Verfahren und Einrichtung zum Speisen von Dampferzeugern. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speisen, von Dampferzeugern, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens ge eignete Einrichtung, .durch welches Verfah ren in einfachster Weise eine Trocknung,des erzeugten Dampfes,
sowie eine Wiederein- speisung .der bei einer bestimmten Ver- dampfungsleistung des Kessels nicht ver dampften Anteile des erzeugten Arbeitsmit tels oder des zuviel in den Kessel einge speisten. Arbeitsmittels ermöglicht wird.
Der wesentlichste Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist aber darin zu erblicken., @dass bei der Wiedereinspeisung der unverdampf- ten Anteile eine Regelung der Menge des in den Dampferzeuger frisch eingespeisten Ar beitsmittels herbeigeführt wird.
Das. neue Verfahren besteht darin, dass frisches Speisewasser mittels einer Kreisel- pumpe .in den Dampferzeuger eingespeist wird und die in den Dampferzeuger zuviel eingespeisten nicht verdampften Teile des Speisewassers durch eine Abscheidepumpe unter dem Druck des- erzeugten Dampfes und dem den flüssigen Teilen.
des Speise wassers in der Abscheidepumpe erteilten Druck in die Druckleitung der Kreiselspeise- pumpe zurückgeführt werden.. Zu diesem Zwecke ist die Abscheidepumpe durch eine Rückspeiseleitung unmittelbar an die Druck- leitung der Kreisesspeisepumpe angeschlos sen.
In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 ein Beispiel eines Q/p-Diagramm, während die übrigen. Figuren Beispiele von Einrichtungen zur Ausführung des vorlie genden Verfahrens teilweise in schematischer Darstellung veranschaulichen, und zwar zeigen:
Fig. 2 und d schematische Darstellungen des Pumpenaggregates, Fig. 4 ein Schema der Einrichtung zum Betriebe von Röhrendampferzeugern, Fix. 5 ein Schema der Einrichtung zum Betriebe von Trommelkesseln, z.
B. eines Steilrohrkessels, Fig. 6@ und 7 besondere Anordnungen zur Erzielung einer einwandfreien Trennung des Dampfes von dem Wasser in der Ab scheidepumpe, Fig.8 eine Einrichtung zur teilweisen Ausnutzung des erzeugten Dampfes mit zu sätzlicher Regelung der Gesamtmenge des in den Dampferzeuger gespeisten Wassers,
Fig. 8a eine Seitenansicht des Laufrades der Abscheidepumpe, Fäg. 9 eine teilweise Abänderung der Ausführung nach Fig. 8 und 8a, Fig. 10 ein. Schema der Anordnung des Pumpenaggregates mit zusätzlicher Rege lung .des von der Kreiselpumpe geförderten Arbeitsmittels,
Fig. 11 ein Schema der Einrichtung mit zusätzlicher Regelung der von dem erzeug ten Dampf angetriebenen Turbine.
Zur Erklärung des Regelvorganges diene das Q/p-Diagramm gemäss, Fig. 1, indem in bekannter Weise die von der Kreiselpumpe 2 (Fix. 2.) erzeugte Druckhöhe p und. ,die zu überwindende Drosselhöhe pw bei. einem be- stimmten: aufgetra gen sind.
Der Schnittpunkt beider Kurven ergibt den Arbeitspunkt der Kreiselspeise- pumpe 2, nämlich die von ihr beidem. Kes- seldruck pk und der Drosselhöhe pw tatsäch- lich .geförderte Speisewassermenge Q.
Die Kreiselpumpe 2, welche ein- oder mehrstufig ausgebildet ist, bringt das durch denn Saug stutzen $ einströmende Speisewasser auf Druck und fördert es über die Druckleitung 4 in den Kessel. Mit der Kreiselpumpe ist eine als Schleuderpumpe ausgebildete Ab- scheidepumpe. 6 gekuppelt,
die eine Zufüh rung 8 für das Dampfwassergemisch besitzt und durch eine Rückspeiseleitung 12. an die Druckleitung 4 der Kreiselspeisepumpe 2 angeschlossen ist.
