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Dampftemperaturregelung bei einem Strahlungsdampferzeuger Die Erfindung
betrifft eine Dampftemperaturregelung bei einem Strahlungsdampferzeuger mit drei
einzeln regelbaren, nebeneinanderliegenden, parallelen Rauchgaszügen, in deren einem
der Frischdampfüberhitzer und in deren anderem der Zwischenüberhitzer aingeordnet
ist, während der dritte als Umführungszug für die Überhitzerheizflächen dient, und
besteht darin, daß der eine der beiden Überhitzer in zwei parallele Überhitzerzüge
aufgeteilt ist, welche den anderen Überhitzerzug flankieren, daß die Trennwände
der Überhitzerzüge parallel zu den Ebenen der Überhitzerrohrschlangen verlaufen
und daß der Umführungszug die volle Breite der nebeneinanderliegenden Überhitzerzüge
einnimmt. Nach einem Ausführungsbeispiel wird die Zwischenüberhitzergruppe in den
beiden außenliegenden Gaszügen angeordnet, welche den parallelen einzelnen Gaszug
des Frischdampfüberhitzers flankieren. Im Umführungszug können andere Heizflächen,
wie z. B. Wasservorwärmer, Verdampfer oder Übergangspakete, falls die Einrichtung
bei einem Zwanglaufkessel Verwendung findet, angeordnet werden. Bei anderen betrieblichen
Verhältnissen ist es zweckmäßig, den Frischdampfüberhitzer außen und den Zwischenüberhitzer
im inneren Gaszug anzuordnen.
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Bei Strahlungskesseln, deren dampferzeugende Heizflächen ganz oder
über-wiegend als Wandkühlrohrflächen im Feuerraum angeordnet sind, steigt
die
Temperatur des überhitzten Dampfes mit der Belastung. Das gleiche gilt auch für
einen im Rauchgaszug angeordneten Zwischenüberhitzer. Der Dampferzeuger wird gewöhnlich
so ausgelegt, daß bei NormaJIast die gewünschte Dampftemperatur erreicht wird, während
sie bei Teillast absinkt.
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Es ist bekannt, durch Rückführung abgekühlter Rauchgase in den Feuerraum
die Abstrahlung der Flamme im Feuerraum züi verringern und dadurch dem überhitzer
mehr Wärme zuzuführen- Durch diese R&uchgasrückführung kann somit die Dampfternperatur
bei Teillast erhöht werden. Es ist ferner bekannt, bei einem Strahlungsdampferzeuger
drei pärallele Rauchgaszüge anzuordnen, wobei in einem derselben der Frischdampfüberhitzer,
in dem anderen der Zwischenüberhitzer angeordnet ist und der dritte Zug als Umführungszug
dient. Wenn jeder dieser Züge sich über die ganze Kesselbreite erstreckt, wird die
Zugbreite in der dazu senkrechten Richtung so klein, daß der überhitzer mit Haarnadelrohren
ausgebildet werden muß. Diese Maßnahme bedingt eine Unterteilung der Sammler, weil
der Dampfstrom in der Breitenrichtung des Kessels schlangenförmig geführt werden
muß. Dies erschwert einerseits die Entwässerung des Überhitzers, andererseits die
Vorausberechnung der Dampftemperatur, da der Dampf im Querstrom zu den Feuergasen
strömt. Auch liegen Rohre mit höchster Dampftemperatur in -der heißesten Feuergaszone,
was zur Verwendung besonders hochwertiger Werkstoffe zwingt.
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Es wird daher im allgemeinen eine Unterteilung bevorzugt, bei welcher
im Gesamtquerschnitt die Querschnitte der beiden Überhitzerzüge seitlich des Umführungszuges
angeordnet sind, so daß sie zusammen die volle Kesselbreite einnehmen. Diese Anordnung
ergibt dann eine sehr ungleichmäßige Gasverteilung, wenn infolge betrieblicher Maßnahmen
an den Dadpf verarbeitenden Kraftmaschinen die den Zwischenüberhitzer durchströmende
Dampfmenge in anderer Weise verändert wird als die Frischdampfmenge, beispielsweise
durch Zwischendampfentnahme. Die Zugregelung führt dann zu ungleicher Verteilung
der Feuergasmengen über die Kesselbreite, die wieder bis in den Feuerraum zurückwirkt
und zu einem Schiefliegen der Flamme führte was einerseits den Frischdampfüberhitzer
gefährdet, andererseits leicht zu Schlackenansinterungen führt.
