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Anlage zur Erzeugung von Heißwasser und Dämpf Die Erfindung bezieht
sich auf eine mit mindestens einem Rauchgasvorwärmer und einem Verdampferteil ausgerüstete
Anlage zur Erzeugung von. Heißwasser und Dampf. Sie besteht darin, daß der Vorwärmer
mit einer Netzrücklaufwasser führenden Leitung und einer zweiten, den Verdampferteil
umgehenden, zu einem Gefäß führenden Leitung verbunden ist, an welches der Verdampferteil
ebenfalls angeschlossen ist, wobei die durch den 1Zauchgasvorwärmer strömende Wassermenge
gewichtsmäßig größer ist als die aus dem Verdampferteil anfallende Dampfmenge.
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Erfahrungsgemäß müssen Heißwasserkessel in vielen Fällen derart gebaut
werden, daß sie auch für die Abgabe von Dampf geeignet sind, der z. B. für Rußbläser,
für mit Dampf betriebene Notgruppen, für die Dampfheizung der Zentrale u. dgl.'Verwendung
findet. Abgesehen hiervon, müssen oft an solchen Anlagen dampfabblasende Sicherheitsventile
vorgesehen sein, wie sie beispielsweise bei der Anordnung großer Roste notwendig
sind, weil beim Überheizen der Kessel eine gewisse Zeit zur Dämmung des Feuers zur
Verfügung stehen muß, damit der Rost keinen Schaden erleidet.
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Muß bei Anlagen zur Erzeugung von Heißwasser allein mit unerwünschter
Dampfbildung gerechnet werden, so ergeben sich bei der Verwendung bekannter Vorwärmerkonstruktionen
Schwierigkeiten dadurch, daß beispielsweise gesetzliche Vorschriften die Anordnung
von Rippenrohrgußvorwärmern verbieten. In Schlangenrohrvorwärmern ist die Dampfbildung
an sich zulässig, sie führt jedoch zu
Schwankungserscheinungen zwischen
einzelnen parallel geschalteten Rohrsträngen. Mit der Erfindung werden diese Nachteile
vermieden.
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Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in
den Zeichnungen schematisch dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Anlage mit Ausdehnungsgefäß und Naturumlaufkessel;
Fig. 2 gibt eine Anlage mit Schichtspeicher und Zivangsumlaufverdampfer wieder;
Fig. 3 erläutert eine Anlage mit Schichtspeicher und zwei Abhitzekesseln.
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Die Anlage nach Fig. i ist mit einer vom Druck-%vasser 21 selbsttätig
geregelten Einrichtung i zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen, einem als Zweitrommelkessel
ausgebildeten Verdampferteil 2 und einem Vorwärmerteil 3 ausgerüstet. Über die Leitung
5 ist der Vorwärmerteil mit dem als Ausdehnungsgefäß dienenden Gefäß 4 verbunden.
Der Vorwärmerteil 3 ist ferner über die Verbindungsleitung 6 an den Rücklauf 7 des
Heißwasserverteilungsnetzes 8 angeschlossen.
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Zwischen die Leitungen 6 und 7 ist ein Mischventil 9 eingeschaltet,
von welchem eine Zweigleitung io zur Saugleitung der Vorlaufpumpe ii führt. Der
Pumpe fließt Heißwasser über die Vorlaufleitung 12 aus dem Unterteil des Ausdehnungsgefäßes
.4 zu. Sie versorgt das Heißwassernetz 8, wobei zur Einhaltung von bestimmten Temperaturen
des dem Netz 8 zugeführten Heißwassers das iNfischventil 9 mittels des Thermostaten
13 selbstt 2 'itit, -geregelt wird.
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Der Verdanipferteil 2 wird finit Gefälle über die Speiseleitung 14
aus dem Unterteil des Ausdehnungsgefäßes 4 gespeist. Die dem Verdampferteil 2 zufließende
Wassermenge wird vom Regelventil 2o bemessen, welches vom Standregler 22 in Abhängigkeit
des Wasserstandes gesteuert wird. Vom Verdampferteil 2 führt die mit einem Sicherheitsventil
i9 versehene Dampfleitung 15 zum Dampfraum .4' des Ausdehnungsgefäßes und zum Gebrauchsdampfnetz
16, aus welchem das Kondensat mit Hilfe der Rückförderpumpe 17 über die Leitung
18 in die Rücklaufleitting 7 gefördert wird.