Infolge der Schleuderwir kung des Laufrades der Abscheidepumpe 6, wird das zugeführte Dampfwässergemisch von urverdampften, flüssigen Bestandteilen befreit,
so dass sich in der Kammer 9 ein umlaufender Wasserring 10 bildet. Dieser Wasserring 10 steht unter dem Kesselend- druck. Mit dem Anwachsen des Wasserrin ges 10 nimmt also der Druck in der Ab scheidepumpe 6 zu.
Wird nun von der parallel geschalteten, unter dem Druck des, erzeugten Dampfes stehenden Abscheidepumpe 6 durch Zufüh rung urverdampften oder zuviel geförderten Speisewassers ein. zusätzlicher Druck p,. j(Ag. ;
l) erzeugt, welcher die tatsächliche Druckhöhe <I>p =</I> pk + p, der Kreiselpumpe 2 bei der Fördermenge Q überschreitet, so kann die Kreiselspeisepumpe 2' nur noch die Speisewassermenge Q1 fördern, während die restliche Fördermenge Q-Ql durch die Ab-.
seheidepumpe 6 über die Rückspeiseleitung 1'2 dem. Kessel zugeführt und umgewälzt wird. Da aber gleichzeitig die Drosselhöhe p", zunimmt, bringt die Abscheidepumpe 6 insgesamt eine Speisewassermenge Q" in Um lauf, die grösser als Q-Q, ist.
Diese Um wälzung der .Speisewassermenge Q2 erfolgt so lange, bis die Verdampfung,der Wasser menge Q1 -E- Q2 - Q, durch welche der den Druck der Kreiselpumpe <I>p =</I> pk -I- p,
über- schreitende Druck p1 in der Abscheidepumpe 6 erzeugt wird, erfolgt ist. Es wird also eine Regelung der frisch zugeführten Speisewas- sermenge bewirkt,
indem das von der Ab seheidepumpe zugeführte unvendampfte Ar- beitsmittel bei der Wiedereinspeisung einen den Förderdruck der Kreiselpumpe über- schreitenden Druck in der Druckleitung er zeugt und demzufolge die Förderung von Speisewasser durch die Kreiselspeisepumpe zeitweise hemmt oder unterbricht.
In der Druckleitung 4 ist eine Rück schlagklappe 17 angeordnet, welche sieh schliesst, sobald der Druck der Abscheide- pumpe ss höher als der maximale Förder- ,druck der Kreiselpumpe 2 wird.
In diesem Falle hört jegliche Förderung von Speise wasser durch die Kreiselspeisepumpe 2 auf; das in der Kreiselpumpe 2 auf Druck ge brachte Arbeitsmittel fliesst dann über eine an sich bekannte Überströmleitung in den Speisewasserbehälter zurück. Es. wird also nur das durch die Abscheidepumpe 6 umge wälzte Arbeitsmittel dem Kessel zugeführt. Der von den unverdampften Teilchen, be freite Dampf kann durch einen besonderen zentral angeordneten Stutzen 11 entnommen werden.
Die Abacheidepumpe 6 kann auch, wie Fig. 3. zeigt, der letzten Stufe der Kreisel pumpe 2 angegliedert sein; sie kann aber auch, was nicht besonders dargestellt ist, unabhängig von dem Antrieb der Kreisel speisepumpe durch eine besondere Antriebs- maschine mit gleicher Umfangsgeschwindig keit betrieben werden. Die Wirkungsweise der Pumpen. bleibt im übrigen die gleiche.
