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Durchfluß-Röhrendampferzeuger Die Erfindung betrifft einen mit Brennern
befeuerten Durchfluß-Röhrendampferzeuger, der zur Fixierung des Übergangspunktes
eine regelbare Rückführung abgekühlter Rauchgase zum Feuerraum besitzt.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß ein Teil der Rauchgas-Einblasedüsen
im Schlackentrichter und ein Teil unmittelbar vor dem Austritt aus dem Feuerraum
angeordnet ist, wobei in dem Zuleitungskanal zu den unteren Rauchgas-Einblasedüsen
eine von der Dampftemperatur am Ende der Verdampf ungsstrecke beeinflußte und durch
Dampfdruck und Dampfmenge korrigierte Regelklappe angeordnet ist, während in dem
Zuleitungskanal zu den oberen Rauchgas-Einblasedüsen eine durch einen Temperaturfühler
am Feuergasaustritt aus der Brennkammer beeinflußte und durch .die Dampfmenge korrigierte
Regelklappe angeordnet ist.
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In Durchfluß-Röhrendampferzeugern wird die Flüssigkeit in einmaligem
Durchgang zusätzlich erhitzt, dann verdampft und schließlich überhitzt. Bei der
Verdampfung erhöht sich der anteilige Salzgehalt des Wassers immer mehr, bis er
die Löslichkeitsgrenze überschreitet. Daher setzen sich in diesem Gebiet an die
Rohrwände Salzkrusten an, welche den Wärmedurchgang behindern. Um Rohrschäden durch
zu starke Wärmeeinwirkung zu vermeiden, wird die Heizfläche so aufgeteilt, daß die
Restverdampfungsstrecke
in einem Temperaturgebiet der Rauchgase unter 700 ° C zu liegen kommt. Gelegentlich
der Außerbetriebnahme des Kessels werden die Salzansätze mittels Wasser gelöst und
weggespült.
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Aus wirtschaftlichen Gründen werden größere Dampferzeuger dieser Art
auf eine gleichbleibende Dampftemperatur geregelt. Dies geschieht durch Vergrößern
oder Vermindern der zugespeisten Wassermenge. Dadurch wird die wirksame Überhitzerheizfläche
verändert und dem jeweiligen Wärmebedarf angepaßt. Mit ihrer Grenze verschiebt sich
jedoch auch die Restverdampfungszone, deren Ende der Anfang des Überhitzers ist.
Bei dem geringen Wärmeangebot, das in dem Temperaturgebiet unter 700 ° C herrscht,
sind verhältnismäßig lange Rohrstrecken erforderlich, um den gewünschten Regeleffekt
zu erzielen: Die Restverdampfungszone benötigt daher ein großes Heizflächenpaket
für diesen Ausgleich, und es ist'mänch-; mal kaum möglich, ihr so große Heizflächen
zuzuteilen. Daher besteht oft die Gefahr, daß die Restverdampfungszone bis in die
im Strömungssinne nachfolgende Strahlungsheizfläche des Überhitzers übergreift,
wo Salzablagerungen rasch zu Rohrschäden führen.
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Es ist als Einzelmaßnahme bekannt, die Abstrahlung der Flamme innerhalb
des Feuerraumes durch Zuführung von abgekühlten Rauchgasen zu verringern, wobei
diese in Brennerhöhe eingeleitet werden oder durch zwei Düsenreihen, die in etwas
unterschiedlicher Höhe an den Feuerraumwänden liegen, zuführbar sind.
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s ist auch vorgeschlagen worden, die Heizfläche mit' der Restverdampfungszone
in einem Nebenstrom der Rauchgase anzuordnen. Es ist ferner vorgeschagen worden,
die Restverdampfungsstrecke zu verlagern. Es ist weiterhin bekannt, durch Zumischen
von abgekühlten Rauchgasen zu den Feuergasen an deren Austritt aus dem Feuerraum
die Feuergastemperatur herabzusetzen' und dadurch die Wärmeaufnahme des Berührungsüberhitzers
zu reduzieren, so daß bei Lastzunahme und insbesondere bei Überlast die Zunahme
der Dampftemperatur ermäßigt wird.
