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Einrichtung zur Begrenzung der Heißdampftemperatur von Dampfkesseln
Es sind sog. Oberflächenheißdampfkühlerbekannt, die die Heißd'ampftemperatur eines
Dampfkessels dadurch nach oben hin begrenzen, daß sie dem Heißdampf durch zweckmäßig
als Rohre ausgebildete Wärmeaustauschflächen hindurch Wärmte von einer verdampfenden
Kühlflüssigkeit entziehen lassen. Zur Ersparnis von Material und Kosten hat man
schon seit Jahren vom Kühlmittel mit ziemlich hoher Geschwindigkeit durchströmte
Kühlrohre in Form fertiger Pakete in die erweiterte Überhitzerkammer eingebaut.
Dies bedingt jedoch den Zwanglauf des Kühlmittels in den Kühlrohren, so daß man
dafür entweder aus der Kesselspeiseleitung entnommenes, tunlichst kaltes Speisewasser
oder auch mittels einer Umwälzpumpe gefördertes Kesselwasser verwendet und für den
letzteren Fall auch schon die Anwendung einer in die Kammer eingebauten Leitklappe
vorgeschlagen hat, die in an sich bekannter Weise den Heißdampf wahlweise von den
Kühlrohren fernhalten und dadurch die Abkühlung bzw. die Endtemperatur des Heißdampfes
unmittelbar regeln soll. Da hingegen bei Verwendung von Speisewasser auch dieses
im Interesse geringsten Kühlmittelverbrauchs möglichst weitgehend verdampft und
zwecks Veränderung der Wirksamkeit der Kühlflächen zumeist sogar mehr oder minder
stark überhitzt wird, so sind in diesem Fall Ablagerungen an den Rohrinnenwänden
und gewisse Korrosionen unvermeidlich, insbesondere wenn das Speisewasser wie bei
den meisten Industriekraftwerken chemisch aufhereitet ist und nicht aus reinem Kondensat
besteht. Darüber hinaus treten aber stets AbschTeckrisse
in den
Kühlschlangen auf, wenn wegen kesselseitig bedingter Heißdampfmindertemperatur der
Kühlwasserzufluß eine gewisse Zeit lang ganz abgesperrt und danach bei . steigender
Überhitzung wieder geöffnet wird.
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Man führte deshalb der Kühlschlange bisher, auch hei kesselseitig
bedingter Minderüberhitzung, stets eine gewisse, beträchtliche Mindestwassermenge
zu, war aber dadurch gleichzeitig gezwungen, die Heißdampftemperatur auch dann noch
erheblich herabzusetzen, wenn dies für den Betrieb durchaus unerwünscht und nachteilig
ist.
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_111e diese Schwierigkeiten sollen durch die Erfindung dadurch vermieden
werden, das die spezifische Wärmeaufnahme des Kühlwassers, bezogen auf die Kühlwassermenge
in kcal/kg, durch entsprechende Bemessung der die Kühlfläche teeaufschlagenden Heißdampfmnenge,
also durch Beeinflussung ihrer Geschwindigkeit und der dampfseitigen Wärmeübergangszahl,
etwa konstant gehalten wird, so daß also das Kühlmittel im ganzen Regelbereich nur
zu einem gewissen Teil und bei Nullast überhaupt nicht verdampft wird. Dadurch werden
aus dem Wasser während der Dampfbildung ausfallende feste Teile nicht an der Rohrinnenwand
abgelagert, sondern durch den stets vorhandenen Flüssigkeitsanteil laufend fortgespült.
Gleichzeitig werden aber auch unzulässige Erhitzungen des Rohrwerkstoffes sowie
Abschreckungen beim Ein- und Ausschalten des Kühlwasserzuflusses verhindert. Erfindungsgemäß
ist daher vorgesehen, daß mittels eines in der Kammer angeordneten, gleichzeitig
oder in Abhängigkeit von der Kühlwassermenge gesteuerten, z. B. als Drehklappe ausgebildeten
Lenkorgans nur ein gewisser, einstellbarer Teil des gesamten Heißdampfes unmittelbar
an die Kühlflächen herangeführt wird. Eine zur Drehklappenbetätigung von außen her
erforderliche Achse oder Welle wird zweckmäßig durch einen Stirnflanschdeckel der
Überhitzerkammer nach außen geführt und durch eine Stopfbüchse abgedichtet. Diese
Stopfbüchse kann dann sehr einfach urrd vorteilhaft durch Anordnung eines parallel
zum Kühlwasserregelventil geschalteten Wassermantels gekühlt werden, der laufend
von einer sehr kleinen, zur Dauerbeaufschlagung der Kühlschlange bestimmten Mindestspeisewassermenge
von wenigen kg/h durchflossen wird.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Heißdampfkühlers bestehen also
erstens darin, daß die Heißdampftemperatur niemals tiefer sinkt, als kesselseitig
bedingt bzw. erwünscht ist, daß zweitens die Rohrwand weder durch Abschreckutlgen
aufreißt noch drittens durch Korrosionen oder infolge angegriffen wird. Viertens
kann aber infolge der praktisch völligen Absperrung des Kühlmittels bei Nullast
im Heißdampfraum des Überhitzersammlers keine nennenswerte Kondensatmenge auftreten,
so daß Wasserschläge im Überhitzer finit ihren gefürchteten Folgen ausgeschlossen
bleiben.
