-
Verfahren zur Regelung- von Hochtemperatur-Heizanlagen Die Erfindung
betrifft Hochtemperatur-Heizanlagen mit mehreren durch hochgespannten, insbesondere
überhitzten Dampf beheizten und im Strom des Heißdampfes parallel geschalteten Heizstellen
und regelbarer Umgehungsleitung zu denselben, wobei der Dampf von einer Kesseltrommel
mit Wasser-und Dampfraum aus mittels einer Umwälzpumpe im Kreislauf durch das geschlossene
Hochdrucksystem bewegt wird. Bei derartigen Anlagen bietet die Regelung der Heizintensität
der einzelnen Heizstellen und damit auch die Regelung des Betriebes der Gesamtanlage
erhebliche Schwierigkeiten. Die Regelung der zuströmenden Heizdampfmenge zu den
Heizstellen erfolgt mittels Drosselventile, und es hat' jede Verstellung der Dampfzufuhr
zu einer Heizstelle wegen der Eigenart der Heizanlagen mit geschlossenem zwangsläufigem
Dampfkreislauf Rückwirkungen auf die Heizintensität aller anderen Heizstellen zur
Folge. Erschwert wird die Betriebsführung weiter dadurch, daß außer dem Dampfdruck
auch die Überhitzungstemperatur konstant gehalten und der Überhitzer gegen Überschreiten
einer bestimmten Überhitzungstemperatur gesichert werden muß. Bei derartigen Anlagen
war es bisher also nicht möglich, die Beheizung einer Heizstelle zu verändern, ohne
ungewollt auch alle übrigen Heizstellen gleichzeitig zu beeinflussen.
-
Diese Nachteile werden bei dem Regelverfahren nach der Erfindung dadurch
beseitigt, daß die Differenz zwischen dem Dampfdruck vor den Heizstellen und dem
Dampfdruck hinter denselben angezeigt und mittels eines Uberströmventils in der
Umgehungsleitung zu den Heizstellen selbsttätig annähernd konstant gehalten und
die Drehzahl der Dampfumwälzpumpe unter Konstanthaltung der Überhitzungstemperatur
derart geregelt wird, daß die von dem Überströmventil eingestellte Druckdifferenz
nicht unterschritten wird. Das Überströmventil vermittelt dabei gleichzeitig die
erforderliche Heißdampfzufuhr zu der Kesseltrommel, um aus den Heizstellen usw.
anfallendes Kondensat zu verdampfen. Änderungen des absoluten Druckes werden weiter
erfindungsgemäß in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise durch besondere
Wärmeaufnahmestellen innerhalb des geschlossenen Hochdrucksystems ausgeglichen.
Diese Wärmeaufnahmestellen sind so ausgebildet, daß sie jederzeit mindestens in
dem Ausmaße Wärme aufnehmen können, als zur Vermeidung von Druckänderungen erforderlich
ist. Die Wärmeabgabe an diese Wärmeaufnahmestellen wird dabei am einfachsten
selbsttätig
in Abhängigkeit vom Druck in dem System geregelf: Mit Hilfe .dieses neuen Regelverfahrehs"
kann jede der * einzelnen- Heizstellen ünht hängig für sich und ohne Rücksicht auf'.-@ie:anderen
Heizstellen betrieben werden. De-Betrieb derartiger Heizanlagen kann infolge= dessen
dann sehr leicht automatisiert werden. Die Regelung der Feuerung und der Umwälzpumpe
werden ebenfalls- vereinfacht und gleichzeitig wird vollste Sicherheit für den Überhitzer
erreicht.