Die Fig. 4 zeigt in schematischer Dar stellung die Anordnung der Abscheidepumpe zum Betriebe eines zwangsläufig gespeisten Einrohrverdampfers. Das von der Kreisel pumpe 2 geförderte Wasser wird durch die Druckleitung 4 einem Einrohrverdampfer 15 zugeführt und ganz oder teilweise ver dampft;
das erzeugte Arbeitsmittel wird darauf durch eine Leitung 16 dem Saug- stutzender Abscheidepumpe 6 zugeleitet. In der Abscheidepumpe ss werden die flüssigen Bestandteile des Gemisches in der oben be schriebenen Weise ausgeschleudert, und, so bald der Druck in der Abscheidepumpe 6 den Druck der Kreiselspeisepumpe 2- über steigt,
durch die Zweigleitung 12 der Druckleitung 4 zugeführt bezw. in den Kes sel<B>15</B> wieder eingespeist. Der von den flüs- si.gen Teilchen getrennte Dampf strömt durch den Stutzen 11 und die Leitung 18 einer Rohrschlange 2.0 zu, in der er-vor sei ner Verwendung zur Arbeitsleistung über hitzt wird.
Das aus dem Kessel 15 der Abscheide- pumpe 6 zuströmende Dampfwassergemisch ist stark mit Kesselsteinbildnern angerei- chert. Um diese aus dem Wasserkreislauf zu entfernen, ist in der Zweigleitung 12.
ein Rohrstutzen 5 vorgesehen, durch welche von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich das zurück zuführende Speisewasser und damit die als Schlamm ausfallenden Verunreinigungen ab- geleitet werden können.
In der Fig. 5 ist eine für den Betrieb von Trommelkesseln .geeignete Anordnung dar gestellt, durch welche die Rückführung der einen bestimmten Wasserstand überschrei- tenden. Speisewassermenge ermöglicht wird.
Die Arbeitsweise des Pumpenaggregates ist im wesentlichen: dieselbe. Die Abscheide pumpe 6, weist nur einen, axial angeordneten Stutzen 2I2.' auf, an den eine Leitung 23 an- geschlossen:
ist, durch die der Pumpe 6 das in die Obertrommel 2,1 eines Steilrohrkessels 24 zuviel eingespeiste Wasser von einem Überlauf 25 zugeführt wird. Durch die gleiche Leitung 20 steht die Abscheide pumpe 6 auch unter dem Druck des in der Obertrommel 2:1 sich sammelnden Dampfes.
Das zuviel eingespeiste Wasser, welches der Abscheidepumpe 6 zufliesst, wind durch diese unter Überwindung des Förderdruckes der Kreiselpumpe .2 so lange in Umlauf gesetzt, bis seine Verdampfung erfolgt ist.
Wird die Rückförderung des in den Dampferzeuger zu-viel eingespeisten. Arbeits- mittels ,durch eine Abscheidepumpe bewirkt, die mit derselben:
Umfangsgeschwindigkeit wie die Kreiselspeisepumpe betrieben wird, wie dies bei den bisher beschriebenen Ein- richtungen, bei denen die beiden Pumpen mit gleicher Drehzahl betrieben werden, der Fall ist, so zeigt es sich, dass mit absinken der Kesselleistung und fallendem Kessel druck immer mehr unverdampftes. Arbeits mittel der Abscheidepumpei 6 zuströmt,
so dass schliesslich: das von dieser zurückzufüh rende Speisewasser nach und nach die Ab- scheidepumpenka.mmer anfüllt. Bei geringer Verdampfungsleistung des Kessels. oder bei .der Inbetriebsetzung,der Anlage kann es da her vorkommen, dass das zurückzuführende Arbeitsmittel von dem in der Abscheide pumpe 6- abgeschiedenen Dampf in die Dampfentnahmeleitung 18 mitgerissen wird.
Dies kann. dadurch vermieden; werden, dass die Abscheidepumpe 6 mit höherer Umfangs geschwindigkeit betrieben wird als die Krei selpumpe 2'.
In .der Fig. 6 ist ein solches .Speisepum- penaggregat dargestellt. Die Abscheidepumpe 6 wird hierbei zusammen mit der Kreisel pumpe 2 angetrieben; der Antrieb könnte selbstverständlich auch für jede Pumpe be sonders mit gleicher Drehzahl erfolgen. Da der Austrittsdurchmesser des Schleuderrades ,der Abscheidepumpe 6 grösser ist als der des.