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Diese einzelnen, getrennt angewandten Maßnahmen gestatten es nicht,
den erfindungsgemäßen Zweck zu erreichen, der darin besteht, den Übergangspunkt,
der bei sinkender Last nach vorn, d. h. in Richtung .des Strahlungsteiles wandert,
an einem Punkt zu fixieren. Erst durch die erfindungsgemäße Maßnahme gelingt es,
die Dampftemperatur über einen weiten Lastbereich gleich zu halten, so daß keine
Notwendigkeit besteht, durch Veränderung der Speisung die Dampftemperatur zu beeinflussen.
Mithin wird beim Zwangdurchlaufkessel .die Restverdampfungszone keinen Anlaß haben,
zu wandern, so daß durch Anwendung dieser Maßnahmen die Lage der Restverdampfungszone
praktisch fixiert ist. Sie benötigt weniger Heizfläche, wodurch es möglich wird,
den Speisewasser- oder den Luftvorwärmer größer auszuführen. Die Einstellung gemäß
diesen Grundlagen wird am besten mit Hilfe einer selbsttätigen Regelanlage vorgenommen,
wie sie in Verbindung mit dem Dampferzeuger in den Abb. i und 2 dargestellt ist.
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Der Dampferzeuger hat einen rechteckprismatischen Feuerraum i, dessen
Wände mit Kühlrohren verkleidet sind. Von dem Verteiler 2 gehen die Kühlrohre 3
der Vorderwand aus, welche zunächst den Schlackenbehälter 4 halb umfassen, dann
die Wand des Schlackentrichters 5 verkleiden, im unteren Teil der Vorderwand so
geführt sind, daß Öffnungen für die Kohlenstaubbrenner 6 frei bleiben, und dann
parallel zueinander und in gleichem Abstand voneinander längs der Vorderwand zu
dem Sammler 7 führen. Ähnlich steigen die Kühlrohre 8 der Rückwand von dem Verteiler
9 auf, bilden die Rückwand des Schlackenbehälters 4 und verkleiden die Rückwand
des Schlackentrichters 5 und bilden, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme feuerfester
Masse, die Rückwand io des Feuerraumes; i, welche zugleich die Vorderwand des absteigenden
Berührungsgaszuges ist. Im oberenTeil 'verlaufen die Kühlrohre 8 abwechselnd geradeaus
und in .dem Dreieckbogen i i, wobei sie mit Hilfe von feuerfestem Baustoff 12 die
keilförmige Nase 13 im oberen Teil des Feuerraumes i bilden. Sie verlaufen dann
als Deckenrohre 14 oder 15 zu dem Sammler 16. In ähnlicher Weise verlaufen die Seitenwände,
von denen nur die linke dargestellt ist, von Verteilern 17, 18, 19 parallel zu dem
Sammler 2o.
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Oberhalb der Nase 13 ist die Hochtemperaturstufe 21 des Dampfüberhitzers
angeordnet. In dem abschließenden absteigenden Gaszug 22 ist der Tieftemperaturteil
des Überhitzers angeordnet, bestehend aus -den Rohrgruppen 23 und 24, sowie die
Restverdampfstrecke mit den Rohrgruppen 25 und 26. - Darunter liegt der Speisewasservorwärmer
mit den Rohrgruppen 27 und 28.
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Die Speisepumpe 29 drückt das Speisewasser durch den Verteiler
30 und die Rohrgruppen 28, 27 des Speisewasservorwärmers in den Sammler 31.