-
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. i der
Zeichnung dargestellt. Der Heizungskreislauf bewegt sich zwischen der hier beispielsweise
von Feuergasen nicht beheizten Kesseltrommel i, der Dampfumwälzpumpe 2, dem Überhitzer
3, der Hauptleitung 4, den einzelnen Heizstellen 5, 5', 5" usw. und der Rückleitung
6 zum Wasserraum der Kesseltrommel T. Die Differenz zwischen den Dampfdrücken in
den Leitungen 4 und 6 wird durch ein Meßinstrument 7 angezeigt. Als Meßinstrument
kann entweder ein parallel zu den Heizstellen 5, 5' usw. geschalteter Dampfmengenmesser
benutzt werden oder ein Differenzdruckmesser, .wobei wegen der hohen Drücke Apparate
vorteilhaft sind, welche ohne Stopfbuchsdurchführungen auf elektrischem oder magnetischem
Wege anzeigen. Nach der Anzeige des Differenzdruckmessers 7 wird die Fördermenge
der Dampfuinwälzpumpe 2 durch Änderung ihrer Drehzahl so geregelt, daß eine bestimmte
Druckdifferenz zwischen den Leitungen 4 und 6 nicht unterschritten und gleichzeitig
die Überhitzungstemperatur des den Heizstellen 5, 5' usw. zuströmenden Dampfes konstant
gehalten wird. Die Druckdifferenz zwischen -den Leitungen 4 und 6 wird dabei durch
ein Überströmventi135 in einer Umgehungsleitung zu den Heizstellen 5, 5' usw. eingestellt
und selbsttätig angenähert konstant gehalten. Infolge der dadurch erzielten Unabhängigkeit
des- Betriebes der einzelnen Heizstellen entspricht dann jeder Stellung der Regelorgane
8, 8', 8" zur Regelung der einzelnen Heizstellen 5, 5' usw. eine bestimmte Heizintensität.
Die Regelorgane 8, 8' usw: können daher mit einer Skala versehen werden, welche'
ein für allemal die Heizintensität genau so wie bei elektrischem. Betrieb anzeigt:
-- .
-
Zur selbsttätigen Regelung des Betriebes der Heizstellen können die
Regelimpulse z. B. von dem verschiedenen Längenänderungen eines auf Sattdämpftemperatur'des
Behälters i gehaltenen Rohres und eines -im Heizraum frei liegenden Rohres
abgeleitet werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Reglers- 34 ist- in Fig:
2 dargestellt:- Der Regler besteht aus einem inneren Einlagerohr 2i, dem bei f Sattdampf
zugeführt wird, und dem druckfesten Rohr 22. Der Dampf durch-;Mrömt das Einlagerohr
21, kehrt am Ende ;d s Rohres um und wird im Ringraum zwi-@chen den Rohren 21 und
22 wieder zurück `zum Auslaß bei g geleitet. Das Einlagerohr 2i wird an seinem freien
Ende in einer Führung 23 geführt, so daß es sich dort frei dehnen kann. Das Rohr
2z ist außen gut isoliert und wird von dem Meßrohr 24 umschlössen, welches durch
das Anschlußstück 2,5 direkt mit dem Dampfrohr 22 verbunden ist, so daß eine möglichst
geringe Wärmeleitung an das Rohr 24 oder umgekehrt erfolgt. Das Rohr 24 wird bei
Trockenanlagen in den zu beheizenden Raum, bei Beheizung von Flüssigkeiten in die
zu beheizende Flüssigkeit gelegt und nimmt daher die zu messende Temperatur vollkommen
an. Die Differenz zwischen der Wärmedehnung der Rohre 24 und 22 wird mit Hilfe eines
Übersetzungshebels 26 -auf einer Skala 27 angezeigt, und gleichzeitig wird mit demselben
oder einem anderen Hebel 28 die Beheizung dadurch verstellt, daß z. B. ein
Kolbenschieber 29 mittels der Stange 30 in dem Zylinder Si verschoben wird
und dadurch den Heizdampf, der bei h eintritt und bei i austritt,
mehr oder weniger drosselt. Das Übertragungsgestänge kann z. B. bei der Kolbenstange
30 vermittels des Handrades 32 mit gegenläufigem Gewinde verstellt werden,
wodurch die Heizraumtemperatur willkürlich verändert werden kann. Die Naßdampfleitung,
welche bei f anschließt, wird am einfachsten hinter der Umwälzpumpe 2 bei h (Fig.
i) als Verteilleitung 33 zu den einzelnen Heizstellen abgezweigt. Nach Durchströmen
der Meßeinrichtungen 34, 34', 34" wird der Sattdampf bei m, m', m" in die
Sammelleitung 6 des Heizdampfes eingeführt.