Schleuderrades der Kreiselpumpe 2, wird die Dicke des sich bildenden Wasserringes 10 geringer und das ausgeschleuderte Speise wasser infolge der grösseren Umfangsge schwindigkeit auch schneller in den Kessel 15 wieder zurückgeführt. Der freie Dampf übertritt von dem Stutzen 8 zu dem Aus trittsstutzen 11 kann daher nicht behindert werden, sondern es wird immer nur Satt dampf, der von allen flüssigen Bestandteilen befreit ist, in die Dampfleitung 18 gelangen.
Erfolgt der Antrieb der Abscheidepumpe 6 unabhängig von dem der Kreiselpumpe 2@ bei gleichen Durchmessern des Austritts umfanges der Schleuderräder beider Pumpen, so kann die gleiche Wirkung dadurch erzielt werden, dass die Abscheidepumpe 6 mit einer höheren Drehzahl als die Kreiselspeisepumpe 2 betrieben wird. Die Fig. 7 zeigt eine der artige Anordnung.
Zum Antrieb der Kreisel pumpe 2 ist eine Antriebsmaschine 31 und zum Antrieb der Abscheidepumpe 6 eine andere Antriebsmaschine<B>312,</B> vorgesehen. Die Austrittsdurchmesser der Schleuderräder bei der Pumpen sind gleich. Um ein Anwachsen des Wasserringes in .der Abscheidepumpe 6 bei verminderter Kesselleistung zu verhin dern, wird die Abscheidepumpe 6 mit einer höheren Drehzahl als die Kreiselspeisepumpe 2 betrieben.
Damit tritt eine Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit ein, die ein schnel leres Wiedereinspeisen des ausgeschleuder- ten Speisewassers ermöglicht. Der vom Was ser befreite Dampf kann also auch in diesem Falle unbehindert in die Entnahmeleitung 1:8 gelangen.
Bei den bisher beschriebenen Einrichtun gen wird der Antrieb der Abscheidepumpe bezw. der Abscheidepumpe und der mit ihr gekuppelten oder zusammengebauten Kreisel speisepumpe durch irgendwelche besonderen Antriebsmaschinen vorgenommen.
Der An- trieb des Speisepumpenaggregates d. h. der Speisepumpe und der Abscheidepumpe, oder nur der Abscheidepumpe kann in günstigster Weise auch dadurch bewirkt werden, @dass ein geringer Teil des Druckgefälles des er zeugten Dampfes zum Antrieb der Ab scheidepumpe in dieser selbst ausgenutzt wird. Zu diesem Zwecke sind in der Ge häusewand der Abscheidepumpe Düsen vor gesehen, durch die das Arbeitsmittel in Drehrichtung gegen die Schaufeln des Lauf rades oder besonders mit dem Laufrad ver bundene Turbinenschaufeln geführt wird.
Der Antrieb kann auch durch eine besondere Turbine, welcher der von den flüssigen Tei len befreite Saudampf zugeführt wird, er folgen. Es sind weiter Mittel vorgesehen, welche eine selbsttätige Regelung der Ar beitsleistung der Antriebsmaschine bezw. eine zusätzliche Regelung des in den Kessel geförderten Wassers ermöglichen.
Gemäss Fig. 8 sind die Kreiselpumpe 2, die Antriebsmaschine 310 und die Abscheide pumpe 6 auf einer gemeinsamen Welle ange ordnet. Bei Inbetriebnahme der Anlage wird die Speisung des Kessels 15 zunächst durch die Antriebsmaschine 3-0 bewirkt. Der in ,dem Kessel 15 erzeugte Dampf tritt über die Leitung 1,6 in den Stutzen 8 der Abscheide pumpe 6 ein. In der von diesem Stutzen B. ge bildeten Kammer<B>35</B> (Fig. 9) wird der Dampf vor einer Mehrzahl Düsen 36 aufgestaut.
