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Kesselanlage mit Misch- und Oberflächenverdampfung Die Erfindung bezieht
sich auf Anlagen zur Erzeugung überhitzten Dampfes, besonders Hochdruckdampfes,
bei denen die Sattdampferzeu,gung durch Mischverdampfung, d. h. durch mittelbare
Beheizung, erfolgt, indem ein .Teil des erzeugten Sattdampfes nach überhitzung in
den Kessel zurückgeführt wird. Anlagen dieser Art sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt. Eine Ausführungsform besteht darin, daß dem Überhitzer die ganzen im Kessel
entwickelten Sattdampfmengen durch eine Pumpe zugeführt werden, die dazu dient,
dem Kessel den zur Sattdampferzeugung erforderlichen, um den Betriebsdampf verminderten
Teil des überhitzten Dampfes wieder zuzuleiten. Diese Einrichtung erfordert aber
eine Dampfpumpe verhältnismäßig hoher Leistung, da sie nicht nur den dem Kessel
wieder zuzuführenden Dampf zu fördern hat, sondern auch den Betriebsdampf, für dessen
Zuleitung zum Netz eine Dampfpumpe an sich nicht erforderlich wäre. Man hat daher
die Einrichtung auch schon so getroffen, daß der zur mittelbaren Beheizung des Kessels
erforderliche überhitzte Dampf getrennt vom Betriebsdampf überhitzt und dieser Dampf
durch eine Umwälzpumpe dem Kessel wieder zugeführt wird. Es kann dabei zwar eine
Dampfpumpe von kleinerer Umwälzleistung verwendet werden als bei der erstgenannten
Ausführungsform, doch muß auch in diesem Falle die Pumpenleistung an sich noch groß
sein, weil die Mengen des umzuwälzenden Dampfes, die .erforderlich sind, um auch
den Betriebsdampf zu erzeugen, verhältnismäßig sehr groß sind. -Es ist weiterhin
auch schon ein Heizröhrenkessel bekannt, bei dem außer der Oberflächenverdampfung,
gegebenenfalls mittels durch die Heizröhre fließenden Dampfs, Mischverdampfung dadurch
erfolgt, daß ein Teil des erzeugten Kesselsattdampfes mittels einer Pumpe durch
einen üb.erhitzer und von diesem in das Kesselwassiex eingeführt wird, um die Oberflächenverdampfung
bzw. das dazu vorgesehene Heizröhrensystem zu entlasten. Wenn man diese Einrichtung
bei Kesseln der eingangs erwähnten Art, auf die sich die Erfindung bezieht, anwenden
wollte, würde man zwar mit einer Umwälzpump.e kleinerer Leistung auskommen, doch
würde der Charakter eines solchen Kessels nicht gewahrt bleiben, und der eigentliche,
in neuerer Zeit mit der Mischverdampfung durch mittelbare Beheizung beabsichtigte
Zweck, nämlich die Vermeidung von Heizröhren in großen Wassergefäßen, würde dadurch
hinfällig. Auch sonst hat dieses bekannte Heizröhrenkesselsystem Nachteile. Die
Oberflächenverdampfung
wird bei demselben dadurch herbeigeführt,
daß man entweder die Abgase der zur Überhitzung des umgewälzten Dampfes dienenden
Feuerung oder Fremddampf, der :einem anderen Kesselentnommen wird, durch die Heizröhren
und von diesen zum Schornstein führt.. Abgesehen davon, daß also dabei zwei verschiedene
Wäxmeträger verwendet werden müssen, geht auch von dem Wärmeinhalt des durch die
Heizröhren geführten Wärmeträgers, besonders wenn es sich um Fremddampf handelt,
ein großer Teil verloren, und zwar um so mehr, j e höher der Druck und die Wassertemperatur
des Kessels sind. Wenn man nun auch entsprechend der neueren Entwicklung der Dampfkesseltechnik
einen Teil der Abwärme des zweiten Wärmeträgers noch nutzbringend erfassen könnte,
so erscheint doch die genannte Einrichtung insofern mangelhaft, als bei der Verwendung
der Feuergase zur unmittelbaren Beheizung der Wassertrommel die darin liegende Gefahrenquelle,
die durch die mittelbare Beheiaung beseitigt werden soll, bestehen bleibt, bei der
Anwendung einer zweiten Dampfquelle aber die Anlage- an sich schon sehr umständlich
wird und eine zweite Dampfquelle vielfach überhaupt nicht. zur Verfügung steht.
