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Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Temperatur von Gasen und
Dämpfen, besonders bei Lufterhitzern für aerodynamische Turbinen Es ist bekannt,
die Endtemperatur der Gase oder Dämpfe von. Erhitzern dadurch zu regeln, daß zur
Kühlung eines Teiles der Heizflächen die Frischluft und zur überhitzung desselben,
Heizflächenteiles Räuchgase verwendet werden, die vom Hauptrauchgasstrom bereits
im Feuerraum abgezweigt werden. Nachteile sind, daß dieser Nebenrauchgasstrom bis
zur Wiedereinführung in den Heizflächen fehlt, wodurch mit einer Verschlechterung
des Wärmeüberganges bei den Erhitzerheizflächen. gerechnet werden muß, und daß zur
Kühlung und Erhitzung zwei Medien (Frischluft und. Rauchgase) verwendet werden müssen.
Weiterhin verlangt das Vorbeileiten von Rauchgasen sehr große Querschnitte, die
schon an sich schlecht unterzubringen. sind. Außerdem sind Klappen erforderlich,
die sich bei den, hohen in Frage kommenden Rauchgastemperaturen leicht verziehen,
klemmen und auf die Dauer nicht dicht halten.
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Es ist weiterhin bekannt, die Endtemperatur überhitzter Dämpfe über
die Temperatur der Rauchgase derartig zu regeln., daß dem Rauchgasstro@m an einer
Stelle niedriger Temperatur eine Teilmenge entnommen und an einer Stelle stro.maufwärts
wieder
in ihn zurückgeleitet wird. Dabei kann das Einleiten des umführten Rauchgasanteiles
in die Verbrennungskammer erfolgen, wodurch eine Senkung der Brennkammertemperatur,
gleichzeitig aber durch Vergrößerung der strömenden Gase eine Verbesserung des Wärmeüberganges
und eine Erhöhung der Überhitzungstemperatur eintreten. Werden die umführten, Rauchgasanteile
nach der Brennkammer direkt vor dem Überhitzer eingeführt, so wird die Temperatur
der Rauchgase und damit die Überhitzerendtemperatur gesenkt.
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Nach der Erfindung soll demgegenüber ein Verfahren zum Regeln der
Temperatur der zu erhitzenden Gase oder Dämpfe in einem rauchgasbphenzten Erhitzer,
vorzugsweise in einem Lufterhitzer für aerodynamische Turbinen, zur Anwendung -
gelangen, nachdem ein Teil der dem Medium zugeführten Wärme an Rauchgase abgeführt
wird, die dem übrigen Rauchgasstrom an einer Stelle niedriger Temperatur entnommen
und wieder in ihn zurückgeleitet werden, an einer Stelle mit mittlerer Rauchgastemperatur
stromauf der Entnahmestelle. Die Entnahme eines Teiles der Rauchgase an einer Stelle
niedriger Temperatur und die Wiedereinführung an einer Stelle mittlerer Rauchgastemperatur
ist also nicht allein Gegenstand der Erfindung.
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Demgemäß soll auch das Merkmal des Anspruches 3 Schutz nur in Verbindung
mit Anspruch i genießen.
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Nach der Erfindung wird die Aufgabe der Regelung der Arbeitsmittelendtemperatur
im Unterschied von den. als bekannt vorausgesetzten Anlagen nicht durch die Bereitung
einer Mischung gewünschter Temperatur, bestehend aus den von der Breimkammer kommenden
Rauchgasen, und den umführten, Rauchgasen, gelöst, sondern. dadurch, daß ein Teil
der Heizfläche aus dann Bereich der von der Brennkammer kommenden Rauchgase herausgezogen
und durch die umführten Rauchgase tieferer Temperatur gekühlt werden.
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Eine Vergrößerung der umführten Rauchgasmenge führt also stets zu
einer Verringerung der Arbeitsmittelendtemperatur, wodurch der Vorteil auftritt,
daß die Regelung wesentlich einfacher ist, denn eine Vermehrung der umführten Rauchgase
wirkt sich immer im gleichen Sinn, nämlich einer Temperaturniedrigung aus. Sie ist
zudem erhebsich träghentsloser, weil nicht erst die Einstellung einer Mischungstemperatur
abzuwarten ist.
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Die durch ein derartiges Verfahren gleichzeitig erzielbaren Vorteile
sind, daß durch die ständige Rückführung einer bestimmten Rauchgasmenge, die bereits
den größten Teil der Nachheizflächen durchströmt hat, das Rlauchgasvolumeu und damit
auch die Rauchgasgeschwindigkeit an den Nachheizflächen vergrößert wird, was eine
Verbesserung des Wärmeüberganges und damit des Wirkungsgrades zur Folge hat.