Der durch die Düsen 36 austretende Dampf trifft auf die Schaufeln,3,7 des Laufrades 3.8 (Fig. 8a) oder auf besondere mit dem Lauf rad 38 verbundene Turbinenschaufeln 13 (Fig.9) und leistet hierbei Arbeit. Das zu einem geringen Teil entspannte Arbeitsmit tel wird durch das Laufrad 3,8 -von den in ihm enthaltenen flüssigen Arbeitsmittel be freit und das ausgeschleuderte Speisewasser durch die Leitungen 12 und 4 in den Kessel 15 zurückbefördert.
Der Sattdampf strömt durch den Stutzen 11 und die Leitung 18 einem Wärmeaustauscher 20 zu, in dem er überhitzt wird.
Auf ,die beschriebene Weise kann die zum Antrieb der Abscheidepumpe 6 selbst benötigte Energie durch das in der Ab scheidepumpe 6 von flüssigen Bestandteilen zu befreiende Arbeitsmittel gewonnen wer den. Der Druck vor den Düsen kann aber auch soweit aufgestaut werden, dass aus der Geschwindigkeitsenergie des die Düsen ver lassenden Dampfes die für die Speisung des Kessels 15 durch die Kreiselspeisepumpe 2 und die für die Wiedereinspeisung,des aus geschleuderten Arbeitsmittels durch die Ab scheidepumpe aufzuwendende Arbeitsleistung gedeckt werden kann.
Die erzielte Leistung erscheint praktisch als Druckverlust des Verdampfers. Da als Nenndruck -des Kessels der Druck hinter dem Überhitzer gilt, und nicht im Verdamp fer, erscheint der Energieaufwand für die Speisung nicht als Verlust in KW, sondern in WE. Es sind also lediglich die erforder lichen theoretischen Wärmemengen aufzu bringen, die alle Verlustwärme wieder im Nutzdampf enthalten ist.
<I>Beispiel:</I> Bei einem Kessel von 25 at soll der Druckverlust in .den Düsen H (Fig. 8 und 9) 2 at betragen, d. h. >das Dampfwassergemisch tritt mit 27 at aus dem Verdampfer 15 aus. Das Wärmegefälle von 27 at auf 25 at be trägt 4 WE. Bei einem Wirkungsgrad der Turbine von 50 % ist für ein Kilo Dampf pro Sekunde eine Leistung von 11,4 PS er zielbar.
Der Arbeitsaufwand zur Förderung der gleichen Wassermenge auf einen um 2 at höheren Druck beträgt 0,67 PS bei einem Wirkungsgrad der Kreiselspeisepumpe von 40%. Der Leistungsüberschuss von 10,73 PS kann also zur vollständigen oder teilweisen Deckung des Kraftbedarfes der Pumpe' dienen.
Der zusätzlichen Regelung .der Menge des in den Kessel gespeisten Wassers und des von der Abscheidepumpe 6 erneut dem Kes sel 15 zugeführten, unverdampften Wassers kann in bekannter Weise ein vom Druck des Speisewassers und dem Druck des er zeugten Dampfes betätigter Membranregler 39 vorgesehen sein (Fig. 8), dessen Kam- mern 40, 41 an die .Speiseleitung 4 bezw. die Dampfleitung 1,6 angeschlossen sind.
Der Membranregler 39 steuert ein in der Speise leitung 4 angeordnetes Drosselventil 42, wel ches hinter der Wiedereinspeisungsstelle ein geschaltet ist, so dass also entsprechend der jeweiligen Druckdifferenz mehr oder weniger Speisewasser und Umlaufwasser dem Nessel 15 zugeführt wird.
Die Einrichtung nach Fig.10 arbeitet in der gleichen Weise, nur mit dem Unter schied, @dass die Rückführung des zuviel ge förderten bezw. der unverdampften Teile des Speisewassers unbeeinflusst von der Regeleinrichtung 39, erfolgen kann, da die Rückführungsleitung 12 oberhalb der Dros selstelle in die Speiseleitung 4 mündet und der Rohrleitungswiderstand innerhalb der Rückführungsleitungen 12, und 4 bei -der Drosselung keine Erhöhung erfährt.
