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Vorriditung zum Betrieb einer Vergleichsheizfläche bei Kesseln oderbeheizten
Wärmeverbrauchern, insbesondere Zwangdurchlaufkessel Die Erfindung bezieht sich
auf Heizflächen, die zu MeB- und Regelzwecken der Hauptheizfläche parallel geschaltet
sind .und die die Aufgabe haben, die dem Verbraucher zugeführte Wärme in denVergleichsheizfläche
in wesentlich kürzerer Zeit festzustellen, als dies im Wärmeverbraucher selbst möglich
ist, um rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Diese Vergleichsheizflächen
sind insbesondere bei Zwangdurchlaufkesseln zur Anwendung gekommen und unter dem
Namen »Nebenheizfläche« bekanntgeworden. Diese besteht normalerweise aus einem Meßstrang,
durch den mit Hilfe des Wirkdruckes einer in der Speiseleitung angeordneten Blende
mit konstantem Querschnitt ein der Kessellastmenge proportionaler Teilstrom in flüssigem
Zustand gedrückt und durch die Kesselheizwärme miterwärmt wird. Die Erwärmung in
der Nebenheizfläche, festgestellt durch die Temperaturdifferenz zwischen Austritt
und Eintritt, ist ein Maßbild für die dem ganzen Kessel zugeführte Wärmemenge.
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Damit der MeBstrang ein konformes Abbild des gesamten Kesselzustandes
abgibt, ist es notwendig, daß zwei Bedingungen eingehalten werden. Einmal die, daß
die Proportionalität zwischen KesselfluB-menge und MeBflu.Bmenge über den ganzen
Lastbereich hinweg aufrechterhalten wird; zum anderen die, daß die bei Lastwechsel
eintretende Verlagerung der Wärmebelastung ausgeglichen oder in gewünschtem Sinne
gesteuert wird. Bei dieser Anordnung der Nebenheizfläche macht sich die Unannehmlichkeit
bemerkbar, daß bei kleiner Last der Wirkdruck stark absinkt, so daß die gewünschte
Proportionalität des Flusses über den ganzen Bereich nicht gewährleistet ist. Wenn
man bei Maximallast mit einem Wirkdruck von 3 kg/em2
rechnet, der
einen zusätzlichen Verlust bedeutet, so sinkt dieser bei einem Drittel Last auf
ein Neuntel des Wirkdruckes, also auf 1/s kg/cm2 herab. Bei diesem geringen Wirkdruck
kann mit einer einwandfreien $eaufschlagung der Nebenheizfläche nicht mehr gerechnet
werden. Unter Umständen steigt die Temperatur im Meßstrang erheblich an, trotzdem
bei der Lage der Nebenheizfläche im .Kessel ein Abfall erwartet werden müßte. Hierbei
macht sich. zusätzlich die der Rauchgasgeschwindigkeit nicht absolut proportionale
Änderung des Wärmeübergangskoeffizienten geltend. Es ist aber im Interesse einer
einfachen Fenerungsbedienung erwünscht, daß die Temperatur in der Nebenheizfläche
bei allen Lasten möglichst konstant verläuft. Um dies zu ermöglichen, wäre auch
bei einem Drittel Last ein Wirkdruck von etwa i kg/cm2 erforderlich. Dieswürde9
kg/cm2Druckverlustbei Maximallast bedeuten, was nicht zugelassen werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe, die Temperaturanzeige der Nebenheizfläche
über den ganzen Lastbereich hinweg konstant zu halten, ist bereits dadurch versucht
worden, daß die Drosselöffnung in der Hauptdurchflußleitung unter den Einfluß einer
variablen Blende gestellt wurde. Hierbei sollte ein durch eine Feder gesteuerter
Kegel für den eine konstante Temperaturanzeige verbürgenden Fluß in der Nebenheizfläche
sorgen. Es läßt sich beweisen, daß der damit beabsichtigte Erfolg nicht erreicht
werden kann.
