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Heißdampfkühlung und -regelung mit Zwanglauf des Kühlmittels Die Erfindung
betrifft eine Heißdampfkühlung und -regelung mit Zwanglauf des Kühlmittels unter
gleichzeitiger Erzeugung und Merhitzung von Zweitdampf aus dem Kühlmittel, wobei
die Kühlflächen von nassem, gesättigtem oder überhitztem Dampf beaufschlagt werden,
und hat eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltung dieser Kühlung
zum, Gegenstand, welche es ermöglicht, daß das Kühlmittel vom kalten Zustand an
bis zur Verdampfung und Überhitzung Wärme aus dem zu kühlenden Heißdampf aufnimmt.
Auf diese Weise kann mit bedeutend kleineren Kühlmittelmengen gearbeitet werden,
als .es hei den bekannten Heißdampfkühlern bisher der Fall war.
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Bei Heißdampflcühlern ist es bereits bekannt, das Kühlmittel im Zwanglauf
durch den Kühler zu führen, um die Überhitzungstemperatur des erzeugten Dampfes
vor der Verbrauchsstelle gleich zu halten. Bisher wurde aber zu diesem Zwecke lediglich
eine reine Wasserkühlung vorgesehen, bei der also kein Zweitdampf erzeugt, geschweige
denn überhitzt wurde. Dies hatte den Nachteil eines großen Kühlmittel'bedarfes und
entsprechend großer Kühlmittelleitungen.
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Bei der Heißdampftemperaturreglung nach der Erfindung ist der Eintritt
des flüssigen Kühlmittels an die Druckleitung der Kesselspeisepumpe und der Austritt
des überhitzten Kühlmittels unter dem Wasserspiegel an die Ausdarnpftrommel angeschlossen,wabeigleichzeitig
eine durch Parallelschaltung von Kühler und Vorwärzner bedingte selbsttätig gesteuerte
Küh.lmittelzufuhr erfolgt. Hierbei kann gemäß der Erfindung vorteilhaft ein Teil
des überhitzten Kühlmittels gleichzeitig in die Heißdampfleitung eingeführt werden,
während die selbsttätige,Zuführung des Kühlmittels
durch eine in
die Vorwärineleitung eingebaute Drosselscheibe oder ein Drosselventil verstärkt
wird.
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An sich sind Heißdampfkühfer, bei denen der zu kühlende Heißdampf
als Heizmittel zur Erzeugung und Überhitzung von Zweitdampf dient und bei dem der
erzeugte Dampf in die Heißdampfleitung eingeführt wird, nicht neu. Bei diesen Anlagen
wird aber das Kühlmittel nicht im Zwanglauf geführt und nimmt auch nicht vom kalten
Zustand an Wärme aus dem zu kühlenden Heißdampf auf.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann mit dem gleichen Erfolg bei
Dampferzeugern mit oder ohne AusdampftrommelAnwendung finden. Im ersteren Falle
wird das überhitzte Kühlmittel unter dein Wasserspiegel in die Ausdampftromtnel
eingeführt, wobei aber auch gleichzeitig ein Teil des überhitzten Kühlmittels dem
gekühlten Heißdampf beigemischt «-erden kann, während im zweiten Falle das im Zwanglauf
durch den Wärmeaustauscher strömende Kühlmittel nach seiner Umwandlung in Dampf
und anschließender Überhitzung dem gekühlten, Heißdampf in an sich bekannter Weise
unmittelbar beigemischt würde.