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Gemäß der Erfindung werden die Rauchgaszüge in Randzonen und Mittelzonen
aufg(#teilt und in diesen entwedex die Dampfüberhitzerstufen oder Zwischenüberhitzerstufen
parallel geschalltet, wobei der eine Zug als Umführungszug zu dem oder den anderen
verwendet werden kann. Da. jedoch in einem solchen Fall einer der beiden Überhitzer
übertemperaturen erzeugen könnte, ist es zweckmäßig, einen oder beide Überhitzer
zusätzlich mit Dampfkühlern, wie den bekannten Einspritzkühlern, zu versehen. Noch
sicherer läßt sich die angestrebte Wirkung erzielen, wenn zu den parallelen Überhitzerzügen
noch ein besonderer Rauchgasumführungszug angeordnet wird. In diesem können in bekannter
Weise die Ecoflächen, Verdampfer od. dgl. angeordnet werden. Bei der Verwendung
eines Rauchgasumführungszuges kann die Regelung der Dampftemperatur nur mit Hilfe
der Rauchgasmenge bewirkt werden, so daß der Einbau von Dampfkühlern entfällt.
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Durch die Aufteilung des Rauchgaszuges in, 6inen Mittelkanal und flankierende
Seitenkanäle können die Temperaturunterschiede zwischen den beiderseitigen Randzonen
und.der Mittelzone des Rauchgasstromes verkleinert und damit die Regeleingriffe
für die in den regelharen Parallelzügen angeordne ten überhitzer- bzw. Zwischenüberhitzerheizflächeii
gemilder't werden. Da das Ternperaturgefälle zwischen der Heißdampftempergtur, der
Überhitzerstufe und der Rauchgastemperatur in der Mittelzone des Rauchgaszuges wesentlich
größer ist als in den Randzonen, wird die Rauchgastemperatur in der Mittelzone stärker
f allen als in den Ran dzonen. Der Temperaturverlauf ist daher hinter dem
im Zwischenzug angebrachten Überhitzerteil flacher als vor dieser Heizfläche. Diese
bessere Temperaturverteilung über die ganze Zugbreite ermöglicht erfindungsgemäß
eine gleichmäßigere Beaufschlagung der in den einzelnen Parallelzügen untergebra,chtien
Heizflächenteile, während anderenfalls zum Ausgleich der höheren Temperauturunterschiede
die äußeren Züge stärker beaufschlagt werden müssen, um durch erhöhte Geschwindigkeit
der R&uchgase das kleinere Wärmegefälle in diesen Zügen auszugleichen. Da jedoch
eine hohe Geschwindigkeit einen Druckverlust zur Folge hat, kann mit der vorgeschlagenen
Anordnung eine verlustarme Regelung sowohl der Heißdampf- als auch der Zwischendampftemperatur
erzielt werden, je nachdem die einzelnen Stufen in den. entsprechenden Zügen
angeordnet werden. Durch Zusammenfassung jeweils paralleler Teilzüge! können gleiche
Temperaturgebiete des Rauchgasstromes zusammengefaßt werden. Wenn beispielsweise
der Zwischenüberhitzer mit geringem Dampfdruck arbeitet und nur mäßige Überhitzung
erzeugen soll, wird er flankierend zu dem Frischdampfüberhitzer angeordnet, der
somit in einer Zone gleichmäßiger Feuergastemperatur liegt unddadurch mit größerer
Sicherheit für die Normaltemperatur bemessen werden kann. Ist dagegen eine hohe
Aufheizung des Zwischendampfes erwünscht, so wird es günstig sein, den Zwischenüberhitzer
in den Mittelkanal zu verlegen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Dampftemperaturregelung wird
es also erreicht, die Dampftemperatur über die Spanne der zulässigen Belastungen
sowohl beim Frischdampfüberhitzer als auch beim Zwischenüberhitzer gleichzuhalten.
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Die erfindungsgemäß angeordneten Überhitzerzüge und der Umführungszug
sind in bekannter Weise mit Rauchgasklappen versehen. Die in diesen Zügen. angeordneten
Heizflächen, sind so bemessen, daß bei Normallast bei voll geöffneten Drosselklappen
der Überhitzerzüge und geschlossenen Drosselklappen des Umführungszuges ohne Einspritzung
die
normalen Dampftemperaturen erzielt werden. Bei Teillast wird zweckmäßig mit der
bekannten Rauchgasrückführung gearbeitet und die Dampftempera,tur des Dampfüberhitzers
mittels der Ra-uchgasmenge geregelt, welche durch den Dampfüberhitzerzug strömt.
