder beider, nicht stattfinden kann, Kesselsattdampf dauernd sowohl durch den Hauptüberhitzer
wie auch durch den Zwischenüberhitzerdurchgedrückt werden kann.
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Die Umwälzpumpe kann auch als dauernd wirkende Pumpe in die Dampfentnahmeleitung
des Kessels eingebaut sein, wobei dann die jeweils gewünschten Dampfwege durch die
Überhitzer mittels der in den Dampfleitungen angeordneten Ventile bestimmt werden.
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In beiden Fällen wird also erreicht, daß nicht nur beim Anheizen,
sondern vor allem auch in allen nur denkbaren Betriebsfällen, in denen Betriebsdampf
durch die beiden Überhitzer oder durch einen derselben nicht durchgeführt werden
kann, ein sicherer Schutz dieser Überhitzer gewährleistet ist, da auch in den Betriebspausen
oder beim Ausfall des einen oder anderen der Überhitzer stets Kesselsattdampf durch
die überhitzer durchgeführt werden kann, der ohne Rücksicht darauf, ob er im Betrieb
gebraucht wird oder nicht, dauernd im Kessel neu erzeugt wird. Es kann also auch
in Betriebspausen niemals vorkommen, daß der bei der Umwälzung überhitzte Dampf
in den Dampfraum des Kessels unmittelbar zurückgelangt und der darin enthaltene
Dampf auf überhitzungstemperatur kommt, also den Überhitzern keinen Schutz mehr
gewährt. Außerdem ergibt sich dabei der Vorteil, daß der Zwischenüberhitzer ohne
Gefahr in ein höheres Temperaturgebiet verlegt werden, kann, al's bisher, so daß
an Heizfläche und an Raumbedarf beträchtlich gespart werden kann. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, daß beim Anheizen bzw. beim Anfahren in den Rohrschlangen der Überhitzer
etwa vorhandenes Kondensat mittels der Umwälzpumpe herausgedrückt wird, so daß eine
Entwässerung der Überhitzer auf anderem Wege nicht erforderlich ist.
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Der bekannte Nachteil, daß Zwischenüberhitzerschlangen je nach ihrer
Lage und Anordnung beim Anheizen: einer ungleichen Feuergas#beaufschlagung und Dampfführung
weit mehr ausgesetzt sind als bei Vollast, spielt keine Rolle, da die durch die
Umwälzpumpe hervorgerufene Zwangsströmung auch beim Anheizen eine gute und gleichmäßige
Kühlung der Zwischenüberhitzerschlangen ergibt.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht endlich auch darin, daß
die Inbetriebnahme des Kessels wesentlich beschleunigt werden kann, weil jetzt außer
der Heizwärme der eigenen Feuerung dem Kesselwasser auch die Überhitzungswärme des
durch den Haupt-und durch den Zwischenüberhitzer durchgeleiteten Fremddampfes zugeführt
wird.
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Die Erfindung läßt sich bei beliebigen Kesselsystemen mit in die Feuergaszüge
eingebautem Haupt- und Zwischen,izberhitzer durchführen. Sie erweist sich besonders
vorteilhaft bei Höchstdruckdampfkraftanlag°_n, bei denen jeder Kraftmaschine ein
eigener Kessel entsprechender Leistung mit in seine Feuergaszüge eingebautem Haupt-
und Zwischenüberhitzer zugeordnet ist, wie es in neuerer Zeit vielfach üblich ist.
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Bei den vorgenanntenLöffler-Kesselnu. dgl., bei denen mittelbare Dampferzeugung
durch Umwälzung von Kesseldampf durch einen Überhitzer erfolgt, erweist sich die
Erfindung insofern als besonders vorteilhaft, als dabei die erfindungsgemäß zum
überhitzerschutz benutzte Umwälzpumpe gleichzeitig für die
Zwecke
der mittelbaren Dampferzeugung verwendet werden kann.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung bei Anlagen dieser letztgenannten
Art sind auf der Zeichnung im Schaltschema dargestellt.