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Die in den Dampfraum 4' des Ausdehnungsgefäßes 4 geleitete Dampfmenge
dient zur endgültigen Aufwärmung des aus dem Vorwärmer 3 kommenden Wassers. Gegenüber
der bekannten Vorwärmerschaltung, bei welcher die ganze Speisewassermenge nach Durchlaufen
des Vorwärmers in die Verdampfertrommel eingeführt wird, läßt sich mit der Anlage
nach Fig. i eine Verbesserung des Kesselwirkungsgrades bei gleichzeitiger Herabsetzung
der notwendigen Verdampferheizfläche erzielen, indem in der Anlage nach Fig. i die
durch den Vorwärmerteil 4 fließende `'Wassermenge 6 zehnmal größer ist als die Dampferzeugung
im Verdampfer-. teil 2.
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Die in Fig. 2 gezeigte Anlage weist einen Wanderrost 45 auf, über
welchem im Strahlungsteil ein Zwangsumlaufverdampfer42 mit Ausgleichdüsen31 eingebaut
ist, während sich im Berührungsteil ein Schlangenrohrvorwärmer 46 befindet. An diesen
Vorwärmer 46 sind die Leitung 47 und die Rückführleitung 23 angeschlossen, wobei
in die Rückführleitung eine Vorwärmerumwälzpumpe 24 eingeschaltet ist. Von der Rückführleitung
23 zweigt die Leitung 25 über ein Regelventil 26 ab und führt zur Kaskade 43, welche
sich im Dampfraum 27' eines Schichtspeichers 27 befindet.
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Die Regelung des Ventils 26 geschieht selbsttätig in Abhängigkeit
von dem im Dampfraum 27' herrschenden Druck mit Hilfe des Druckmessers 28, und zwar
derart, daß bei gegenüber dem Betriebsdruck herrschendem Unterdruck im Dampfraum
27' das Ventil 26 gedrosselt wird, während es bei Überdruck öffnet.
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Der Heißwasserteil 27" im Schichtspeicher 27 ist über eine Leitung
29, in welche die Verdampferumwälzpumpe 30 eingeschaltet ist, mit den Ausgleichdüsen
31 des Zwangsumlaufverdampferteiles 42 verbunden, von welchem die Dampfleitung 32
in den Dampfraum 27' des Schichtspeichers 27 zurückführt. An den Dampfraum 27' ist
das dampfabblasende Sicherheitsventil 48 angeschlossen.
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Vom Schichtspeicher 27 führt die Heißwasserleitung 33 über eine Vorlaufpumpe
34 zum Heißwasserverteilungsnetz 35, welches mit der Rücklaufleitung 36 in Verbindung
steht. Diese führt über ein vom Heißwasserthermostaten 38 gesteuertes Mischventil
37, von welchem einerseits die Zweigleitung 39 zur Vorlaufpumpe 34 und andererseits
die Verbindungsleitung 40 zu einer Speicherumwälzpumpe 41 und weiter zur Rücklaufleitung23
führen. Mit der Leitung .4o ist der Unterteil des Speichers 27 durch die Verbindungsleitung
44 verbunden.
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Zur Inbetriebsetzung der Anlage und zur Rufladung des Speichers 27
werden zunächst die Speicherumwälzpumpe 41, die Vorwärmerumwälzpumpe 24 und die
Verdampferumwälzpumpe 30 angelassen und dann der Kessel angeheizt. Die Vorlaufpumpe
34 bleibt abgestellt. Das über die Leitung 44 dem Speicher 27 entnommene, den Vorwärmer
46 durchströmende Wasser wird erwärmt und über die Leitungen 47, 32 dem Speicher
wieder zugeführt, ebenso das dem Speicher 27 über die Leitung 29 entnommene Heißwasser,
das im Verdampferteil 42 teilweise verdampft und über die Leitung 32 mit jenem der
Leitung 47 gemischt wieder in den Speicher 27 gelangt.
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Solange im Dampfraum 27' der Betriebsdruck nicht erreicht ist, bleibt
das Regelventil 26 geschlossen. Der im Verdampfer 42 erzeugte, über die Leitung
32 dem Speicher zugeführte Dampf erhöht allmählich,,den Druck im Dampfraum 27' bis
auf den normalen Betriebsdruck. Wird dieser überschritten, so öffnet das Regelventil
26, so daß, von der Speicherumwälzpumpe 41 gefördert, kaltes Wasser in den Dampfraum
einströmt und der Druck infolge Kondensationswirkung sinkt.