Bei Überlast ist die Rauchgasrückführung außer Betrieb, und ihre Klappen sind geschlossen;
die Dampftemperatur des Frischdampfüberhitzers kann dann mit der bekannten Wassereinspritzung
und die Dampftemperatur des Zwischenüberhitzers mit hilfe der durchströmenden Rauchgasmenge
und gegebenenfalls zusätzlich mit Wassereinspritzung geregelt werden.
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Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung in einem besonderen
Ausführungsbeispiel vereinfacht dar. Es bedeutet Abb. i einen Dampferzeuger im Schnitt
längs der lotrechten, Symmetrieebene und Abb. 2 einen waagerechten, Schnitt entlang
der Schnittlinie Z-Z der Abb. i mit in den Außenzügen angeordnetem Frischdampfüberhitzer.
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Der prismatische Feuerraum i ist von vier Seitenwänden 2,
3, 4, 5 umgeben, welche nach dem Feuer zu mit Verdampferrohren
6, 7, 8, 9 verkleidet sind. Diese Rohrgruppen gehen von Verteilern io, I
1, 12, 13 aus und münden entweder wie die Rohrgruppen 6, 8 unmittelbar
in die Kesseltrommel 14 oder wie die Rohrgruppen 7, 9 in Sammler 15,
welche
durch nicht dargestellte Überströnirohre mit der Kesseltrommel 14 verbunden sind.
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Die Kesseltrommel 14 ist durch Fallrohre 16 mit den, Verteilern io
bis 13 verbunden. Die Rückwand 4 des Feuerraumes i ist in ihrem oberenreil
mit den Kühlrohren, 8 zu einem keilf örmigen Vorsprung 17 geformt,
welcher den Gasaustritt 18 aus dem Feuerraum nach unten begrenzt, während die obere
Grenze die Decke ig bildet. Sie wird von den Kühlrohren 8 getragen., welche!,
nachdem sie abwechselnd den keilförmigen Vorsprung 17 nach links oder rechts umgangen
haben, als Rohrgruppen:2o den Schrägzug 21 durchqueren und als Deckentragrohre 22
zur Kesseltroinmel 14 verlaufen.
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In dem Schrägzug ist die Hochtemperaturstufe 23 des Dampfüberhitzers
untergebracht, der anschließende absteigende Zug ist in zwei außen:-liegende, symmetrische
Teilkanäle 24, 25 unterteilt, welche gleiche Rohrgruppen des Dampfüberhitzers
enthalten, und in einen mittleren Zug 26, welcher die Rohrgruppen
27, 28, 29, 30, 3 1 des Zwischenüberhitzers enthalten. je nach den Erfordernissen
der Dampfkraftanlage können in den beiden außen,-liegenden Zügen 24, 25 auch
die kohrgruppen des Zwischenüberhitzers und in dem mittleren Zug 26
die Rohrgruppen
des Frischdampfüberhitzers angeordnet werden. Außerdem ist ein Umführungszug
3:2 vorgesehen, in welchem sich Rohrbündel 33, 34, 35 des Speisewasservorwärmers
befinden. Die Trennwände zwischen diesen Zügen sind gasdicht bei den. üblichen Druckunterschieden.
Sie setzen sich fort bis zu den Drosselklappen36, 37,
38 und
39. In Abb. 2 sind die Drosselklappen 36
bis 38 neben den Zügen.
dargestellt, unter denen. sie in Wirklichkeit liegen.
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Nachdem die Rauchgase die Klappen passiert haben, zweigt von dem Abgaskanal
40 ein Kanal 41 ab, der zur Sangseite eines Gebläses 42 führt. Dieses fördert die
aus dem Kanal 40 angesaugten Rauchga,se durch das mit einer DrosselklaPPe 43 versehene
Rohr 44 und Düsen 45 in den Feuerraum i am unteren Ende des Schlackentrichters 46.
Dieser Trichter ist nicht absperrbar, so daß die anfallende Schlacke sich in ihm
nicht ansammeln wird. Sie fällt vielmehr unter Luftabschluß durch einen Schlackenschacht
47 in, die nicht dargestellte Austragvorrichtung.
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An der Stirn-wand 2 des Feuerraumes i befinden sich die -Brenner für
Kohlenstaub oder einen anderen geeigneten Brennstoff. Sie sind in drei parallelen
Reihen 48, 49, 5o übereinander angeordnet, so daß jede Reihe mehrere auf gleicher
Höhe liegendc Brenner hat.