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Abb. i zeigt das Schema einer Dampfkraftanlage, die aus einem
Dampferzeuger a, einer Dampfumwälzungspumpe b, einem Hauptüberhitzer c, einem Zwischenüberhitzer
d sowie einer Hochdruckkraftmaschine e
und einer dieser nachgeschalteten
Niederdruckmaschine fbesteht. Der Z"vischenüberhitzer d ist dabei in den nicht besonders
dargestellten Feuergaszügen hinter dem Hauptüberhitzer c angeordnet.
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Beim Anfahren des Kessels werden die in den Dampfleitungen angeordneten
Absperrventile g, h, i, q, k, l geschlossen, die Absperrv entile na, n geöffnet,
und Hilfsdampf, der aus der absperrbaren Leitung H entnommen wird, wird mittels
der Umwälzpumpe b durch den Hauptüberhitzer c und den Zwischenüberhitzer
d in den Dampferzeuger ca gedrückt, bis dieser den Betriebsdruck oder den
unter Umständen niedrigeren Hilfsdampfdruck erreicht. Das im Hauptfiberhitzer c
und im Zwischenüberhitzer d sich etwa ansammelnde Kondensat kann entweder durch
Entwässerung abgelassen oder je nach den Betriebsverhältnissen mittels der Dampfumwälzpümpe
b zugleich mit dem überhitzten Dampf in den Dampferzeuger a gedrückt werden. Falls
der Hilfsdampfdruck geringer ist als der Betriebsdruck des Kessels a, wird die Dampfleitung
H abgesperrt, sobald im Kessel a der Hilfsdampfdruck erreicht ist, und es
wird so lange Kesseldampf durch den Hauptüberhitzer c und den Zwischenüberhitzer
d umgewälzt, bis der Betriebsdruck des Kessels erreicht ist. Sobald dies geschehen
ist, werden die Ventile in und it geschlossen und die Ventile g, lt, i, L
geöffnet, so daß jetzt der Betriebsdampf in bekannter Weise der Hochdruckkraftmaschine
e zugeführt wird und von dieser der Zwischendampf durch den Zwischenüberhitzer
d in die Kraftmaschine f niedrigeren Druckes gelangt, ~vährend der
zur mittelbaren Dampferzeugung dienende Teil des den Hauptüberhitzer verlassenden
überhitzten Dampfes mittels der Umwälzpumpe b in den Kessel abgedrückt wird.
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Wenn die Hochdrucldcraftmaschine e aus irgendeinem Grunde plötzlich
zum Stillstand kommt, werden die Absperrventile g und h geschlossen. Das Ventil
k einer vor dem Hauptfiberhitzer c abgezweigten, zum Zwischenüberhitzer d führenden
Nebenleitung wird geöffnet und gedrosselter Sattdampf durch den Zwischenüberhitzer
d der Kraftmaschine f zugeleitet. Der zur mittelbaren Dampferzeugung dienende überhitzte
Dampf wird aus dem Hauptüberhitzer c nach wie vor durch die Umwälzpumpe
b in den Kessel a
gedrückt. Wenn jedoch die Kraftmaschine f plötzlich
zum Stillstand kommt, so werden die Absperrventile i, k geschlossen, während
die Ventile g und k geöffnet bleiben und außerdem ein Ventil q, das in eine zu einer
anderen Stelle des Netzes oder ins Freie führende Leitung eingeschaltet ist, geöffnet
wird. Während also die Hochdruckkraftmaschine e mit überhitztem Dampf aus dem Hauptüberhitzer
c gespeist und gleichzeitig der zur mittelbaren Dampferzeugung dienende überhitzte
Dampf durch die Umwälzpumpe b in den Kessel a gedrückt wird, -gelangt der Abdampf
der Hochdruckkraftmaschine e durch den Zwischenüberhitzer d zu der genannten anderen
Stelle des Netzes. In kurzen Kraftbetriebspausen können natürlich auch beide Kraftmar
schinen vom Kessel abgeschaltet werden und durch Öffnung der Ventile in und zt Kesseldampf
wie nach dem Anfahren mit Hilfsdampf niedrigeren. Druckes durch den Hauptüberhitzer
c und den Zwischenüberhitzer d umgewälzt werden.