Von dort strömt das Wasser in zwei parallelen Strömen zu den Verteilern 2, 9, 17,
18, i9, falls alle Kühlrohre parallel geschaltet sind. Zur Erzielung einer größeren
Strömungsgeschwindigkeit werden jedoch diese Rohre gewöhnlich in kleinere Rohrgruppen
zusammengefaßt, welche mittels unbeheizter Fallrohre so hintereinandergeschaltet
werden, daß in allen beheizten Rohrgruppen aufsteigende Strömung herrscht. Aus den
Endsammlern 7 und 16 strömt das Dampfwassergemisch dann durch die Rohre 3ä, 33 zu
dem Verteiler 34 und durch die Rohrgruppen 26, 25 der Restverdampfstrecke sowie
die Rohrgruppen 24, 23 der Tieftemperaturstufe des Dampfüberhitzers zu dem Sammler
35.
Aus ihm gelangt der Dampf durch eine Rohrleitung 36 und gegebenenfalls
einen Dampfkühler 37 zu dem Verteiler 38 der Hochtemperaturstufe 21 des Dampfüberhitzers,
die er durch den Sammler 39 verläßt, um durch die Rohrleitung 40 zu den Verbrauchern
zu strömen. Auf Angabe der notwendigen Absperrvorrichtungen ist der Deutlichkeit
halber -verzichtet worden.
Der Dampferzeuger wird befeuert mit Kohlenstaub,
welcher in Mühlen 41 erzeugt und durch die Rohrleitungen 42 zu den Brennern 6 geleitet
wird. Zur Vereinfachung der Darstellung der später beschriebenen Regelung ist angenommen
worden, daß die gesamte Verbrennungsluftmenge durch die Mühlen 41 und die Brenner
6 strömt. Ein Gebläse 43 saugt aus dem Abgaskanal 44 des Dampferzeugers durch Rohr
45 abgekühlte Feuergase an und drückt sie in den Kanal 46. Von dem Verteilstück
47 führt ein Kanal 48 zu mehreren Düsen in der Rückwand des Schlackentrichters,
nahe seiner engsten Stelle. Ein Kanal 49 zweigt von dem Verteilstück 47 nach oben
ab und führt zu den Düsen 5o wenig unterhalb der Verengung des Feuerraumes.
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Die beschriebene Einrichtung wird mittels einer selbsttätigen Regelanlage
wie folgt gesteuert.
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An die Dampfentnahmeleitung 40 ist ein Dampfdruckmesser 51 angeschlossen,
der den Druckimpuls an das Pilotventil 52 weitergibt. Dieses gibt entsprechend dem
empfangenen Impuls aus einem vorhandenen Druckluftnetz konstanter Pressung mehr
oder weniger Druckluft frei, welche durch die Rohrleitung 53 auf den Summengeber
54 einwirkt. Dieser beeinflußt über Leitung 55 den Regelwiderstand 56 des Elektromotors,
welcher die Speisepumpe 29 antreibt. Ein Dampfmengenmesser 57 ist mittels der Meßleitungen
58, 59 zu beiden Seiten der Meßblende 6o an die Dampfentnahmeleitung angeschlossen.
Ein Wassermengenmesser 61 ist durch die beiden Leitungen 62, 63 und der Speiseleitung
64 zu beiden Seiten der Meßblende 65 verbunden. Das Verhältnis von Wasser zu Dampf
wird von diesen Messern mittels des Gestänges 66, 67 auf ein Pilotventil 68 übertragen,
das wieder den entsprechenden Preßluftimpuls an den Summengeber 54 durch Rohr 69
weiterleitet. Dieser Summengeber leitet die Impulse an den Servomotor des Regelwiderstandes
56 weiter, mittels dessen Verstellung die Drehzahl des die Speisepumpe 29 antreibenden
Elektromotors erzielt wird.
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Die vorstehend beschriebenen Regelgeräte sind durch die USA.-Patentschriften
2 054464, i o64748, i 962 676 und 2 298 257 bekanntgeworden.