Die Mängel dieses bekannten Systems werden auch nicht dadurch beseitigt, daß man,
wie es vorgeschlagen worden ist, in den Wasserraum desselben unter höherem Druck
stehenden Dampf eines fremden Kessels statt des überhitzten Eigendampfes einbläst
:oder, statt diesen Dampf in das Kesselwasser einzuführen, ihn durch im Kesselwasser
liegende Kühlschlangen leitet und von diesen zu einem unabhängigen Dampfdom und
einer dem Kessel: höheren Druckes! zugeordneten Maschine führt. Auch dabei .ändert
sich der Charakter des Kessele als Heizröhrenkessel nicht, und dieses bekannte Kesselsystem
ist daher für die Praxis nicht zil empfehlen.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung, bei welcher nur mit Oberflächenverdampfung
durch Wärmeleitung gearbeitet wird, die Dampferzeugung aber ebenfalls mit Hilfe
zweier Wärmeträger in der Weise erfolgt, daß Sattdampf, der dem Dampfraum :eines
Flammrohrkessels entnommen wird, durch die Heizgase der Kesselfeuerung überhitzt
und vor der Zuführung zur Verbrauchsstelle durch Kühlrohre geführt wird, die im
Wasser einer nicht unmittelbar beheizten, aus der unmittelbar beheizten Kesseltrommel
gespeisten zwei, ten Trommel liegen, welche den Betriebsdampf liefert, ist zwar
eine fremde Dampfquelle nicht vonnöten, doch wird dabei der in der Vermeidung von
Heizröhren liegende Zweck der mittelbaren Dampferzeugung ebenfalls nicht Bewahrt.
Den. vorgenannten bekannten Einrichtungen gegenüber stellt sich nun die Erfindung
die Aufgabe, durch b'litanwendung der OberflächenN#erdampfung bei mit Mischverdampfung
durch Umwälzen eines für sich überhitzten ,Teiles des erzeugten Dampfes arbeitenden
Kesseln eine Entlastung der Umwälzpump.e unter Wahrung des Charakters eines solchen
Kessels zu ermöglichen, ohne daß :ein zweiter Wärmeträger in Form von Verbrennungsgasen
oder von Fremddampf erforderlich ist. Die die Lösung dieser Aufgabe bildende.Erfindung
besteht darin, daß Eigendampf des Kessels außer für die Dampferzeugung durch Mischverdampfung
auch für die Oberflächenverdampfung angewandt wird. Es wird dabei erfindungsgemäß
:entweder der Umwälzdampf nach der Überhitzung zunächst durch einen im Kesselwasser
liegenden Dampfkühler geleitet und dann aufs neue überhitzt und in das Kühlwasser
eingeleitet. oder der im Kesselwasser liegende Dampfkühler wird in die den überhitzen
der Umwälzleitung nicht berührende Betriebsdampfleitung eingeschaltet und vor und
hinter demselben ein Überhitzen angeordnet.
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In beiden Fällen wird auf diese Weise ein Vorteil ili doppelter Hinsicht
erzielt. Zunächst wird gegenüber den bekannten Einrichtungen, bei denen die Dampferzeugung
nur durch Mischverdampfung oder durch Umwälzung ,eines für sich überhitzten Teiles
des erzeugten Dampfes :erfolgt, durch die an sich , bekannte Vereinigung dieser
Dampferzeugungsverfahren der Vorteil erzielt, daß die umwälzenden Dampfmengen wesentlich
verringert werden können. Es ,ändert sich also der Charakter und Zweck des Dampferzeugers
als nur mittelbar heheizter Dampferzeuger nicht. Demgemäß werden weder :eine befeuerte
Kesseltrommel noch auch Heizröhren verwendet. Außerdem wird:einebesondere Frischdampfquelle
erspart. Zwar muß bei zweimaliger Überhitzung hierfür die Umwälzpump:e auch den
Reibungswiderstand im zweiten Überhitzen. .überwinden, doch wird dadurch die angestrebte
Verminderung ihrer Leistung nicht wesentlich beeinträchtigt. Nachdem sie nämlich
nur etwa die Hälfte der bei einer Mischverdampfung mit einmaliger überhitzung erforderlichen
Dampfmengen umzuwälzen hat, können. beide Überhitzen entsprechend kleiner gemacht
werden. Die Zahl der den Heizkanal querenden Rohre der einzelnen Überhitzen kann
demgemäß also verringert werden, und bei gleichbleibendem oder etwas verringertem
Kanalquerschnitt kann der Querschnitt der Überhitzerrohre größer gemacht werden
als bei einem großen für annähernd die doppelte Dampfmenge dienenden Überhitzen.