-
Selbstverständlich gibt es auch noch andere Ausführungsarten für diesen
Regler. Beispielsweise kann bei schwach geneigtem Rohr 22 (Fig. ä) das Einlagerohr
21 entfallen. Weiter kann die Zuführung des Sattdampfes anstatt bei f auch am anderen
Ende durch das Verbindungsstück 25 und eine gesonderte isolierte Leitung erfolgen.
Ferner kann auch der Sattdampf gleich aus der Leitung 6 oder 4 entnommen werden,
wobei für eine entsprechende Kühlung und im letzteren Falle für Kondensatabführung
gesorgt werden müß.
-
Bei Hochtemperatur-Heizanlagen der vorliegenden Art wird der in der
Anlage und einem angeschlossenen Niederdrucknetz benötigte Niederdruckdampf meist
in einem Abhitzekessel9 zu dem Hochdrucküberhitzer 3 erzeugt. Die Spannung des Niederdruckkessels
9
wird gegenüber dem Bedarf der Anlage um so viel höher gewählt, daß die Umwälzpumpe
2 der Hochtemperatur-Heizanlage durch eine Gegendruckdampfmaschine angetrieben werden
kann. Die Maschine io wird zwecks Erzielung möglichst kleiner Abmessungen mit voller
Füllung ohne Füllungsregelung betrieben, wobei für die Bemessung die voraussichtliche
Minimalverbrauchsmenge an Niederdruckdampf zugrunde gelegt wird. Die Regelung der
Gegendruckmaschine io besorgt ein Fliehkraftregler i i, bei welchem die Drehzahl
durch Änderung der Federkraft o. dgl. eingestellt «-erden kann.
-
Erfindungsgemäß wirkt dieser Fliehkraftregler i i beispielsweise auf
einen Umschaltschieber i2, welcher den von der Umwälzpumpenantriebsmaschine io nicht
benötigten Verbrauchsdampf gedrosselt durchtreten läßt. Mit dem in der Antriebsmaschine
io expandierten Dampf vereinigt, fließt er dann bei a zur Verwendungsstelle. Erreicht
die im Niederdrucknetz benötigte Dampfmenge gerade die von der Umwälzpumpe 2 benötigte
Dampfmenge, so sperrt der Regler i i mittels des Umschaltschiebers 12 den Dampfdurchtritt
durch diese Umgehungsleitung. Unterschreitet ausnahmsweise die Verbrauchsdampfmenge
den Dampfbedarf der Antriebsmaschine io, so bewirkt der Regulator i i, daß der Umschaltschieber
12 bei b Dampf j e nach Bedarf in Räume geringen Druckes oder ins Freie abführt.
-
In dem Abhitzekessel9 befindet sich eine Heizschlange 13, welche in
das Hochdrucksystem eingeschaltet ist und mit Sattdampf beaufschlagt werden kann.
Der Dampf wird hinter der Umwälzpumpe 2 bei c entnommen und hinter der Heizschlange
i3 in die Sammelleitung 6 zurückgeführt. Die Heizschlange 13 dient als Wärmeaufnahmestelle
zur Konstanthaltung des Druckes im Heizsystem. Die Dampfzufuhr zur Heizschlange
13 wird durch ein Regulierorgan 1d. automatisch gesteuert, welches vom Druck
im Behälter i betätigt wird. Der Niederdruckdampferzeuger 9 wird zweckentsprechend
mit großem Wasserinhalt als Speicher ausgeführt.
-
Die Messung des Differenzdruckes kann mit den üblichen Einrichtungen,
wie Kolbenmanometern, Ringwagen oder ähnlichem, .erfolgen. Eine beispielsweise Ausführungsform
des Differenzdruckmessers 7 (Fig. i) als Kolbenmanometer zeigt Fig.3. Der Differenzdruckmesser
ist bei ia an die Verteilleitung4, bei o an die Sammelleitung 6 angeschlossen. Auf
den Labyrinthkolben 15 wirkt die Druckdifferenz zwischen den Leitungen q. und 6.