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Infolge des grollen Wärmeüberganges bei der Verdampfung des Kühlmittels
ist der Kühlmittelmengenbedarf sehr gering, so daß nur sehr kleine Rohrleitungen
für das Kühlmittel erforderlich sind. Weiter hat die Erfindung den Vorteil, daß
bei der Wärmeentziehung zur Trocknung des nassen Dampfes der Betriehsdampf eine
große Wärmeabgabe, d. h. eine große Temperaturerniedrigung erfährt, während bei
der Wärmeentziehung zur Überhitzung des Sattdampfes der Betriebsdampf nur eine geringe
Wärmeabgabe, d. h. eine geringe Temperaturerniedrigung, erleidet. Die Kühlung gemäß
der Erfindung hat einen großen Wirkbereich, und der gegenläufige Wechsel in der
Beaufschlagung mit NTaß-und Heißdampf erfolgt augenblicklich, vgl. Abb. r, in welcher
die Vorgänge zur Erleichterung des Verständnisses graphisch dargestellt sind. In
der Abbildung stellen die beiden oberen Linien den Heißdampftemperaturverlauf und
die beiden unteren Linien den Kühlmitteltemperaturverlauf dar, und zwar stellen
die beiden ausgezogenen und die beiden gestrichelten Linien zwei verschiedene Betriebszustände
dar.
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Wie die Abbildung erkennen läßt, liegt bei Einführung einer größeren
Kühlwassermenge, siehe untere ausgezogene Linie, der Beginn der Verdampfung als
auch der Überhitzung in einem weiter entfernt liegenden Punkt der durchlaufenden
Heizfläche, während bei Einführung einer geringeren 2lenge, siehe geätrichelte untere
Linie, dez Beginn bei einem näheren Punkt der durchlaufenen Heizfläche liegt. Im
ersten Fall wird die Sattdanipfteniperatur über einem größeren Bereich der Kühlfläche
aufrechterhalten, im zweiten Falle ist der tberliitzerbereicli gröfer.
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Das Kühlmittel nimmt also erfindungsgemäß gleich bei Beginn des Kühlvorganges
bei. einer großen Temperaturdifierenz ntirl einer guten. Wärmeübergangszahl eint
große \G'ärnitinenge auf, was eine int@n4ve Kühlung des Betriebsheißdampfes zur
Folge hat. Im zweiten Fall ist die Sättigungstemperatur schnell erreicht, und die
Überhitzuiistenipcratur erstreckt sich über den größeren Bereich der Kühlfläche.
Das ILülilmittel nimmt also bei einer geringen Temperaturdifferenz und einer schlechten
Wärmeübergangszahl eine kleine Wärmemenge auf, was eine scliwaclie Kühlung des BetriebslieiViclainpfes
zur Folgt hat.
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Dadurch, daß stets gleichzeitig mehrere in gleicher Richtung wirkende
Faktoren eingesetzt «erden, ist die Wirkung der neuen Kühlung äußerst schnell. wie
es für eine gute automatische Temperaturregelung erforderlich ist.
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Ist z. B. die Heilidampftemperätur vor deni Kühler nur wenig über
dem Sollwert, so wird nur wenig Kühlmittel herangeführt und eine große Überhitzung
desselben bewirkt. Diese große Überhitzung vermindert die mittlere Temperaturdifferenz.
zwischen dein Betriebsdampf und dem Kühlmittel. Die fallende Temperaturdifferenz
wiederum zieht das Abfallen der Wärmeübertragung nach :ich. Gleicli-rt@itig tritt
ein weiteres Fallen der @@'ärniedurcligangszah.l dadurch ein, daß die Wärmeübergangszahl
auf der Kühlmittelseite beine Übergang, von Saftdampf auf Heißdampf stark fällt.
Und so wirken bei Versnehrung de Kühlmittels die vorgenannten Falztoren el>tnso@
in uingel-zelirter Richtung auf ein sehr starke: _-Ansteigen der durch die Kühlflächen
übergeführten Wärme hin.
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Die Erfindung hat d--n w-itcren Vorteil, daß durch den Zustandswechsel
des Kühlmittels entsprechend der liolien @-er<lainpftuigswärine desselben zunächst
eine sehr starke Wärmeentziehung, d. h. Temperatursenkung des Betriebsdampfes, erfolgt
und dalli sich daran eine langsamere Feinregelung anschließt, welche durch die verhä
ltnisimißig stark verringerte Überliitzungs«-ärlne (-lus Kühlmittels bei mit steigender
Heißdanipiternperatur des Kühlmittels -fallender spezifischer Wärme bedingt ist.