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Ist der Speicher bis zu einer gewissen Höhe aufgeladen, wird die Vorlaufpumpe
34 in Betrieb gesetzt und heißes Brauchwasser dem Verteilungsnetz 35 zugeführt.
Besteht Gleichgewicht zwischen
| Wärmeerzeugung im Kessel und Wärmeverbrauch |
| im Verteilungsnetz 35, so strömt das in der Lei- |
| tt1119 36 sich sammelnde abgckühlte Wasser über |
| die Leitungen .1o und 23 in den Vorwärmer 46 und |
| weiter in den Dampfrauen 27' des Speichers 27, |
| während im Kreislauf der Leitung 29, des Ver- |
| dampferteils 42 und der Leitung 32 ebenfalls eine |
| Erhitzung und teilweise Verdampfung stattfindet. |
| Ist der Wärmeverbrauch im Verteilungsnetz 35 |
| größer als die \\'ärmeerzettgung im Kessel, so wird |
| der Mehrverbrauch (lern Speicher entnommen, und |
| zwar dadurch, daß ein Teil des Tiber die Leitung 36 |
| geförderten ahgekühltenWassers von derLeitung4o |
| über die Leitung 44 in den Unterteil des Spei- |
| chers 27 einströmt. Der Speicher 27 wird entladen. |
| Ist umgekehrt die Wärmeerzeugung größer als der |
| Wärmeverbrauch, so wird dem Speicher 27 über die |
| 1_citttng ,44 Kaltwasser entnommen und zusammen |
| mit aus der Sammelleitung 36 zuströmendem Was- |
| ser über die Pumpen 41 und 24 dem Vorwärmer 46 |
| zugeleitet. Es findet eine weitere Aufladung des |
| Speichers 27 statt. |
| In dieser Weise werden die Unterschiede in der |
| Wärmeerzeugung und dem Wärmeverbrauch bis zu |
| einem gewissen Grade vom Schichtspeicher 27 aus- |
| geglichen, so daß eine durch die Trägheit der An- |
| lage ohnehin erschwerte Momentanfeinregelung der |
| Wärmcerzettguttg nicht notwendig ist. |
| Die Anordnung nach Fig. 2 besitzt gegenüber |
| bekannten Ileißwassererzeugungsanlagen den Vor- |
| teil, claß die im Verdampferteil .I2 umlaufende Um- |
| wälzwasserrnenge unabhängig von der im Vorwär- |
| merteil -#(, ist. Dadurch wird es möglich, die durch |
| den \"c,t-damhfet-teil 42 zttzttleitencle Wassermenge |
| konstant zu halten. so daß die Bemessung der Aus- |
| gleichdüsen vereinfacht wird. weil sich die Wir- |
| kung des Druckabfalles in diesen Düsen. welche be- |
| kanntlich quadratisch abll<ittgig von der Durchlauf- |
| menge ist, nicht geltend machen kann. |
| Sofern ciie \(ciglichkeit von Dampfbildung im |
| Scltlattgettroltrvortvärmer .L6 besteht, könnten des- |
| sen einzelne parallele Rohrstränge ebenfalls mit |
| _\usgleicltclüseu versehen sein. tim jedem- einzelnen |
| Strang genau gleiche Wassennettgen zumessen zu |
| können, wodurch Unstabilitätserscheinungen im |
| Vorwärnterteil .46 vermieden werden, wie sie durch |
| Dampfbildung im Schlangenrohrvorwärmer 46 bei- |
| spielsweise dann eintreten könnten, wenn der |
| Schichtspeicher 27 überladen ist und das Sicher- |
| heitsvetttil 48 zum Blasen kommt. |
| In der in Fig. 3 dargestellten Anlage sind zwei |
| Abhitzekessel 68 vorgesehen, welche je aus einem |
| nach dem Zwangsumlaufprinzip arbeitenden Vor- |
| wärmerteil 69 und einem Verdampferteil 7o be- |
| stehen. Der Schichtspeicher 71 ist über die Lei- |
| tung 49 und die an diese angeschlossenen, je eine |
| Umwälzpumpe 31 aufweisenden beiden Leitungs- |
| strange 5o mit <letz Ausglcichdüsen 52 der beiden |
| Verdampferteile 70 verbtutden. Die Verdampfer 70 |
| sind mittels Leitungen 54 an die Leitung 55 an- |
| gesclllossctt, -,vclche die hciden \,'orwärtnerteile 69 |
| mit (lern Dampfraum 71' des Schichtspeichers 71 |
| verbindet. |
Die zu den Ausgleichdüsen 53 der Vorwärmerteile 69 führende Rücklaufwasserleitung
56 weist eine Speicherumwälzpumpe 58 und ein hinter dieser eingeschaltetes Regelventil
57 auf. Das Regelventil 57 wird in Abhängigkeit von dem im Dampfraum 71' herrschenden
Druck mittels eines Druckmessers 72 gesteuert, und zwar in der Weise, daß es bei
einem über den Betriebsdruck steigenden Druck mehr öffnet und bei absinkendem Druck
die Rücklaufwasserzufuhr zu den Vorwärmern 69 drosselt.