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Die Erfindung wird in den Fig. i und :2 an einem Ausführungsbeispiel,
und zwar an einem zweistufigen Lufterhitzer für aerodynamische Turbinen, gezeigt.
a ist der Feuerraum des Lufterhitzers, b der letzte Teil der zum Erhitzers der Hochdruckluft
dienenden Heizfläche, in den das in anderen Heizflächen, z. B. in der Heizfläche
g, bereits vorgewärmte Medium bei c eintritt und bei d austritt. Nach Durchströmen.
von b gelangen die Rauchgase zu dem aus e und f bestehenden Niederdruckerhitzer,
dem sich die zum Hochdruckerhitzer gehörende, bereits erwähnte Heizfläche g anschließt.
Auf sie folgt der Vorwärmer für die Verbrennungsluft h, der im folgenden kurz Luvo
genannt wird und den die Rauchgase bei i verlassen.
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Die die Heizfläche b bildenden Rohrschlangen sind nun mit ihrem oberen
Ende h aus. dem Bereich der Rauchgase herausgezogen und vom Rauchgasstrom durch
die Wand l getrennt. Gemäß der Erfindung werden Rauchgase beispielsweise vor Eintritt
in den Luvo h, oder nachdem sie bereits einen, Teil des Luvo durchströmt haben,
durch eineu in der Figur nicht dargestellten Ventilator abgesaugt und bespülen dann
den Teil h der Rohrschlangen b, wobei sie das hocherhitzte Medium abkühlen. Darauf
werden sie an einer passenden Stelle, z. B. zwischen den Heizflächen b und e, wieg
der in den Rauchgasstrom zurückgeleitet.
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Durch die Zurückleitung der Rauchgase wird, wie bereits vorstehend
erwähnt, die in den nachgeschalteten Heizflächen und damit die Rauchgasgeschwindigkeit
in demselben vergrößert, wodurch eine Verbesserung des Wärmeüberganges entsteht.
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Dasselbe Regelverfahren läßt sich sinngemäß auch beim Niederdrucklufterhitzer
verwenden., indem man die Schlangen e ähnlich wie bei der Hochdruckheizfläche
b über die Trennwand m
hinaus nach n hochführt und n von einem
Teil der Rauchgase umströmen läßt.
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Die Heizfläche b besteht in Wirklichkeit aus einer größeren Zahl paralleler
Elemente von derselben Form, wie sie die Fig. i zeigt. Statt nun alle diese Elemente
parallel vom Medium durchströmen zu lassen, kann man sie auch »wickeln«, wie dies
Fig. 2 schematisch zeigt. Man leitet dann die Preßluft bei c und bei d den nunmehr
voneinander getrennten Hälften. i, 2 ... 8 bzw. i', :2'. .. 8' der senkrechten
Schenkel zu.. Die hochsteigenden Äste von Element i und i' werden dann über Kreuz
mit den. fallenden Ästen von Element 5 und 5', die hochsteigenden Äste von Element
2 und 2' mit den fallenden Ästen von Element 6 und 6' usw. verbunden. Der Zweck
dieser Anordnung ist, daß jeder der sechzehn Ströme des Mediums sowohl von den durch
die rechte wie durch die linke Hälfte des, Erhitzers strömenden Rauchgasen beheizt
wird. .Auf diese Weise wird, auch wenn die Temperatur im gesamten heißen Rauchgasstrom
sehr ungleich verteilt ist, in sämtlichen Schlangen der Heizfläche b praktisch dieselbe
Endtemperatur des Mediums erzielt und ein Durchbrennen, einiger zu heiß werdender
Schlangen am sichersten verhindert.
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Bei dieser an sich sehr vorteilhaften Anordnung entsteht eine ziemlich
große tote Heizfläche h. Gemäß vorliegender Erfindung kann diese tote
Heizfläche
aber auf die angegebene Weiser ausgezeichnet und mit sehr geringen Kosten. zum Regeln
der Endtemperatur des Mediums benutzt. werden. Ebenso kann man natürlich auch bei
der Niederdruckheizfläche e verfahren.
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Man kann den Rauchga:sstrom auch hintereinander durch die Regulierheizfläche
ia senden..
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Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie eine sehr
feinfühlige Regelung gestattet, und daß die Ventilatoren zum Fördern der Rauchgase
in tiefen. Temperaturen liegen, wodurch sie billig werden und lange Lebensdauer
haben.