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Anordnung zur Sicherung der Lage der Salzausscheidungszone bei Zwangstromröhrendampferzeugern
Bei Zwangstromröhrendampferzeugern rufen die Ablagerungen der mit dem Speise,#vasser
in die aus Rohren bestehende Heizfläche hineingelangenden Verunreinigungen insbesondere
dann Betriebsstörungen hervor, wenn die Heizflächenteile, in denen sich diese Verunreinigungen
ablagern, einer hohen Wärmebelastung ausgesetzt sind. Die Verunreinigungen lagern
sich hauptsächlich in dem Heizflächenteil ab, in dem das Arbeitsmittel ungefähr
den Zustand erreicht, der im Entropiediagramm durch die obere Grenzkurve gekennzeichnet
ist. Um mit einem Zwangstromröhrendampferzeuger einen störungsfreien Dauerbetrieb
durchführen zu können, ordnet man deshalb die Heizflächen derart an, daß beim üblichen
Betrieb der Zustand, der durch die obere Grenzkurve gekennzeichnet ist, innerhalb
eines Heizflächenteiles erreicht wird, der einer verhältnismäßig niedrigen Wärmebelastung
ausgesetzt ist, d. h. man ordnet diesen Heizflächenteil im Gegensatz zu den übrigen,
die als Strahlungsheizflächen angeordnet sind, in einer berührungsbeheizten Heizkammer
an. In der Regel liegt dieser gefährdete Heizflächenteil also in einem der Brennkammer
des Dampferzeugers nachgeschalteten Zug. Diese Maßnahme allein reicht indessen unter
Umständen nicht aus, um die Gefahr der Rohrzerstörung durch Salzablagerungen im
Betrieb restlos zu beseitigen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß sich die Salzausscheidungszone
im Betrieb nicht immer innerhalb der dafür vorgesehenen Berührungsheizfläche einstellt,
sondern unter dem Einfluß verschiedener welchselnder Betriebsbedingungen bald nach
der einen, bald nach der anderen Richtung wandert. Aufgabe der Erfindung ist es,
dieses Wandern der Salzausscheidungszone auf eine möglichst einfache und sichere
Weise zu verhindern.
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Eine Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die
Überhitzungstemperatur des Dampfes, zweckmäßig selbsttätig, auf gleichbleibender
Höhe gehalten wird und der Überhitzer an einer Stelle in den Heizgasstrom eingeschaltet
ist, an der er zu solchen Anteilen durch Strahlungs- und Berührungswärme beheizt
wird., daß seine Gesamtwärmeaufnahme je Kilogramm Dampf praktisch von Änderungen
der Belastung des Dampferzeugers unabhängig ist.
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Beide Maßnahmen sind, für sich betrachtet, bekannt. Ferner ist es
bekannt, bei einem
Zwangstromröhrendampferzeuger die 'Cberhitzungstemperatur
gleichzuhalten und den Ü berhitzer an einer Stelle in den Heizgasstroin einzuschalten,
an welcher er durch Strahlungs- und Berührungswärme beheizt wird.
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Demgegenüber besteht das Wesentliche der Erfindung darin, daß die
Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Cberhitzungstemperatur und einer gleichbleibenden
Wärmeaufnahme je Kilogramm Dampf in ihrer gleichzeitigen Anwendung als Mittel dazu
dienen, die Gefahr der Rohrzerstörungen durch Salzablagerungen bei Zwangstromröhren
daznpferzeugern auszuschließen, indem die Verschiebungen der Salzausscheidungszone
vermieden werden. Diese Verschiebungen können sich, wie bereits erwähnt, aus verschiedenen
wechselnden Betriebsbedingungen ergeben, auch wenn die Dampferzeuger in der üblichen
Weise mit gleichbleibendem Druck betrieben werden.
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Während die zuerst genannte Maßnahme zur Sicherung der Lage der Salzausscheidungszone
ohne weiteres verständlich erscheint, bedarf die Angabe über die besondere Anordnung
des Cberhitzers im Rauchgasstrom noch einer kurzen Erläuterung.
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Stellt man sich einen Dampferzeuger mit einer Heizfläche in einer
Strahlungsheizkammer und einer Heizfläche in einer Berührungsheizkammer vor und
steigert man die Belastung des Dampferzeugers, so wächst bekanntlich die Wärmeaufnahme
der Berührungsheizfläche je Kilogramm Dampf, während die der Strahlungsheizfläche
je Kilogramm Dampf abnimmt. Das Umgekehrte ist bei einer Verminderung der Last der
Fall. i@Tachdem man sich diese Tatsache in Erinnerung gerufen hat, ist leicht einzusehen,
daß es bei jedem Dampferzeuger aber auch eine Stelle im Heizuasstrom gibt, bei der
Belastungsänderungen des Dampferzeugers auf die Wärmeaufnahme je Kilogramm Dampf
ohne Einfluß bleiben.
