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Anordnung zum Ausgleich von Temperaturschwankungen des Heißdampfes
bei Zwangdurchlaufkesseln Durch Rechnung und Versuch ist nachgewiesen worden, daß
nach einer Beheizungsänderung eines Zwangdurchlaufkessels die Heißdampftemperatur
noch geraume Zeit nahezu auf ihrem alten Wert stehenbleibt, um dann ziemlich rasch
auf den neuen der veränderten Beheizung entsprechenden Wert abzufallen oder anzusteigen.
Die Ursachen zu diesem Verhalten sind neben der Regelverzögerung infolge der Durchlaufzeit
Völumveränderungen im Kesselinnern, die bewirken, daß während des Regelvorganges
bei z. B. absinkender Dampftemperatur vorübergehend weniger Dampf den Kessel verläßt,
als Wasser eingespeist wird. Der rasche Abfall gegen Ende des Regelvorganges stellt
im wesentlichen eine Abkühlungskurve der Eisenmassen des Überhitzers dar. Entsprechende
Verhältnisse ergeben sich bei ansteigender Dampftemperatur. Aus der :Tatur des Zwangdurchlaufkessels
heraus muß man also mit Temperaturänderungen rechnen, die mit den bekannten Regelmitteln
zwar bekämpft werden können, aber nur durch einen gesteuerten Eingriff, etwa in
der Form einer geregelten Wassereinspritzung.
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Die Erfindung geht zum Ausgleich derartiger Temperaturschwankungen
einen grundsätzlich anderen Weg. Es wird nämlich die Speicherfähigkeit des überhitzers
durch Einbau eines über die üblichen Berechnungsgrundlagen hinausgehenden Eisengewichtes
vergrößert.
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Ehe auf die Durchführungsmöglichkeit der Erfindung im einzelnen eingegangen
wird, seien an Hand des Schaubildes der Figur die sich ergebenden Verhältnisse näher
erläutert.
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Hierin ist über dem Gewicht der Überhitzerheizfläche der Wärmeinhalt
des Heißdampfes aufgetragen, und zwar unter der theoretischen Voraus-
Setzung,
daß die Beheizung über die ganze überhitzerlänge konstant sei. Es sind zwei Betriebsfälle,
bei gleicher Speisewassermenge, eingetragen, entsprechend der Linie a für normale
Beheizung und der Linie b für verminderte Beheizung. Bei gegebenem Gewicht der Überhitzerheizfläche
wird also bei normaler Beheizung der Punkt A', bei verringerter Beheizung nur der
Punkt D'erreicht. Entsprechendes gilt bei anderer, kleinerer Cberhitzerfläche für
die Punkte A und D. jetzt sei im Sinne der Erfindung die Speicherfähigkeit
des Überhitzers dadurch vergrößert, daß hinter dem Punkt A ein Stück unbeheizte
Überhitzerheizfläche eingebaut sei von dem Gewicht entsprechend der Strecke A-B.
Das bedeutet, daß in dieser Strecke dem Dampf keine Wärme zugeführt wird, sich also
sein Wärmeinhalt nicht :ändert und lediglich das Gewicht und damit die Speicherfähigkeit
der Überhitzerheizfläche ansteigt. Eine in Punkt B etwa erneut einsetzende Beheizung
verläuft dann in einer Parallelen zur Linie a. Die gleiche Temperaturabsenkung wie
zwischen den Punkten A und D führt zu der Strecke B-C, von wo aus
eine neu einsetzende entsprechend geringere Beheizung parallel zur Linie b verläuft.
Betrachtet man sich jetzt das Rechteck A B C D, so erkennt man folgendes:
Um dem Dampfeine bestimmte Wärmemenge zuzuführen, d. h. um seinen Wärmeinhalt in
kcal/kg bei gegebener Überhitzerfläche zu erhöhen, muß die Temperatur des Überhitzers
entsprechend gesteigert werden. Nimmt aber der Überhitzer eine höhere Temperatur
an, so steigt auch sein eigener Wärmeinhalt in kcal entsprechend an, so daß der
als Ordinate aufgetragene Wärmeinhalt des Dampfes gleichzeitig in einem bestimmten
Verhältnis zum Wärmeinhalt des Überhitzers steht. Dann stellt aber das Rechteck
AB C D unmittelbar eine Wärmemenge dar
und diese Wärmemenge ist die durch Einbau des nicht beheizten Teiles des Überhitzers
gespeicherte Wärmemenge. Diese gespeicherte Wärmemenge wirkt aber dem raschen und
damit schädlichen Temperaturabfall des Dampfes entgegen. Eine entsprechende Überlegung
ist anzustellen, wenn die Beheizung über die normale Beheizung hinausgeht.