Dieses Abfallen der spezifischen Wärme hat noch den g@eichzeitigen Vorteil, claß
die Kiihlmengenregelung nur in einem kleineren 1latie zu erfolgen braucht, was den
Regelvorgang erleichtert und die Regelsicherheit erhöht.
Zur Erläuterung
der Erfindung dient außer der graphischen Darstellung gemäß Abb. i die in Abb.2
schematisch wiedergegebene Kesselanordnung, in welcher mit i die Speisewasserpumpe,
mit 2 der Vorwärmer, mit 12 der Verdampfer und mit 3 eine Dampfausscheidungstrommel
bezeichnet ist.
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Hinter der Speisewasserpumpe i zweigt von der zum Vorwärmer und Verdampfer
2 führenden Leitung 4 eine Leitung 5 zu den Kühlflächen 6 ab, die durch die Leitung
7 mit dem in der Abscheidetrommel 3 angeordneten Durchflußrückkühler 8 in Verbindung
stehen.
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Die Kühlflächen 6 sind bei dem gewählten Ausführungsbeispiel in, einer
Überhitzersammel'kammer 9 zwischen. dem Überh.itzer I und II angeordnet.
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In der zu den Kühlflächen 6 abzweigenden Leitung 5 ist ein Regelventil
io -eingebaut, das, in Abhängigkeit vom Überhitzeraustritt 14 gesteuert wird und
die Feinregelung übernimmt.
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Gemäß der Erfindung wird das Kühlmittel an den Kühlflächen 6 entlang
geführt, und zwar von der Speisewasserdruckleitung 4. ausgehend zur Dampfabscheidetrommel
des Kessels oder über die von der Leitung 7 abgezweigten Leitung 16 zur Heißdampfleitung
14 oder zu beiden Stellen hin, so daß keinerlei lästige Rückführung des Kühlmittels
erforderlich ist.
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Hierbei spielen sich die oben näher beschriebenen Wärmeübertragungsvorgänge
am Kühler ab. Steigt nun die Kesselleistung und damit die Überhitzung, so erhöht
sich auch der Spannungsabfall zwischen Pumpendruckleitung und Dampfabscheidetrommel.
Hierdurch erhöht sich selbsttätig der Kühlmitteldurchfluß durch den Kühler. Der
Kühlmittelfluß - wird erforderlichenfalls noch dadurch erhöht, daß in der Speiseleitung
4 zum V orwärmer eine Drosselscheibe 13 oder ein Drosselventil 17 eingebaut wird.
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Die letzte Feinregelung übernimmt dann das Regelventil io in der Leitung
zum Kühler, welches seinen Impuls vom Überhitzeraustritt erhält.
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Wird der Kessel ohne Ausdampftrommel betrieben, so ist der Verdampfer
unmittelbar über die Leitung 18 an den Überhitzer I angeschlossen, während das Kühlmittel
durch die Leitungen 7 und 16 der Heißdampfleitung 14 zugeleitet wird.
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Die Heißdampfkühlung und Regelung gemäß der Erfindung hat noch den
weiteren Vorteil, daß es durch einfache Mittel verwirklicht werden kann.
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In die doch einmal vorhandenen Sammelkammern für die Überhitzerschlarigen
werden entweder zwischen zwei Überhitzerteilen oder am Ende des Überhitzers die
zweckmäßig aus Haarnadelrohren bestehenden Kühlflächen eingebaut, so daß die Baukosten
für einen Kühler nach dem neuen Verfahren gering sind. Auch die Rohrleitungen gestalten
sich einfach; denn die Überhitzersammelkammern liegen örtlich - fast stets günstig
zur Abscheidetrommel oder zum Heißdampfaustritt.
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Der Kühldampf, der mehr oder weniger stark überhitzt ist, wird in
der Dampfausscheidetrommel durch ein geeignetes Durchflußverfahren wieder auf Sattdampftemperatur
zurückgekühlt oder in die Heißdampfleitung eingeführt, um dort durch Mischung kühlend
und temeraturregelnd zu wirken.