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An dieser Stelle im Heizgasstrom soll im vorliegenden Fall der Überhitzer
angeordnet sein. Daß die Salzausscheidungszone, die, -wie gesagt, etwa mit der Zone
zusammenfällt, die durch die obere Grenzkurve im Entropiediagrammgekennzeichnet
ist, durch die Aufrechterhaltung einer bestimmten überhitzungsendtemperatur und
durch die Anordnung des Überhitzers an der vorstehend angegebenen Stelle tatsächlich
gesichert ist, zeigen die folgenden Überlegungen: Wird der Druck, mit dem der Dampf
aus dein Dampferzeuger austritt, wie es in der Regel der Fall ist, auf gleichbleibender
Höhe und gleichzeitig auch die Temperatur des aus dem Dampferzeuger austretenden
Dampfes gleichgehalten, so liegt der Zustandspunkt des aus dem Dampferzeuger austretenden
Dampfes unabhängig von Belastungsschwankungen oder irgendwelchen Änderungen der
Betriebsbedingungen im Entropiediagramin fest. Trägt man nun im Entropiediagramm,
von diesem Festpunkt ausgehend, rückwärts die Cberhitzungswärme ab, so gelangt man
auf einen auf der oberen Grenzkurve liegenden Punkt. Da der Überhitzer erfindungsgemäß
so angeordnet sein soll, daß seine relative Wärmeaufnahme immer gleich groß bleibt,
so wird man, von dem genannten Festpunkt ausgehend, tatsächlich immer auf denselben
auf der oberen Grenzkurve liegenden Punkt gelangen, so daß also die gestellte Aufgabe
mit den angegebenen Mitteln tatsächlich gelöst ist.
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Es wurde eingangs angegeben, daß die Salzausscheidungszone ungefähr
mit der Phase der Dampferzeugung zusammenfällt, die durch die Lage der oberen Grenzkurve
im Entropiediagramm gekennzeichnet ist. Hierzu ist ergänzend noch folgendes zu bemerken:
Das von der Pumpe durch die aus Rohren bestehende Heizfläche hindurchgepreßte Arbeitsmittel
macht infolge der Wärmezufuhr nacheinander die folgenden bemerkenswerten Phasen
durch: Zunächst nimmt das Arbeitsmittel auf seinem Strömungswege mehr und mehr Flüssigkeitswärme
auf, bis schließlich die Verdampfung einsetzt. Auch die Verdampfung schreitet allmählich
fort, und zwar -wird, -während das Arbeitsmittel die Rohre durchströmt, fortlaufend
immer so viel Flüssigkeit in Dampf übergeführt, wie Verdampfungswärme aufgenommen
-wird. Es wird also von dem Punkt der beginnenden Verdampfung an Flüssigkeit und
Dampf nebeneinander bestehen, -wobei allmählich der Dämpfgehalt den Flüssigkeitsgehaltüberwiegt.
Schließlichwirddasgesamte Arbeitsmittel Dampfform angenommen haben, so daß der Rohrinhalt
nur noch aus Dampf besteht, der dann bei fortschreitender weiterer Wärmezufuhr schließlich
mehr und mehr überhitzt -wird, bis er die vorgeschriebene Überhitzungsendtemperatur
erreicht. Eingehende Versuche haben gezeigt, d'aß die Salzausscheidungen besonders
hervortreten und gefährlich -werden innerhalb derjenigen der angegebenen Zonen,
die sich durch überwiegenden Dampfgehalt auszeichnet. I,m einen störungsfreien Betrieb
des Dampferzeugers sicherzustellen, -wird man also nicht erst den Heizflächenteil,
in dem der durch die obere Grenzkurve gekennzeichnete Zustand erreicht -wird, aus
der Brennkammer heraus- und in eine Berührungsheizkarnmer hineinv erlegen, sondern
man wird vorgreifend schon die Zone mit dem überwiegenden Dampfgehalt in eine berührungsbeheizte
Heizfläche
hineinverlegen. Unter Umständen erscheint es geboten, auch den Heizflächenteil,
in dem sich die anfängliche Überhitzung des Dampfes vollzieht, ebenfalls in eine
berührungsbeheizte Heizfläche hineinzuverlegen. Mit anderen Worten heißt das, daß
man nicht, wie eingangs der Einfachheit halber angenommen wurde, die Lage der oberen
Grenzkurve sicherstellen muß, sondern da,ß man, genauer betrachtet, zugleich die
Lage der Dampferzeugungsphasen sichern muß, die innerhalb eines gewissen Bereiches
unterhalb und oberhalb der oberen Grenzkurve liegen. Es ist leicht einzusehen, daß
aber auch diesen Forderungen genügt ist, wenn die Lage der oberen Grenzkurve im
Betrieb unverändert gehalten wird.
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Die Erfindung ist auf Zwa,ngstromröhrendampferzeuger schlechthin anwendbar,
und zwar ganz unabhängig von dem Druck, unter dem der Dampf erzeugt wird. Ihre Anwendbarkeit
erstreckt sich auch auf Grenzdampferzeuger, d. h. auf Dampferzeuger, bei denen der
Dampf unter kritischem Druck und kritischer Temperatur erzeugt wird. Bei diesen
Dampferzeugern geht das Arbeitsmittel, ohne daß eine ausgesprochene Scheidung von
Dampf und Wasser erfolgt, aus dem flüssigen Zustand in den dampfförmigen Zustand
über. Dieser Übergangspunkt liegt wiederum auf der oberen Grenzkurve. Wenn man also
die Lage des Arheitsmittelzustandes, der durch die obere Grenzkurve gekennzeichnet
ist, in bezug auf die Heizfläche mit den erfindungsgemäß angegebenen Mitteln festhält,
so läßt sich( auch bei Grenzdampferzeugern in gleicher Weise ein störungsfreier
Dauerbetrieb durchführen.-