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Die Betrachtung sei jetzt auf den Punkt A' übertragen, also auf das
Ende des Überhitzungsvorganges. Auch hier sei wieder ein nicht beheizter überhitzerteil
nachgeschaltet, wobei die Strecke A'-B' gleich der Strecke A-B ist. Dann stellt
die Fläche A',
B', C , D' ebenfalls wieder die zusätzlich
gespeicherte Wärmemenge dar. Man erkennt aber, daß jetzt diese Fläche wesentlich
größer ist als im ersten Falle, d. h. daß bei gleichem Baustoff aufwand die Speichermöglichkeit
wesentlich gesteigert ist. Hieraus wird gemäß der Erfindung die technische Regel
abgeleitet, die Vergrößerung des Eisengewichtes zweckmäßig auf den letzten Teil
der Überhitzerheizfläche zu beschränken. Oh diese Maßnahme in allen Fällen möglich
ist, muß von Fall zu Fall entschieden werden. Es sind durchaus Fälle denkbar, in
denen man aus baulichen Gründen gezwungen ist, sich mit einer kleineren Speicherung
zu begnügen und diese dann entsprechend vom Üherhitzeraustritt entgegen der Strömungsrichtung
des Dampfes nach innen zu verlegen.
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Die Anwendung eines urbeheizten überhitzerteiles als ausgleichende
Speichermaßnahme sei nur als Beispiel erwähnt. Im allgemeinen wird man aus baulichen
Gründen den hiermit verbundenen Aufwand nicht in Kauf nehmen wollen und wird dann
zu anderen Mitteln greifen. Ein solches Mittel ist z. B. die Verwendung von Rohren
von größerer `'Wandstärke, als sie rechnungsmäßig erforderlich wäre. Der durch diese
Maßnahme mehr beanspruchte Räum ist so gering, daß er wohl in den meisten Fällen
zur Verfügung gestellt werden kann. Eine andere Möglichkeit, die ebenfalls baulich
günstig ist, besteht darin, den Überhitzer oder mindestens seinen letzten Teil in
ein Gebiet geringerer Rauchgastemperatur zu verlegen, als nach üblichen Baugrundsätzen
ausgenutzt würde. Daß sich hierdurch eine zusätzliche Speicherung ergibt, wird klar,
wenn man berücksichtigt, daß man die für die Überhitzung des Dampfes benötigte Wärmemenge
nur dann in diesem milden Temperaturgebiet übertragen kann, wenn man die Heizfläche
entsprechend vergrößert und dadurch das Eisengewicht steigert.
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Die Maßnahme gemäß der Erfindung kann offensichtlich die Ursache der
Temperaturschwankung nicht beseitigen, sondern nur ihre Auswirkung mindern. Man
wird daher zweckmäßigerweise die Speicherung als Ergänzung zu den an sich bekannten
Regeleinrichtungen ausnutzen, die zur Verringerung der Temperaturschwankungen des
Heißdampfes dienen. Besonders zweckmäßig erscheint in diesem Zusammenhang die Regelung
mit einer Nebenheizfläche die es gestattet, schon kurz nach Eintritt einer Beheizungsänderung
die Störung des Gleichgewichtes zwischen Brennstoff und Wasser zu erkennen und durch
einen Regelvorgang abzufangen. Im übrigen tritt eine Verkleinerung der Temperaturschwankungen
auch dann ein, wenn man den letzten Teil der Überhitzerheizfläche in ein Gebiet
sehr niedriger Rauchgastemperatur legt, wo also der Temperaturunterschied zwischen
Rauchgas und Heißdampf nur gering ist. Denn dann verringert sich nach bekannten
Gesetzen auch die Wärmeleistung dieses Überhitzerteiles.