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Die vorliegende Erfindung soll die Forderung erfüllen, da.ß bei niedrigem,
über den- ganzen Lastbereich mehr oder weniger konstant gehaltenem Wirkdruck von
etwa i bis 2 kg/cm2 eine möglichst gleichbleibende Temperaturanzeige gewährleistet
ist, wobei gleichzeitig die durch die Rauchgasbeaufschlagung bei Laständerung bedingte
Charakteristik des Kessels ausgeglichen werden soll. Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß
der Wirkdruck im Hauptstrom durch eine verstellbare Drosselblendenöffnung annähernd
oder ganz konstant gehalten. Da dies bei kleiner Last eine erhöhte Beaufschlagung
der Nebenheizfläche und damit einen Temperaturrückgang bedingt, wird auch vor die
Nebenheizfläche eine verstellbare Drosseldüse geschaltet, wobei ihr Widerstand durch
Ausbildung der Blenderöffnung so gestaltet wird, daß er im Verein mit dem sich ändernden
Widerstand der Nebenheizfläche eine gleichförmige Temperaturanzeige in der gewünschten
Höhe ergibt. Eine in diesem Sinne beeinflußbare Nebenheizfläche soll in folgendem
als Vergleichsheizfläche bezeichnet,werden. Im nachfolgenden wird die Ausführung
des Verfahrens beschrieben.
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In Fig. i ist schematisch ein Flußbild, und zwar für einen Durchlaufkessel
mit abgezweigter Speisung der Vergleichsheizfläche dargestellt. Es wird aber darauf
hingewiesen, dalß das Verfahren in seiner Einrichtung auch bei jedem Trommelkessel,
bei dem Speisung und Feuerungszufuhr in Einklang zu bringen ist, wie auch bei jedem
anderen technischen Verfahren, bei dem Wärmestrom und Arbeitsmittel einander anzupassen
sind, angewendet werden kann. Dies kann bei irgendwelchen technischen Verfahren
oder auch bei atomisch beheizten Kesseln eintreten.
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Das Durchiaufsystem des Kessels besteht aus dem Vorwärmer i, dem Verdampfer
2 und dem Überhitzer 3. Es wird durch die Pumpe q. über das lastabhängig von der
Meßblende 5 gesteuerte Ventil 6 gespeist. 7 ist die verstellbare Blende im Hauptkreislauf,
die den gewünschten Wirkdruck für die Belieferung der Vergleichsheizfläche 8 liefert.
Letztere liegt im Kessel, wo sie den Rauchgasstrom mit einer über den ganzen Lastbereich
möglichst konstanten Temperatur abtastet. Diese Stelle ist im allgemeinen der Eintritt
in den Berührungs@teil. 9 ist die ebenfalls verstellbare Blende, deren Widerstand
mit dem sich zusätzlich ergebenden Druckverlust in der Vergleichsheizfläche eine
Beaufschlagung mit gewünschter Temperaturcharakteristik ergeben soll: Hierbei soll,
wie schon gesagt, der Wirkdruck im Interesse eines geringen zusätzlichen Kesseldruckverlustes
über den ganzen Lastbereich hinweg entweder konstant sein oder mindestens bei kleiner
Last eine ausreichende Höhe besitzen. Die Speisung der Vergleichsheizfläche 8 muß
so erfolgen, daß das gewünschte Flußmengenverhältnis zwischen Haupt- und Nebenstrom
auf einer gewünschten Höhe gehalten wird. Das kann durch die Steuerung der Verstelldrossel9
in Abhängigkeit von der Flu :ßmenge in 8 erreicht werden. Dies bedingt die Steuerung
von 9 in -gleicher Weise wie die von 7 durch den Meßdifferenzdruck in 5. Die Verstellung
der Drossel 9 kann mit der der Drossel 7 aber auch direkt kraftschlüssig oder formschlüssig
verbunden werden. Erfindungsgemäß wird deshalb .mit der Verstellung der Hauptdrossel
7 gleichzeitig die der Drossel 9 in der in Fig. 2 dargestellten: Weise am einfachsten
mechanisch vorgenommen. Die Drosselblenden 7 und 9 erhalten verschiebbare Abdeckplatten
io und i i, durch die ihre Durchflußöffnungen 12 und 13 durch die in die Drosselgehäuse
1q. und 15 geführten Stoßstangen 16 und 17 verstellt werden können. Beide Stangen
werden über die Winkelhebel 18 und 19 angetrieben, wobei der Winkelhebel
18 entsprechend der verlangten Last von Hand oder automatisch betätigt wird. Der
Antrieb des Winkelhebels i9 und damit der Abdeckplatte il erfolgt durch die Verbindungsstange
2o, deren Angriffspunkt 2 1 am Winkelhebel i9 durch die Stellschraube 22 verschoben
werden kann. Die Verstellmöglichkeit ist aus dem folgenden Grunde erforderlich.
