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Einrichtung zur Temperaturregelung eines Zwangstromdampferzeugers
An die Regelung eines Zwangstromdampferzeugers wird genau wie beim Dampferzeuger
mit natürlichem Umlauf die Forderung gestellt, daß sie die der Konstruktion zugrunde
gelegten Betriebswerte (Druck, Temperatur usw.) im Hinblick auf die Forderungen
der angeschlossenen Dampfverbraucher in genügend engen Grenzen gleichhält. Der Verwirklichung
dieser Forderung stehen beim Z:wangstromdampferzeuger jedoch wegen des Fehlens der
Speicherwirkung der Trommel erhebliche Schwierigkeiten entgegen, so daß Regeleinrichtungen
für derartige Dampferzeuger im allgemeinen einen Sonderaufbau aufweisen. Man wird
im allgemeinen feststellen können, daß neben der allgemeinen Regelung zur Gleichhaltung
von Druck und Temperatur Zusatzregler vorgesehen werden, um die eine oder die andere
dieser beiden Betriebsgrößen oder beide zu beeinflussen, wenn die allgemeine Kesselregelung
infolge ihrer Trägheit oder aus sonstigen Gründen nicht ausreicht. Besonderen Wert
legt man bei derartigen Kesselregelungen auf die Gleichhaltung der Temperatur, da
Temperaturschwankungen sich auf den Zustand der Arbeitsmaschine oder den Betrieb
angeschlossener anderer Dampfverbraucher sehr ungünstig auswirken können. Ein bekanntes
Mittel der zusätzlichen Temperaturregelung beim Zwangstromdampferzeuger ist die
Wassereinspritzung. Man wird von ihr jedoch nur dann mit Erfolg Gebrauch machen
können, wenn genügend reines Einspritzwasser zur
Verfügung steht,
da sonst Salzablagerungen und die daraus hervorgehenden Betriebsstörungen befürchtet
werden müssen.
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Man hat versucht, die Temperaturschwankungen durch Einschaltung einer
Trommel gegen Ende der Verdampfungszone oder hinter der Verdampfungszone zu beseitigen
oder wenigstens zu mildern, aus der Überlegung heraus, daß durch die Trommel, wenn
sie im letzten Teil der Verdampfungszone liegt, das Gebiet der beginnenden Überhitzung
eindeutig festgelegt ist. Die Trommel unterbricht aber den Zwangstrom innerhalb
des Kessels und ist infolgedessen nach Möglichkeit zu vermeiden. Sie ist auch dann
schwer zu rechtfertigen, wenn man sie nach Art eines Heißdampfkühlers schaltet und
in ihr bei steigender Überhitzungstemperatur mehr Dampf und mit fallender Überhitzungstemperatur
weniger Dampf erzeugt. Hierdurch wird zwar der Überhitzer je nach seinem Temperaturzustand
mit wechselnder Dampfmenge beaufschlagt und infolgedessen die Temperaturänderung
wieder ausgeglichen, aber betrieblich führt gerade die wechselnde Dampfmenge doch
zu sehr unerwünschten Rückwirkungen auf die allgemeine Kesselregelung.
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Es ist daher bereits angestrebt worden, eine Zusatzregelung zu entwickeln,
die die Durchführung des Zwangstromprinzips durch den ganzen Kessel hindurch gestattet,
dabei aber auch dann brauchbar ist, wenn andere Zusatzregelungen, z. B. Zusatzregelung
durch Wassereinspritzung, versagen würden. Bei einer bekannten Lösung wird ein kälteres
Arbeitsmittel eines Teilstromes zum Wärmeaustausch mit heißerem Arbeitsmittel gebracht
und die vom Teilstrom aufgenommene Wärme dem kälteren Arbeitsmittel durch Mischung
zugeführt. Die Erfindung. geht ebenfalls von einer Einrichtung zur Temperaturregelung
eines Zwangstromdampferzeugers mit in verschiedenen Wärmezonen liegenden Heizflächenteilen
aus, indem ein Heizflächenanteil mit einer ebenfalls im Zwangstrom durchflossenen
Hilfsheizfläche derart gekuppelt ist, daß zwischen diesen beiden Heizflächen ein
Wärmeausgleich stattfinden" kann. Erfindungsgemäß wird jedoch die Hilfsheizfläche
an einen Heizflächenteil hoher Temperatur angeschlossen, in der Weise, daß regelbare
Wärmemengen aus dem hohen Temperaturgebiet über die Hilfsheizfläche auf den im niedrigen
Temperaturgebiet liegenden Heizflächenteil übertragbar sind und daß der abgezweigte
Teilstrom des Arbeitsmittels nach erfolgter Abkühlung einem in einem höheren Temperaturgebiet
liegenden Teil der Heizfläche zwecks Abkühlung des Hauptstromes des Arbeitsmittels
zugeführt wird.
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Wirkungsmäßig läßt sich die neue Einrichtung als Wärmetransport innerhalb
des Kessels betrachten, in der Weise, daß Wärme hoher Temperatur eines Teilstromes
durch Wärmeaustausch mit kälterem. Arbeitsmittel in Wärme niedrigerer Temperatur
umgeformt wird und daß dann der Teilstrom mit diesem niedrigen Temperaturniveau
dem Hauptstrom wieder zugesetzt wird, der entsprechende Wärme aufgenommen hat. Damit
ist der Unterschied gegenüber der älteren Einrichtung gegeben, die ebenfalls auf
einer Art Wärmetransport beruht.
