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Wasserrohrkessel mit natürlichem Wasserumlauf in Verbindung mit einem
im Zwangdurchfluß betriebenen Verdampferteil Die Erfindung betrifft einen Wasserrohrkessel
mit natürlichem Wasserumlauf, dessen Steigrohre die Kühlrohrwände der " Schmelzkammer
und/oder der Strahlungskammer bilden, in Verbindung mit einem im Zwangdurchfluß
betriebenen Verdampferteil. Sie besteht darin, daß die das Dampfwassergemisch abführenden
Rohre des Durchflußteiles in die Verteiler der Kühlrohrwände einmünden.
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Bei der Ausbildung der Kühlrohre für die Brennkammern eines mit natürlichem
Wasserumlauf betriebenen Dampferzeugers besteht die Schwierigkeit darin, daß die
Rohre an Stellen, wo die Dampfbildung erst beginnt, wo also bei Vollast Wassergeschwindigkeiten:
von höchstens 2 m/s und bei Teillast manchmal solche von 0,5 m/s und weniger
herrschen, bereits sehr stark beheizt werden. In besonders ungünstigen Fällen kann
es dabei zur Bildung stagnierender Dampfblasen. oder zur Bildung von Dampfgassen
an den Rohrwänden kommen, mit Dampfzersetzung und Korrosion der Rohrwand. Diese
Gefahr kann verringert werden durch steile Rohrführung, doch gibt es Schmelzkammerformen,
in denen die annähernd waagerechte Rohrführung überwiegt. Durch Übergang auf Zw:angdurchfluß
oder Zwangumlauf könnten diese Gefährdungen behoben werden, doch müssen dafür andere
mit diesen Systemen verbundene Nachteile in Kauf genommen werden.
Es
ist bekannt, einen Zwangumlaufteil mit einem Naturumlaufteil in einem Dampferzeuger
derart zu koppeln, daß der im Zwangumlaufbeil Erzeugte Dampf vom Wasser getrennt
wird, bevor dieses an der tiefsten Stelle in das Naturumlaufsystem eingeführt wird.
Diese Schaltung hat den Vorteil, daß beim Anheizen des Dampferzeugers der gesamte
Wasserinhalt umgewälzt wird, bei voller Dampfentnahme vermag diese Umwälzung jedoch
den Naturumlauf nicht zu beschleunigen, weil .infolge der Dampfreibung in den Kesselrohren
die im Zwangumlauf geförderte Wassermenge absinkt.
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Eine andere Lösung ist die an sich bekannte Vorschaltung eines Zwangdurchflußdampferzeugers
vor den Naturumlaufteil. Sie geschieht gemäß der Erfindung in der Weise, daß die
Austrittsenden der Rohre des Zwangdurchflußteiles in die Verteiler des Naturumlaufteiles
eingeführt werden, von denen dessen Steigrohre ausgehen, und insbesondere in die
Rohrgruppen, deren Rohre im unteren Teile geringe Steigung haben. Damit der aus
dem Zwangdurchflußteil kommende Dampfwasserstrom auf die Steigrohre des Umlaufteiles
gleichmäßig verteilt wird, ist es zweckmäßig, die Rohre des Durchflußteiles zunächst
in einen als Mischer oder Ausgleicher dienenden Sammler zu führen und diesen durch
über die Länge gleichmäßig verteilte und annähernd gleich lange Rohre mit dem. Verteiler
des Naturumlaufteiles zu verbinden.
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Damit die angestrebte Beschleunigung des Wasserumlaufes durch etwaiges
Ausweichen des Dampfes in die Kurzschluß-Rücklauf-Rohre nicht vereitelt werden kann,
ist es zweckmäßig, bei den gemäß der Erfindung verbundenen Heizflächengruppen Kurzschlußrohre
zu vermeiden. Auch muß Vorsorge getroffen werden, daß der Dampf nicht in die Fallrohre
gelangen kann. Dies kann dadurch geschehen, daß in den Verteiler eine die obere
Hälfte unterteilende Längswand eingebaut wird, welche die Mündungen der Fallrohre
und der Steigrohre voneinander trennt. Dabei müssen die Zwanglaufrohre in das Abteil
für die Steigrohre einmünden. Zuverlässiger ist es, die Fallrohre von unten in den
Verteiler einmünden zu lassen, zweckmäßigerweise indem sie in einem tiefer liegenden
Zwischensammler geführt werden, der durch aufsteigende Rohre mit dem Verteiler verbunden
ist. Dadurch wird die Entwässerbarkeit des Umlaufsystems erhalten.
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Zweckmäßigerweise wird man den Zwangdurchflußteil dort anwenden, wo
er durch seine Rohrführung besonders geeignet ist, etwa für die Rohrschrauben zur
Kühlung des Schlackenablau-fschachtes und/oder des Bodens der Brennkammer, wobei
auch die Zwangdurchflußrohre und Naturumlaufrohre abwechselnd nebeneinander angeordnet
sein können. Auch können kleine Brennkammern, etwa Zyklonmuffeln, ganz mit Zwangdurchflußrohren
verkleidet sein. Diese Maßnahme erfordert jedoch besondere Sorgfalt bei der gleichmäßigen
Verteilung der Rohrausmündungen aller Muffeln auf die Verteiler des Naturumlaufes,
wenn einzelne Muffeln feuerseitig außer Betrieb genommen werden können. Eine gemäß
der Erfindung ausgebildete Doppelschmelzkammerfeuerung ist in der Abbildung im lotrechten
Symmetrieschnitt dargestellt.