Infolge der Verringerung
der umzuwälzenden Dampfmengen kann außerdem
das Verdampf ergefäß entsprechend kleiner gemacht werden, weil die zu erzeugenden
Gesamtdampfmengen entsprechend geringer werden. Besonders bei Höchstdruckkesseln
bedeutet dies einen großen Vorteil.
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Auf der Zeichnung sind in Abb. r bis einige Ausführungsbeispiele von
Anlagen nach der Erfindung im Schema dargestellt.
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Gemäß Abb. r führt von der Sattdampfleitung a des Kessels
b die Entnahmel2#ituiig c für den Betriebsdampf zum Cberhitzer rl und von
da zum Netz. In die die Umwälzleitung bildende Leitung e ist vor dem Überhitzer
f die Umwälzpumpeg eingebaut. Die Leitung führt vom überhitzer f zu einem im Xesselwasserraum
liegenden Dampfkühler 1a und von diesem zu' einem zweiten überhitzer i. von dem
aus sie zum Kesselwasserraum geht.
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Die zur Sattdampfbildung erforderliche Wärmemenge wird bei dieser
Ausführung dem Kessel durch Umivälzdampf zugeführt, dessen Menge infolge der zweimaligen
Überhitzung nur annähernd halb so groß zu sein braucht als bei einer Anlage ohne
Dampfkühler mit nur einmaliger Überhitzung.
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Gemäß Abb.2 führt die Betriebsdampfleitung c vom Überhitzet
d zum Dampfkühler h und von diesem zu einem zweiten überhitzertl', in welchem
der abgekühlte Dampf wieder auf Betriebstemperatur überhitzt wird. Der Umwälzdampf
wird durch die Dampfpumpe g dem Cberhitzer f und von da dem Kesselwasser zugeführt.
' Hier geht also der im .ersten Überhitzet d überhitzte Betriebsdampf durch den
Dampfkühler h, und die Umwälzdampfmengen können dabei in gleichem Maße verringert
werden wie gemäß Abb. r.
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Statt den Betriebsdampf vom überhitzet d der Abb. 2 unmittelbar in
den Dampfkühler Ir zu schicken, kann man ihn auch gemäß Abb. 3 vorher Arbeit leisten
lassen, z. B. in einer Dampfkraftmaschine h. Nach der Arbeitsleistung wird der Dampf
vor Einführung in den Dampfkühler durch einen Zwischenüberhitzer d geleitet. Gegebenenfalls
kann auch mehrfache Zwischenüberhitzung in Frage kommen. -Eine besonders vorteilhafte
Ausführungsform zeigt Abb. q.. Hier werden Betriebs- und Urnwälzdampf durch einen
in die Sattdampfleitung a eingeschalteten gemeinschaftlichen Ü berhitzer D geleitet,
dort überhitzt und dann durch den Dampfkühler H geführt. Von diesem geht der Betriebsdampf
weiter zum Überhitzet d' und von da zum Netz, während der Umwälzdampf durch die
m eine Zweigleitung e eingebaute Umwälzpumpe g zum I; berhitzer f und von
da zum Kessel b geführt wird. Hierbei wird der größte Teil der zur Sattdampferzeugung
erforderlichen Wärme durch den Dampfkühler H auf das Kesselwasser übertragen, so
daß durch Umwälzung nur .noch ein kleiner Bruchteil zugeführt zu werden braucht.
Beispielsweise sind beim Löfflerkessel folgende Betriebsverhältnisse norrriäl Dampfdruck................
130 at Dampftemperatur ...... . .... 500° C Speisewassertemperatur......
3oo° C. Es sind dann je Kilogramm Betriebsdampf 2,76kg Dampf umzuwälzen.
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Unter gleichen Betriebsverhältnissen wären bei Ausführung nach Abb.4
je Kilogramm Betriebsdampf nur
0,381,-- Dampf umzuwälzen. Hält man
die Umwälzleistung auf der für den Löfflerkessel angegebenen Höhe, so sind bei Ausführung
nach Abb.4 folgende Betriebsverhältnisse möglich:
| Dampfdruck Dampf- Speisewasser- |
| temperatur temperattur |
| 50 500 232 |
| 130 410 300 |
| 130 500 =4.2 |