Die Bewegung des Kolbens wird von dem Geber 16, der auf der verlängerten Kolben-Stange
17 sitzt, auf elektrischem oder magnetischem Wege angezeigt. Das Eigengewicht des
Kolbens usw., evtl. um Belastungsgewicht vermehrt, ergibt die untere Grenze des
Anzeigebereiches. Eine Feder i8 wirkt dem Differenzdruck entgegen. Geneigt angeordnete
Kühlrippen i9 sorgen für Kühlhaltung der magnetischen bzw. elektrischen Einrichtungen
2o.
-
Das Überströmventil 35 zur automatischen Konstanthaltung des Differenzdruckes
zwischen den Leitungen ¢ und 6 kann beispielsweise auch nach demselben Prinzip ausgebildet
werden, auf dem der in Fig. 3 gezeigte Differenzdruckmesser 7 beruht. In Fig. q.
sind daher nur jene Einzelheiten dargestellt, in denen sich dieses überströmventil
von dem Differenzdruckmesser unterscheidet. Die Anschlüsse o und yz sind dieselben,
und der Kolben 15 steuert selbsttätig die Überströmschlitze 36, indem er durch einen
steigenden Überdruck von unten her gehoben wird und mehroder weniger überströmquerschnitt
freigibt. Vorteilhaft wird nach Art von Kolbenschiebern eine Führungsbüchse 37 eingesetzt.
Besonders bei Anlagen, die dauernd ein Überströmen von Heißdämpf in die Leitung
6 er,-fordern, wird mit Vorteil der Differenzdruckmesser 7 mit dem Überströrnventil
35 kombiniert, wie es Fig. 3 und q. erkennen lassen, bzw. der Differenzdruckmesser
überhaupt weggelassen.
-
Die Heizschlange 13 zur Verhinderung von Druckänderungen im Heizsystem
kann auf verschiedene Weise in das Heizsystem eingeschaltet werden. Bei der Ausführungsform
der Anlage nach Fig. 5 ist die Heizschlange 13 bei p hinter dem Überhitzer 3 parallel
zu den Heizstellen 5 angeschlossen. Nach Durchströmen der Heizschlange 13 wird der
Dampf entweder bei q oder wie bei der Ausführungsform nach Fig. i- über die Leitung'6
in den Behälter i zurückgeführt. Durch das Überströmventil 35 wird die Druckdifferenz,
unter welcher der Dampf die Heizschlange 13 durchströmt, mit konstant gehalten,
so daß die Stellung des Regelorgans 1q. die Leistungsaufnahme der Heizschlange 13
unabhängig von der Leistung der Heizschlange anzeigt und bei Belastungsänderungen
der Heizanlage keine Nachregelung am Ventil 14 bei konstanter Heizschlangenleistung
nötig ist. Der Vorteil dieser Ausführung ist geringe Umwälzdampfmenge und unbedingter
Zwangslauf durch den Überhitzer 3.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist die Heizschlange 13 in Serie
hinter die Heizstellen 5 geschaltet, wodurch gegenüber der Ausführungsform nach
Fig. 5 noch weiter an Umwälzdampfmenge gespart wird. Die Druckdifferenz in der Heizschlange
13 wird
dabei durch ein eigenes selbsttätiges Überströmventi139
konstant gehalten, so daß_ die Regelung durch das Ventil 38 erleichtert wird. Ein
handbetätigtes Überströmventil4o gestattet die Heizschlange 13 vollständig auszuschalten.
Eine ähnliche Einrichtung wird mit Vorteil auch bei den Ausführungsformen nach Fig.
i und 5 für das Anheizen der Anlage oder sonstige Fälle angewendet: Es ist auch
möglich, die Heizschlange 13 nicht direkt zu beheizen, sondern einen Thermosiphonkreislauf
zwischenzuschalten. Die Heizschlange 13 wird dann als Fallrohr eines geschlossenen,
selbsttätigen Kreislaufes ausgebildet, dessen Steigrohr o. dgl. durch kondensierenden
Dampf aus der Kesseltrommel i beheizt wird. Dieser Kreislauf wird vorteilhaft am
höchsten Punkt an die Kesseltrommel i angeschlossen und ermöglicht es so, ohne jede
Regelung selbsttätig für das Überströmen von Sattdampf in den Behälter und dadurch
für die Erhaltung des Druckes zu sorgen.