Das in der Abscheidepumpe 6 ausgeschiedene Speise wasser kann also schneller in den Verdamp fer 15 wieder zurückgeführt werden.
Gemäss Fig. 11 werden die Kreiselpumpe 2 und :die Abscheidepumpe 6 durch eine be sondere Turbine 44 angetrieben, welche mit dem in der Abscheidepumpe 6 von unver- dampften Teilen befreiten Sattdampf betrie ben wird. Der Antrieb der Kreiselspeise- pumpe 2 und der Abscheidepumpe 6 wird zunächst durch eine beliebige Antriebsma schine 30 bewirkt.
Der in dem Verdampfer 1,5 erzeugte Dampf strömt durch die Leitung 7.6 der Abscheidepumpe 6 zu, wo er von den unverdampften Teilen befreit wird, die über die Leitung .12; von neuem in :den Kessel 15. eingespeist werden. Der .Sattdampf strömt aus der Abscheidepumpe 6 in eine der Tur bine 44 vorgeschaltete Dampfkammer 45, welche mit einer ,dieser benachbarten Kam mer 46 durch Öffnen eines Drosselventils 47 in Verbindung gebracht werden kann.
Diese Einrichtung dient der Anpassung der Tur binenleistung an den Kraftbedarf der Krei- selspeisepumpe 2 und der Abseheidepumpe 6.
Die Leistung der Turbine 44 hängt ab von der Druckaufstauung des ,Dampfes vor den Düsen 43 und 48. Für den praktischen Betrieb ist erforderlich, dass die Leistung der Turbine gleich dem Kraftbedarf der Kreiselpumpe und -der Abscheidepumpe ist. Die Anpassung kann durch Änderung der Geschwindigkeit in den Düsen bezw. durch die Druckaufstauung vor den Düsen erfol gen.
Um die gesamte umlaufende Wasser menge annähernd konstant zu halten, kann die Drehzahl der Turbine in Abhängigkeit von der Druckdifferenz des Arbeitsmittels zwischen -dem Eintritt in den Verdampfer und dem Austritt aus dem Verdampfer ge regelt werden.
Zu diesem Zwecke ist ein Membranregler 50 vorgesehen, dessen eine Kammer 51 dem Druck des von der Abscheidepumpe 6 zu rückzufördernden Speisewassers unterliegt, während die andere Kammer 52 unter dem Kesselenddruck steht.
Die Regelung erfolgt so, dass bei einer Drucksteigerung in der Kammer 51 des Membranreglers 50 infolge, erhöhter Ausschleuderung von in den Kessel 15 zuviel geförderten Speisewassers das Drosselventil 47 von seinem Sitz gehoben wird und Dampf in die Kammer 46 bezw. von hier aus durch ,die in dieser Dampfkam mer gelegenen Düsen 48 zur Turbine 44 strömen kann.
Infolge des hierdurch beding ten Druckabfalles des Dampfes wird die Drehzahl ,der Turbine und damit .die von der Kreiselspeisepumpe 2. geförderte Speisewas sermenge zurückgehen. Sobald die Druck differenz geringer wird., schliesst sich das Drosselventil 47; es erhalten dann nur die in der Dampfkammer 45 vorgesehenen Düsen 43 Dampf. Der Druck wird sich in dieser Kammer aufstauen und infolge der grösseren Geschwindigkeitsenergie des ausströmenden Dampfes die Drehzahl der Turbine 44 zu nehmen.
Es wird also wieder mehr Speise wasser dem Kessel 1-5 zugeführt. Der die Turbine 444 verlassende Dampf wird an schliessend in dem Wärmeaustauscher 20 überhitzt, worauf er zur weiteren Arbeits leistung benutzt werden kann.
Das beschriebene Verfahren zur Wieder einspeisung uriverdampfter Teile des Arbeits- mittels kann für Kessel aller Art zur An wendung kommen.