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Der mit Kühlrohren verkleidete Strahlungsraum i geht unten in einen
keilförmigen Trichter 2 aus, am den die Brennkammern 3, 4 angeschlossen sind. _
Jede Brennkammer hat in ihrem flachen Boden eine Schlackenablauföffnung 5 bzw. 6
mit angeschlossenem Schacht 7 bzw. B. Die Bremskammern stehen durch Öffnungen, welche
zum Teil von den Schlackenfangrosben g bzw. io verschlossen sind, mit dem Trichter
2 in Verbindung.
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Nur die Seitenwandkühlrohre I I, 12, 13, ausgehend von den Verteilern
14, 15, 16, steigen lotrecht auf. Der Boden der Brennkammer 3 wird gekühlt von einer
Rohrgruppe 17, welche von dem Verteiler 18 ausgeht, anschließend die Stirnwand ig
der Brennkammer kühlt und in dem Sammler 2o endet. Von dem Verteiler 21 gehen die
Deckenkühlrohre 22 zu dem Sammler 23 sowie die Kühlrohre 24 der Wand des Trichters
.2 und des Strahlungsraumes i aus. Von dem Verteiler 25 gehen Bodenkühlrohre 26
nach der Mitte; biegen dann als Schlackenfangrostrohre 9 ab und verlaufen zwischen
den Rohren 24 weiter.
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Die Schlackenöffnung 5 und die Wände des Schachtes 7 sind mit einer
Rohrschraube 27 versehen, in welche mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpe durch
das Rohr 28 Wasser gedrückt wird. das bereits vorher auf annähernd Siedetemperatur
hei Kesseldruck erhitzt worden ist. Ein Teil de" Wassers wird daher in der Rohrschraube
27 verdampfen. Das Dampfwassergemisch wird durch das Rohr 29 .in einen Zwischensammler
30 geleitet, aus dem es durch über die Länge des Sammlers und des Verteilers
gleichmäßig verteilte Verbindungsrohre 31 in den Verteiler 18, 31' und 25 und durch
ebenso verteilte Verbindungsrohre 32 in den Verteiler 2r gelangt.
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Da in der Rohrschraube 27 verhältnismäßig wenig Dampf erzeugt wird,
ist an der Brennkammer 4 eine andere Anordnung der Zwanglaufheizfläche dargestellt.
Der Strom des Naturumlaufes ist derselbe wie in der Brennkammer 3, nämlich vom Verteiler
33 durch die Kühlrohre 34 des Bodens und der Stirnwand zu dem Sammler 35, vom Verteiler
36 durch die Bodenrohre 37, den Schlackenfangrost io und die Rohre 38 des Strahlungsraumes,
von dem Verteiler 39 durch zwischen den Rohren 38 parallel verlegte Rohre. Neben
dem Verteiler 39 ist jedoch ein zweiter Verteiler 4o angeordnet, der "durch
die Deckenrohre 4i mit dem Zwischensammler 42 verbunden ist. In den Verteiler 4o
wird mittels nicht dargestellter Pumpe durch das Rohr 43 Wasser gedrückt. Das erzeugte
Dampfwassergemisch strömt von dem Zwischensammler 42 durch Verbindungsrohre 44 zu
dem Verteiler 39 und durch Verbindungsrohre 45 zu den Verteilern 33 und 36.
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Wenn eine Teilbrennkammer für Teillast bestimmt ist, wird sie bevorzugt
mit der Durchflußheizfläche ausgestattet werden, weil dieser Feuerungsteil stets
in Betrieb sein wird. Es ist jedoch
auch möglich, .den bekannten,
als Bierührungsh.eizfläche ausgebildeten Vorverdampfer zur Dampflieferung heranzuziehen.
Da die Wasserbeimengung nur wenig Nutzen bringt, kann man das aus dem Vorverdampfer
kommende Dampfwassergemisch in einem Abscheider in Da-rpf und Wasser zerlegen. Das
Wasser fließt in bekannter Weise in den Wasseraum oder Dampfraum der Obertrommel
des Naturumlaufkessels, der Dampf wird den Verteilern zugeleitet. Um dies bei allen
Belastungen sicherzustellen, muß in den Wasserweg zwischen Abscheider und der Obertrommel
eine gegebenenfalls von der Gesamtdampfmenge des Kessels gesteuerte Drosselvorrichtung
eingebaut werden, welche einen Druckunterschied erzeugt, der größer ist als . der,
welcher der Wassersäule bis zu den Verteilern das Gleichgewicht hält.
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Wenn die Verteiler auf verschiedener Höhenlage angeordnet sind, genügt
die wasserseitige Drosselung allein nicht mehr, es müssen dann auch Dampfzuleitungsrohre
durch Drosselvorrichtung abgestimmt werden. Diese Maßnahmen können ganz oder zum
Teil vermieden werden, wenn in an sich bekannter-Weise mit Hilfe einer Umwälzpumpe
Dampf aus dem Dampfraum der .Obertrommel oder zwischen zwei flberhitzergruppen entnommen
und in_ den Verteiler eingeleitet wird. Die Förderung der Pumpe kann mit bekannten
Mitteln leicht verändert werden, so daß die Einrichtung bei Förderung von Heißdampf
zugleich in bekannter Weise zum Regler der Enddampftemperatur benutzt werden kann.
Die Dampfumwälzung hat gegenüber dem mitbeheizten Zwangdurchflußdampferzeuger den
Vorteil, daß bei jeder Belastung des Kessels auch ohne Regelung annähernd dieselbe
Dampfmenge gefördert wird ünd daß beim Anheizen sogar ein größeres Dampfvolumen
umgewälzt wird, solange der Dampfdruck gering ist.