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Schaltung für Speisewasservorwärmer mit mehreren rauchgasseitig hintereinanderliegenden
Vorwärmergruppen Der Zweck der Erfindung ist, eine hohe Speisewassertemperatur,
wie sie sich bei stufenweiser Vorwärmung des Speisewassers mittels Turbinenanzapfdampf
oder -abdampf ergibt, bei einer möglichst niedrigen Abgastemperatur zur Erzielung
eines hohen Kesselwirkungsgrades auch dann noch zu ermöglichen, wenn die Ausnutzung
der Rauchgaswärme für die Vorwärmung der Verbrennungsluft nicht erwünscht ist.
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Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist in allen Fällen eine möglichst
niedrige Abgastemperatur anzustreben. Ihre unterste Grenze liegt bei normalen Hochdruckkesseln
mit nachgeschalteten Luftvorwärmern und Verwendung von Steinkohle etwa bei i8o°
C und ist dadurch gegeben, daß ein weiteres Absenken dieser Temperatur bereits eine
nicht mehr tragbare Herabsetzung der Temperaturunterschiede und damit eine Vergrößerung
der Nachschaltheizfläche zur Folge hätte, welche jedoch bei normaler Anordnung im
Kessel meist nicht unterzubringen ist.
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Ohne Luftvorwärmer kann die,, Speisewassertemperatur nur knapp über
ioo° C liegen, wenn bei i8o° Abgastemperatur die Heizfläche des Ekonomisers noch
ausführbar sein soll. Die Wärmeabgabe der Rauchgase an die Nachschaltheizfläche
hängt außer von der Wärmeübergangszahl durch Berührung zwischen Rauchgas und Heizfläche
von der Temperaturdifferenz zwischen Rauchgas und Speisewasser ab.
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Die Gasstrahlung ist in der Nachschaltheizfläche bei den niedrigen
Temperaturen ohne Bedeutung. Auf der Gasseite ist die Wärmeübergangszahl a$ für
eine bestimmte mittlere Temperatur, Abgaszusammensetzung und Anordnung der Heizfläche,
Strömung senkrecht oder parallel zum Rohr, Rohre fluchtend
odeiweretzt,
von der Geschwindigkeit v der Rauchgase 'abhängig, ' a8 = C v" kcal/ms/h
° C, wobei die Potenz n nach Versuchen zwischen o,65 und 0,79 liegt. Die
konstanten Werte sind unter C zusammengefaßt, so daß sich die Wärmeübergangszahl
abhängig von der Rauchgasgeschwindigkeit ausdrücken läßt.
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Es ist möglich, durch Erhöhung der Rauchgasgeschwindigkeit, welche
normal 3 bis 6 m/s beträgt, den Wärmeübergang wesentlich zu erhöhen. Dies hat jedoch
einen erheblichen Anstieg des Strömungswiderstandes zur Folge, welcher mit dem Quadrat
der Rauchgasgeschwindigkeit wächst. Nach M ü n z i n -g e r (Berechnung und Verhalten
vonWasserrohrkesseln, 1929) steigen in einem angegebenen Beispiel die Zugverluste
eines Rauchgasvorwärmers bei 13,8 m/s Gasgeschwindigkeit auf i2o mm WS, während
sie bei 6 m/s 40 mm W S betragen würden. Große Geschwindigkeiten bedingen daher
in der üblichen Ausführung große Zugstärken am Ende der Nachschaltheizflächen und
bringen damit die Gefahr eines Eindringens von Falschluft in die Rauchgase mit sich.
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Üblicherweise erfolgt beim Regenerativverfahren die Vorwärmung des
Speisewassers vor dessen Einspeisung in den Rauchgasvorwärmer. Erfindungsgemäß wird
nun zwischen den Vorwärmergruppen ein Rauchgasreiniger mit Saugzug angeordnet. Zur
Erzielung eines größeren Temperaturgefälles wird ein Rauchgasvorwärmer der Vorwärmergruppen
dem Rauchgasreiniger nachgeschaltet und in den Bereich einer niedrigeren Speisewassertemperatur
sowie eines niedrigeren Druckes angeordnet und das Speisewasser vor Einspeisung
in die folgende Vorwärmergruppe mittels Turbinenabdampf oder -anzapfdampf in einem
Mischvorwärmer erwärmt und in einem Entgaser entgast. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit,
mit der Abgastemperatur unter 18o° C zu gehen, also die Abgaswärme besser anzunutzen,
ohne auf die Vorwärmung der Verbrennungsluft zur Ausnutzung der Rauchgaswärme übergehen
zu müssen.