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In die Leitung 56 ist noch ein Mischventil 59 eingebaut, an das die
Rücklaufleitung 6o und die zur Saugseite derVorlaufpumpe 63 führendeZweigleitung
61 angeschlossen sind. Zwischen der Speicherumwälzpumpe 58 und dem Mischventil 59
ist an die Leitung 56 die Verbindungsleitung 62 zum Unterteil des Speichers 71 angesetzt.
Aus dem mit Heißwasser gefüllten Teil des Speichers 7i führt die Heißwasserleitung
64 zur Vorlaufpumpe 63, an welche das Heißwasservei#teilungsnetz 65 angeschlossen
ist.
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Die Regelung des Mischventils 59 in Abhängigkeit von einer voreinzustellenden
Temperatur des Brauchwassers erfolgt selbsttätig mittels des in der Vorlaufleitung
zu den Verbrauchern 65 angeschlossenen Thermostaten 66. Wird die voreingestellte
Temperatur des heißen Brauchwassers überschritten, so öffnet das Mischventil 59,
so daß über die Leitung 61 Rücklaufwasser dem aus dem Speicher entnommenen Heißwasser
beigemischt wird. Am Dampfraum 71' ist ein Sicherheitsventil 67 angeordnet, über
welches bei Überschreitung einer Sicherheitsdruckgrenze im Druckraum 71' Dampf abgeblasen
wird.
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Zur Inbetriebnahme der Anlage und Aufladung des Schichtspeichers 71
werden die Speicherum-,#välzpumpe 58 und die beiden Vorwärmerumlaufpumpen 51 angelassen.
Aus dem Heißwasserteil des Speichers 71 wird dadurch den Verdampfern 70 über die
Leitungen 49 und 50 Wasser zugeführt und über die Leitungen 54 und 55 dem
Dampfraum 71' zugeleitet. Sobald der Druck im Speicher ansteigt, öffnet das Regelventil
57, so daß der Wasserumlauf über die Leitungen 62 und 56 zu den Vorwärtnern 69 und
weiter über die Leitungen 55 in den Dampfraum 71' einsetzt.
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Der Speicher 71 wird schichtweise in der Richtung von oben nach unten
aufgeladen, wobei der über die Leitungen 54 in die Leitung 55 strömende Dampfanteil,
soweit er durch Mischung mit dem in den Vorwärmern 69 erwärmten Wasser nicht zur
Kondensation gelangt, sich im Dampfraum 7i' sammelt, wodurch der Druck bis auf den
Betriebsdruck von z. B. io atü steigt, welchem eine Heißwassertemperatur im Speicher
71 von i8o° C entspricht. Durch Inbetriebsetzung der Vorlaufpumpe 63 wird über die
Leitung 64 Heißwasser von t 8o° C gefördert, dem durch entsprechende Einstellung
des Thermostaten 66 und dessen Einwirkung auf die Stellung des Mischventils 59 über
die Leitung 61 abgekühltes Rücklaufwasser aus der Sammelleitung 6o in solcher Menge
beigemischt wird,
daß die ins Heißwasserverteilungsnetz 65 geförderte
Brauchwassermenge eine vorgeschriebene tiefere Temperatur von z. B. i75° C aufweist.
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Das über die Sammelleitung 6o rückgeförderte, bei einem bestimmten
Wärmeverbrauch z. B. auf 8o° abgekühlte Brauchwasser fließt im Beharrungszustand
der Anlage über die Pumpe 58, das Regelventil 57 und die Rücklaufleitung 56 in die
Vorwärmer 69 und weiter über die Leitung 55 in den Speicher 71 zurück. Besteht zwischen
Wärmeverbrauch und Wärmeerzeugung kein Gleichgewichtszustand, so wird der Ausgleich
durch den Schichtspeicher 71 herbeigeführt.