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In den Kanal 49 ist eine automatisch betätigte Drosselklappe
70 eingebaut, wobei angenommen worden ist, daß das Gebläse 43 mit unveränderlicher
Drehzahl angetrieben wird. Vor dem Überhitzer 21 ist in der Seitenwand des Feuerraumes
ein Temperaturmeßgerät 71 angebracht, welches die wirkliche Feuertemperatur mißt
und das Ergebnis über die Leitung 72 an den Empfänger 73 weitergibt, der das Meßergebnis
über das Pilotventil 74 in Preßluftimpuls umsetzt, daß ihn durch Leitung 75 an den
Summengeber 76 weiterleitet. Über das Wählerventil 77 und die Leitung 78 wird der
Wirkdruck fortgeleitet zu einem Servomotor 79, welcher die Klappe 70 steuert.
Dieser Teil der Regelung ist so eingestellt, daß bei einer der mittleren Belastung
entsprechenden Temperatur am Meßpunkt 71 die Klappe 70 geschlossen ist und
bei ansteigender Feuergastemperatur immer mehr geöffnet wird. Mit Hilfe der Leitung
8o und 81 wird ein Druckimpuls von dem Druckmesser 57 über das Pilotventil 82 an
den Summengeber 76 weitergeleitet. Die Stärke der Einwirkung der beiden Impulse
auf den Geber 76 wird mittels Drosselungen oder anderer geeigneter Mittel dem verfeuerten
Brennstoff angepaßt, so daß im allgemeinen einer der beiden Impulse in seiner Wirkung
überwiegen wird.
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Die Stellung der in dem Kanal 48 befindlichen Drosselklappe 83 wird
von einem Servomotor 84 geregelt, der von dem Temperaturmesser 85 gesteuert wird.
Es mißt die Flüssigkeits- bzw. Dampftemperatur in einem oder mehreren parallelen
Rohren am oberen Ende des Rohrbündels 25 der Restverdampfstrecke. Sobald eine voreingestellte
Temperatur unterschritten wird, gibt er über die Leitung 87 einen Impuls an den
Temperaturwächter 86, der seinerseits das Pilotventil 88 beeinflußt, daß es einen
Preßluftimpuls durch die Leitung 89 an den Summengeber 9o leitet. Dieser beeinflußt
über Leitung 9i das Wählerventil 92, welches das Arbeitsmittel in die Leitung 93
strömen läßt, mittels dessen der Servomotor 84 die Klappe 83 öffnet. Durch die Verbindung
94 und 81 wird der Summengeber 9o von dem Pilotventil 82 beeinflußt, so daß die
Dampfmenge ebenfalls einen Einfluß hat. Weiter erhält der Summengeber den Rückführungsimpuls
von dem Rücksaugekanal.
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Von beiden Seiten der in den Rücksaugekanal 45 eingeschalteten Meßblende
95 führen Meßleitungen 96 und 97 zu dem Durchflußmesser 98, welcher mit Hilfe des
Pilotventils 99 durch Leitung ioo den Druckimpuls zu dem Summengeber 9o gibt.
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Die Leitung der Brenner 6 wird durch Impulse geregelt, welche auf
ein Thermometer ioi zurückgehen, das in die Dampfleitung 4o eingebaut ist. Es beeinflußt
über die Leitung io2 den Temperaturmesser 103, welcher mit Hilfe des Pilotventils
104 durch die Leitung io5 einen Druckimpuls auf den Zwischengeber io6 leitet, der
seinerseits über Leitung 107 den Summengeber io8 beeinflußt. Von dem Dampfmengemnesser
57 wird durch die Leitung 8o ebenfalls ein Impuls an den Summengeber io8 geleitet.
Dieser gibt nun den Impuls über Leitung iog dem Wahlventil iio weiter, welches die
Druckluft für den Servomotor i i i steuert, der die Regelklappe 112 in der Erstluftleitung
steuert.