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Die Vorwärmung der Verbrennungsluft kann bei Bedarf mittels Turbinenabdampf
bzw. -anzapfdampf vorgenommen werden. Dieses bekannte Verfahren zur Erwärmung der
Verbrennungsluft wird in neuerer Zeit häufig gewählt, um den Schwierigkeiten, welche
die Luftvorwärmung in Hinsicht auf die Möglichkeit von Korrosionen infolge Erreichens
des Taupunktes der Rauchgase aufweist, aus dem Wege zu gehen. Wenn es sich um Rostfeuerungen
handelt, ist die Vorwärmung der Verbrennungsluft ohnehin nur bis um ioo° und nur
in bestimmten Fällen erwünscht.
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In der Zeichnung ist die Anlage schematisch dargestellt. Das zur Speisung
bestimmte Wasser wird im Behälter i gesammelt und von der Zubringerpumpe 2 über
die Vorwärmer 3 durch den Rauchgasvorwärmer 4 in den Entgaser 5 gedrückt, wo es
auf die zur Entgasung vorgesehene Temperatur gebracht wird und dann dem Speisewasserbehälter
6 zuläuft. Von hier gelangt es in die Speisepumpe 7,' welche es über die Rauchgasvorwärmer
8 bzw. Vorverdampfer 9 in die Kesselanlage io drückt. Die Rauchgase gelangen hinter
dem Vorwärmer 8 in den Rauchgasreiniger ii, aus welchem der Saugzug 12 die gereinigten
Abgase ansaugt und durch den Vorwärmer 4 über die Druckleitung 13 in den Kamin 14
fördert.
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Die Rauchgasvorwärmerheizfläche 4, welche im Reingasstrom liegt, bleibt
sauber. Eine Rücksichtnahme auf die mögliche Brückenbildung von Flugasche fällt
weg, so daß die Rohrabstände kleiner werden können. Hierdurch steigt die Wärmeübergangszahl.
Diese ist im allgemeinen auch deshalb höher, weil die Heizfläche sauber bleibt.
Die Anschaffung von Rußbläsern kann erspart werden. Da das Speisewasser, welches
dem Rauchgasvorwärmer 4 auf der Reingasseite zugeleitet wird, nur einen unwesentlichen
höheren Druck aufweist, als im Entgaser 5 herrscht, braucht der Rauchgasvorwärmer
nur für diesen geringen Druck ausgelegt zu werden.
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An Stelle des Vorwärmers 4 ist auch die Anordnung eines Vorverdampfers
möglich, welcher mit aufbereitetem und bei Bedarf mit entgastem Rohwasser gespeist
werden kann. Die Anordnung eines Vorverdampfers an Stelle des Vorwärmets 4 bietet
den Vorteil, daß durch die Verdampfung aufbereiteten Wassers Destillat für die Kesselanlage
erzeugt wird.
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Der Steigerung der Rauchgasgeschwindigkeit im Reingasstrom zur Erhöhung
der Wärmeübergangszahl wird nur durch die wirtschaftliche Leistung des Saugzuges
eine Grenze gesetzt. Infolge besseren Wärmeüberganges wird die Heizfläche und damit
der Strömungswiderstand verkleinert. Im gleichen Sinne wirkt sich die Verlegung
des Vorwärmers 4 in den Bereich niedrigerer Speisewassertemperaturen aus, da größere
Temperaturdifferenzen zur Verfügung stehen. Die Kosten der Rauchgasvorwärmerheizfläche
werden trotz der günstigeren Wärmeausnützung niedriger sein. Die angegebene Schaltung
bietet die Möglichkeit, den Kesselwirkungsgrad ohne Zuhilfenahme einer oft nicht
erwünschten Vorwärmung der Verbrennungsluft durch weitestgehende Ausnutzung der
Rauchgaswärme zu verbessern, ohne auf eine hohe Erwärmung des Speisewassers durch
Turbinenabdampf bzw. -anzapfdampf, welche für die Anwendung des Regenerativverfahrens
zur Verbesserung der Stromerzeugung notwendig ist, verzichten zu müssen.