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Ist z.B. derWärmeverbrauch im Heißwasserverteilungsnetz 65 größer
als die Wärmeerzeugung in den Abhitzekesseln 68, so wird die Temperatur des durch
die Leitung 55 dem Speicher 71 zugeführten Heißwasser sinken. Dies bewirkt eine
Verminderung des Druckes im Dampfraum 71', wodurch der Druckmesser 72 auf das Regelventil-
57 im Sinne einer Schließbewegung einwirkt. Die durch die Leitung 56 geförderte
Wassermenge wird kleiner; durch die Drosselwirkung des Ventils 57 strömt ein Teil
des durch die Sammelleitung 6o anfallenden abgekühlten Wassers über die Leitung
62 in den Speicher 71, so daß sich der Speicher wärmemäßig entlädt.
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Ist umgekehrt der Wärmeverbrauch geringer als die Wärmeerzeugung,
so steigt die Temperatur des aus den Vorwärmern 69 in die Leitung 55 strömenden
Wassers. Dies hat eine vermehrte Dampfabscheidung zur Folge, was eine Drucksteigerung
im Dampfraum 71' bewirkt. Der Druckmesser 72 gibt dadurch einen Regelimpuls im Sinne
einer vermehrten Öffnung auf das Regelventil 57. Wie bei der Inbetriebsetzung der
Anlage strömt aus dem Schichtspeicher 71 über die Leitung 62 Kaltwasser zusammen
mit dem aus der Sammelleitung 6o anfallenden in die Leitung 56 ein. Die Kaltwasserschicht
im Speicher 71 verkleinert sich, wodurch der Speicher aufgeladen wird.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 sind die beiden Vorwärmerteile 69 unter
sich gleichmäßig mit Wasser beaufschlagt. Die Gesamtvorwärmerspeisemenge ist jedoch
abhängig von der Gesamtbelastung beider Abhitzekessel 68. Besteht die Möglichkeit,
daß diese in starkem Maße einer ungleichen Beheizung ausgesetzt werden, so müssen
die Verdampferteile 7o derart eingerichtet sein, daß sie mindestens die Hälfte der
Wärmeaufnahme eines einzelnen Kessels übernehmen können. Damit ist gewährleistet,
daß in den Vorwärmern 69 auch für jenen Betriebszustand keine Dampfbildung auftritt,
wenn der eine Kessel mit Vollast und der zweite Kessel mit Nullast betrieben wird.
Einrichtungen, um die durch die Vorwärmer 69 umlaufende Wassermenge auf die beiden
Kessel lastgerecht zu verteilen, sind infolgedessen nicht notwendig.
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Dadurch, daß die Verdampferteile 7o durch das in den Vorwärmern 69
vorgewärmte Wasser nicht berührt werden, ergeben sich bedeutende Vorteile für die
Regelung der Anlage. Die Öffnung oder die Schließung des vom Druck oder der Temperatur
im Dampfraum 71' gesteuerten Regelventils 57 hat unverzüglich eine Vergrößerung
oder Verkleinerung des in den Schichtspeicher 71 zurückfließenden Wassers zur Folge.
Bei bekannten Anlagen strömt das in den Vorwärmern vorgewärmte Wasser dem Verdampferteil
zu, wodurch infolge der Dampfbildung eine nachteilige Verzögerung auftritt, bis
sich ein neuer Beharrungszustand ausgebildet hat.
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Beim Überladen des Speichers 71 steigt der Druck, das Sicherheitsventil
67 öffnet, aus der Leitung 62 erhalten auch die Vorwärmer 69 zu heißes Wasser, und
eine Dampfbildung in diesen kann nicht vermieden werden, obwohl das Regelventil
57 vom Druckmesser 72 voll geöffnet und dadurch die den Vorwärmern 69 zufließende
Wassermenge auf das erreichbare Höchstmaß gesteigert wird. Um nun eine Dampfbildung
im Schlangenrohrvorwärmer69 unschädlich zu machen, sind Ausgleichdüsen 53 vorgesehen.
Diese sind derart bemessen, daß sie wenigstens bei voll offenem Regelventil 57 das
Wasser gleichmäßig auf die Parallelstränge verteilen, wodurch ein stabiler Betrieb
gewährleistet ist.
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Es ist zweckmäßig, daß der als Zwangsumlaufverdampfer mit Ausgleichdüsen
ausgebildete und betriebene Verdampferteil ausschließlich zur Auskleidung des Feuerraumes
verwendet ist.