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Es werde angenommen, daß bei maximaler Last die Blendenabdeckplatten
io und i i die größte Öffnung 12 und 13 in 7 und 9 ergeben und daß damit
das Antriebsgestänge 16, 17, 18 und i9 die Lage I einnimmt. Hierbei betrage die
Flußmenge in 7 990/a der Gesamtflußmenge, der dort erzeugte Wirkdruck i kg/cm2.
Dann soll sich in der Vergleichsheizfläche 8 bzw. in der Drossel 9 bei demselben
Wirkdruck eine Flußmenge von i % bei einer Temperaturerhöhung von ioo° C einstellen.
Die freien Öffnungen 12 und 13 seien untereinander in ähnlicher Form ausgeführt.
Geht man auf kleine
Last, z. B, auf ein Viertel der Maximallast
herunter, und verstellt man, den; Winkelhebel 18 und damit die Abdeckplatte io so,
daß durch die kleine Düsenöffnung i2 viieder ein Wirkdruck von i kg/em2 bei der
Stellung Il erzeugt wird, so stellt sich dieser Druck unter Berücksichtigung des
zusätzlichen Druckverlustes in der Vergleichsheizfläche auch in 13 ein, allerdings
nicht bei i % der 1/4-Lastmenge; sondern. bei einer mehr oder weniger abweichenden
Flußmenge. Damit ergibt sich eine von roo° C abweichende Temperaturanzeige. Um die
Temperaturanzeige trotzdem auf die gewünschte Höhe von ioo° C einstellen zu können,
ist das Hebelverhältnis von i9 so einstellbar ausgeführt, daß sich sowohl bei Lage
I wie auch bei der Lage II die gleichen Temperaturerhöhungen ergeben. Bei ähnlicher
Ausführung der Blenderöffnungen i2 .und 13 ist zu erwarten, daß auch bei
Zwischenlagen die gleich hohe Temperatur wie bei den Lasten I und II erreicht wird.
Es ist weiterhin möglich, die gewünschte Temperaturhöhe in der Vergleichsheizfläche
bei allen Lasten durch entsprechende Ausführung einer der Drosselöffnungen, insbesondere
der von 13, herbeizuführen;. Hierdurch kann gegebenenfalls auch die veränderliche
Charakteristik des Kessels, d. h. die Verlagerung der Flächenbelastung im Berührungsteil
und im Strahlungsteil bei Lastwechsel ausgeglichen werden. Die Einstellung des Winkelverhältnisses
von i9 mittels der Verstellschraube 22 kann im Betrieb vorgenommen werden, dadurch,
daß man die Lasten I und II bei besten Verbrennungsverhältnissen fährt und den Hebel
20 entsprechend der Last II so verschiebt, daß in der Vergleichsheizfläche die gleiche
Temperatur erzielt wird.
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Da unter Umständen aus besonderen Gründen mehrere Vergleichsheizflächen
bei der Kontrolle erforderlich sind, können dieselben durch zusätzlicher, unter
Einfluß nur einer gesteuerten Drosselöffnung 13 stehende Vergleichsleitungen 8'
und 8" geschaffen werden. Im Falle, daß Vergleichsheizflächen mit untereinander
verschiedener Charakteristik gefordert werden, wird dagegen die Verwendung von getrennten
Drosselblenden 9 in besonderen Drosselgehäusen 15 erforderlich, deren Antrieb gleichzeitig
durch mehrere Stoßstangen 20 von 18 aus erfolgt.
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Es. wird weiterhin darauf aufmerksam gemacht, daß .es zweckmäßig ist,
den Durchmesser des Drosselgehäuses 15 größer auszuführen als den Durchmesser des
Vergleichsheizflächenrohres B. Dadurch ist man in der Lage, auch den Durchtrittsquerschnitt
13 der Blende 9 so groß auszuführen, daß der erforderliche Wirkdruck gewährleistet
und trotzdem eine genügend große und anpassungsfähige Blenderöffnung bei nicht zu
kleinen Antriebshebelverhältnissen i9 erzielt wird.