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Da die Umwälzpumpe b zur mittelbaren Dampferzeugung bekanntlich ein
Mehrfaches der Betriebsdampfmenge zu fördern hat, trägt sie bei der Inbetriebnahme
dein erforderlichen Verhältnis der Dampfgeschwindigkeiten bzw. der Dampfdurchtrittsquerschnitte
des Hauptüberhitzers. c zu denen des Zwischenüberhitzers d ohne weiteres Rechnung.
Die Rohrwandstärke des Zwischenüberhitzers d muß, nachdem bei der Inbetriebnahme
oder gegebenenfalls in Betriebspausen Dampf von Kesselspannung durch den Zwischenüberhitzer
durchgeführt werden muß, natürlich dem Betriebsdruck entsprechend. bemessen sein.
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Der Zwischenüberhitzer c kann in den Kesselzügen natürlich auch vor
dem Hauptüberhitzer liegen und die Kraftmaschine f auch eine einer Hochdruckstufe
nachgeschaltete Niederdruckstufe--sein.
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Die Anlage nach Abb. 2, bei der eine aus Hoch- und Niederdruckstufe
e' bzw. f' bestehende Kraftmaschine verwendet ist, unterscheidet sich von
der nach Abb. i im wesentlichen dadurch, daß beim Anfahren der aus der Leitung H
bezogene, im Hauptüberhitzer c auf hohe Temperatur gebrachte Hilfsdampf bei geschlossenen
Ventilen g,1, i, t und q' durch eine mit Ventil n' versehene Leitung
in ein im Wasserraum des Dampferzeugers a angeordnetes Heizschlangensystem o gedrückt
wird und von da durch die mit Absperrventil s versehene Leitung, den Zwischenüberhitzer
d und die mit Absperrventil m versehene Leitung in die zur mittelbaren Dampferzeugung
dienende Umwälzleitung hinter
dem Absperrventil L und von da in
den Kessel a. An das Kesselwasser a gibt. also der Hilfsdampf zunächst die
im Hauptberhitzer aufgenommene Überhitzungswärme ab und außerdem führt er dem Kesselwasser
die im Zwischenüberhitzer d aufgenommene Wärme zu, so daß die Inbetriebnahme des
Kessels schnell erfolgen kann.
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Bei Dampfabgabe an die Kraftmaschine werden die Ventile n',
s und m' geschlossen, dagegen die Ventile g, t, i und
l geöffnet, so daß jetzt die Umwälzpumpe b den zur mittelbaren Dampferzeugung
erforderlichen Teil des im Hauptüberhitzerc überhitzten Dampfes in den Kessel a
zurückführt, der übrige Teil aber der Hochdruckstufe e' der Kraftmaschine zugeführt
wird und von da über den Zwischenüberhitzer d zur Niederdruckstufe
f' der Maschine geht.
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Es kann aber auch während dieses Kraftbetriebes eine geringe Menge
des erzeugten Kesseldampfes hinter dem Hauptüberhitzer c bei entsprechend geöffnetem
Ventil n' entnommen und durch das Heizschlangenventil o und von da durch eine mit
dem Absperrventil q' versehene Leitung zu einer anderen Stelle des Netzes oder ins
Freie geleitet werden.
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Damit sich im Kessel a nicht Schlamm im Bereiche des Heizschlangensysteins
o ansammelt, wird in die Speiseleitung vor dem Kessel a ein Schlammsammler p eingeschaltet.
Das im Heizschlangensystem o sich etwa bildende Kondensat wird durch die Dampfumwälzpumpe
b wieder abgeführt.
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Bei Anlagen, wo zwei oder mehr Verdampfergefäße vorhanden sind, wird
das Heizschlangensystem o zweckmäßig nur in einem dieser Verdampfergefäße vorgesehen,
während das Speisewasser in das andere Verdampfergefäß eingeführt wird, das natürlich
mit dem die Heizschlange enthaltenden Verdampfergefäß auch im Wasserraum verbunden
ist. Das das Speisewasser unmittelbar aufnehmende Verdampfergefäß kann dann gleichzeitig
als Schlammsammler dienen.