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Ausgangspunkt ist bei dieser aber der kalte und aufzuwärmende Teilstrom,
während bei der Erfindung der Ausgangspunkt ein erwärmter Teilstrom ist, der gekühlt
wird. Abgesehen von wärmewirtschaftlichen Vorteilen hat die neue Anordnung insbesondere
den Vorteil, däß sie für den Teilstrom keine Pumpenarbeit benötigt; denn bei ihr
kommt die Strömung durch einen innerhalb des Heizflächensystems bestehenden Druckunterschied
zustande, während bei der älteren Anordnung zunächst druckloses kaltes Arbeitsmittel
auf den Betriebsdruck des Kessels gebracht werden muß, um in den Kreislauf eingeführt
werden zu können.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung mit
den Merkmalen der Erfindung: Das Speisewasser strömt durch die Speisepumpe r der
Strahlungsheizfläche :2 zu, in der es vorgewärmt und teilweise verdampft wird, gelangt
von dort als Dampf-Wasser-Gemisch in den Übergangsteil 3 und verläßt als Heißdampf
den Überhitzer q.. Erfindungsgemäß ist an der Stelle 6 ein Temperaturfühler in die
Heizfläche eingebaut, der über ein Relais 7 ein Kurzschlußventil 8 beeinflußt. Dieses
steuert je nach seinem freigegebenen Öffnungsquerschnitt die Menge des an der Stelle
5 entnommenen Teilstromes des Arbeitsmittels. Dieses wird, gemäß der Erfindung,
einer Hilfsheizfläche 9 zugeführt, die mit einem Heizflächenteil der Strahlungsheizfläche
a so gekuppelt ist, daß die Wärmemenge des Teilstromes des-Arbeitsmittels im Gegenstrom'
an das in dem Heizflächenteil z zu verdampfende Wasser abgegeben wird.
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Die Regelung des Kessels arbeitet gemäß der Erfindung folgendermaßen:
Die an der Stelle 6 der Überhitzerheizfläche entnommene Temperatur, die der Überhitzungstemperatur
verhältnisgleich folgt, steuert den Öffnungsquerschnitt des Kurzschlußventils. 8.,
und zwar derart, daß bei steigender Temperatur die Drosselung verstärkt und bei
sinkender Temperatur verringert wird. Dadurch wird an der Stelle 5 die Menge des
hier entnommenen Teilstromes des Arbeitsmittels vergrößert bzw. verkleinert, da
die, Drosselung den Druckabfall zwischen den Punkten 5 und 6 ändert. Dieser Teilstrom
gibt durch eine Hilfsheizfläche 9 seine Wärmemenge an den mit ihr gekuppelten Heizflächenteil
z im Gegenstrom ab und verläßt sie kälter. In diesem Zustand tritt er an der Stelle
6 in den Überhitzer ein, wo er sich wieder mit dem Hauptstrom mischt, dessen Temperatur
hierdurch verringert wird. Damit ist der Regelkreislauf geschlossen. Es' wird also
an dieser »Mischstelle 6« durch Mischung von verschieden temperiertem Dampf die
Überhitzungstemperatur geregelt. Hinzu kommt aber, daß die durch die Hilfsheizfläche
9 an den mit ihr gekuppelten Heizflächenteil z abgegebene Wärmemenge des Teilstromes
des Arbeitsmittels dort eine raschere Verdampfung des Wassers hervorruft. Dadurch
wird mit einer gewissen Verzögerung eine größere Dampfmenge in
den
Überhitzerteil geschickt, die ihrerseits eine größere Wärmemenge aufnimmt und somit
ebenfalls eine abkühlende Wirkung an der Mischstelle und in der ITberhitzerheizfläche
hervorruft.
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Um in dem Regelvorgang, falls erforderlich, einen stabilisierenden
Ausgleich herbeizuführen, sieht die Erfindung vor, daß durch ein zweites druck-
und temperaturabhängiges Steuerorgan ii, das dem Kurzschlußventil 8 in der Strömungsrichtung
des Arbeitsmittels vorgeschaltet ist, die Menge des zuströmenden Arbeitsmittels
durch Beeinflussung der Speisepumpe i geregelt wird. Die Druck- und Temperaturentnahme
erfolgt an der Stelle io im Übergangsteil des Zwangdurchlaufkessels.
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Für ein genaues Arbeiten und für die Stabilität der Regelung wird
es im allgemeinen wesentlich sein, daß das Kurzschlußventil 8 von einer Mittellage
her arbeitet und bei keinem Regelvorgang in seine Endlagen gelangt. Es soll stets
nur ein mehr oder weniger großer Öffnungsquerschnitt freigegeben und dadurch die
Temperatur und Menge des abgezweigten Teilstromes des Arbeitsmittels in nicht zu
weiten Grenzen beeinflußt werden. Die Grundregelung der Wasser- und Brennstofführung
wird selbstredend aufrechterhalten.