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Ein praktisches :@usfiihrungsbeispiel wird an 1 12ind der Zeichnung
erläutert. Gemäß dem in Abb. i dargestellten Ausführungsbeispiel tritt der Heißdampf
durch die Rohre i in die im Querschnitt gezeigte Überhitzerkammer 2 ein und verlädt
siie durch die Rohre 3. Die achsenparallel zur Kammer angeordnete Drehklappe 4 legt
sich bei unbelastetem Kühler an die die Kammerwand berührende Anschlagleiste 5 an
und zwingt damit den Heißdampfstrom, das die Kammer oberhalb des Raumes t-3-4-5
dicht ausfüllende Kühlrohrbündel 6 zu umgehen und die Kammer direkt durch die Rohre
3 zu verlassen. Mit steigender Belastung des Kühlsystems dreht sich die Klappe um
die Achse 7 nach rechts, bis sie bei voller Belastung des Kühlers die Anschlagleiste
8 berührt und somit die gesamte Heiißdampfmenge um das bis zur Oberseite der Drehklappe
heruntergezogene Leitblech 9 herum durch das Kühlrohrbündel6 hindurchleitet. Bei
allen Zwischenstellungen der Drehklappe wird nun der Heißdampf in die beiden Teilströme
io und i i zerlegt, von denen io links der Klappe unter Wärmeabgabe an das Kühlmittel
durch das Rohrbündel 6 hindurchfließet, während Teilstrom i i trechts der Klappe
ungekühlt . das Bündel umgeht und durch Wiedervereinigung mit dem Teilstrom io am
der Stelle 12 die gewünschte Austrittstemperatur der Gesarntheißdampfmenge herstellt,
die bei 3 zur Verwendungsstelle oder in den nachgeschalteten überhitzerteil abströmt.
Es ist also jeder Zwischenste.llung der Klappe ein bestimmtes, mit ihrer Be-Zvegung
von links nach rechts ansteigendes Verhältnis zwischen den Tdilströmen io und i
i und damit eine gleichsinnig wachsende bestimmte Abkühlung des Hai.ßdampfgesamtstromes
zugeordnet. Die Teile 1, 3, 4, 5, 7 und 8 können gegebenenfalls auch bei der praktischen
Ausführung links, rechts oder oben in der Kammer angeordnet sein.
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In Abb. 2 ist ein grundsätzliches Schaltungsbeispiel des Kühlers gezeigt.
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Der Hebelarm 13 der Drehklappe 4 ist über das Koppelglied 14 reit
dem Hebelarm 15 der als Klappe dargestellten Kühlmittelzumeßvorrichtung 16 verbunden,
wobei in der Abbildung das Koppelglied 14 durch ein Steuerwerk 17 verstellt wird,
das einerseits durch den Temperaturmeßkühler 18 in der Überhitzeraustrittsleitun.g
gesteuert wird. Liegt die Heißdampfendtemperatur bei 18 unter dem Sollwert, so hält
das Steuerwerk 17 das Koppelgllied 14 in der rechten Endlage, der Kühlmittelzufluß
zum Heißdampfkühler wird bei 16 geschlossen, und die Drehklappe 4 sperrt den Dampfweg
durch das Kühlrohrbündel ab. Mit steigender Dampftemperatur verschiebt das Steuerwerk
17 das Koppelglied 14 nach links, wodurch sich die Klappe 4 und 16 nach rechts bewegen
und den Kühlmittelzufluß zum Kühler bzw. den -Heißdaml>fweg durch das Kühlrohrbündel
freigeben.