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Der Dampf strom des Dampf überhitzers geht von der Trommel 14 durch
die Rohre 5 1 zu dem Sammler 52, durch die Rohre 53 und 54
zum Zwischensammler 5 5 und von ihm durch die Rohrschlangen 31,
30, 29, 28, 27 zum Sammler 56. Von ihm aus strömt der Dampf
durch Rohr 57, den Einspritzkühler 58 und Rohr 59 zum Sammler
6o. Von diesein gehen die Rohre der ÜberhitzerstUfe 23 aus, welche in dem
Sammler 6 1 endigen.
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Von dem Sammler 61 strömt der Dampf durch Rohr 62 in die Hochdruckdampfturbine
63. Vor der Turbine sind in die Rohrleitung 62 eingebaut ein Temperaturinesser
64, der durch Leitungen 65 mit einem Schreibanzeigegerät 66 verbunden
ist, sowie ein Anschluß an den Druckmesser 67 und eine Stauscheibe
68, deren Meßleitungen zu dem Mengenschreibanzeiger 69 führen.
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Der Ahdampf verläßt die Hochdruckturbine durch das Rohr 7o, durchströmt
den Einspritzkühler 71 und gelangt durch Rohr 72 in den Sammler
73. Er durchströmt die Rohrschlangen 31
bis 27 des Zwischenüberhitzers,
die er an, dem Sammle#r 74 verläßt. Er strömt durch die Rohrleitung 75 zur
Niederdruckturbine 76 und wird nach Arbeitsleistung in dem Kondensator
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niedergeschlagen. In die- Leitung 75 ist ein Temperaturgeber
78 eingebaut, der durch Leitungen 79
mit dem Schreibanzeiger 8o verbunden.
ist.
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Aus d#r Hauptspeiseleitung durch eine Leitung 81 abgezeigt, läßt das
von einem Elektromoto#r 82 gesteuerte Ventil 83 Speisewasser durch die Rohrleitung
84 zur Düse 85 und durch diese in den. Einspritzkühler 58 eintreten.
In gleicher Weise kann mit Hilfe eines Ventils 86, das durch einen Elektromotor
87 angetrieben wird, durch die Rohrleitung 88 und die Düse
89 Speisewasser in den Dampfkühler 71 eingespritzt werden.
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Unter der Annahme, daß der Umgehungszug 32
nicht vorhanden oder
dauernd abgesperrt wäre, ist die betriebliche Regelung der Dampfteniperaturen wie
folgt gedacht: Bei Teillast sind die Drosselklappen 36, 37, 38
voll geöffnet.
Mit Hilfe des Gebläses 4:2 werden gekühlte
Rauchgase in den Feuerraum
i zurückgeführt. Von den Brennern i st nur einer oder mehrere der Reihe 48 in Betrieb.
In dem Maße, wie die Dampfleistung des Dampferzeugers gesteigert werden soll, werden
Brenner der Reihen 48 und 49 zugeschaltet und durch Drosseln der Klappe 43 weniger
Rauchgase rückgeführt.
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Bei Vollast soll gemäß Entwurf ein Zustand erreicht sein, bei dem
mit Hilfe der Brenner 48, 49 und gegebenenfalls eines Teiles der Brenner so bei
voll geöffneten Klappen 36, 37, 38 und geschlossenen Klappen39 und 43 die
gewünschten Dampftemperaturen erreicht werden. Da-s Gebläse 42, kann daher außer
Betrieb genommen werden. Gegebenenfalls wird mit Hilfe der Klappen 36 und
38 die Dampftemperatur geregelt. Bei steigende#r Belastung werden die Klappen
36, 37, 38 voll ge-6ffnet. Gegebenenfa.Ils kafin mit Hilfe der Klappe
37 die Zwischendampftemperatur geregelt werdm Die Dampftemperatur wird mit
Hilfe des Einspritzkühlers' 58 gleichgehalten. Reicht diese Regelungsweise
nicht bis zur Grenzlast aus, so kann mit Hilfe des Einspritzkühlers 71 auch
die Zwischendampftemperatur geregelt werden. Einfacher ist die Regelung, wenn ein
Umführungszug 32, vorhanden ist, denn dann kann mit Hilfe der Klappen
36, 37, 38, 39 und bei Teillast unter Zuhilfenahme der Rauchgasrückführung
die normale Dampftemperatur eingehalten werden, so daß die - Einspritzkühler
selbst entbehrlich werden_ Außerdem ist bei Teillast vorgesehen, nur die Brenner
48 mit dem kürzeren Flaminenweg in Betrieb zu belassen.