Dampferzeuger. Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger mit einer aus Rohren be stehenden, von der Flüssigkeitseinspeisungs- stelle bis zur Gebrauchsdampfentnahmestelle einmalig vom Arbeitsmittel zu durchströ menden Heizfläche und einer Speisungsvor richtung, die dazu bestimmt ist, dieser Reiz fläche im Betriebsbeharrungszustand in der Zeiteinheit soviel flüssiges Arbeitsmittel zu zuführen, wie gleichzeitig an Gebrauchs dampf entnommen werden soll.
Solche Dampf erzeuger besitzen bekanntlich nur ein ver hältnismässig geringes Speichervermögen, was zur Folge hat, dass eine schnell auf die Brennstoff- und Arbeitsmittelzufuhr einwir kende Regeleinrichtung notwendig wird, wenn man mit der Dampferzeugung grösseren Da.mpfbedarfsschwankungen hinreichend fol gen will.
Diese unangenehme Eigenschaft der ge ringen Elastizität der eingangs genannten Dampferzeuger lässt sich erfindungsgemäss dadurch beseitigen, dass an einer im Be triebsbeharrungszustand zur Lieferung von trockengesättigtem Dampf geeigneten Stelle in' den Strömungsweg des Arbeitsmittels eine teilweise mit Flüssigkeit gefüllte Trommel eingeschaltet wird, die einen Wärmeaus- tausch zwischen dem in die Trommel einzu führenden Dampf und der in der Trommel befindlichen Flüssigkeit herbeizuführen ge stattet, und weiterhin die Aufgabe hat,
den in dem Raum über der Flüssigkeit sich sam melnden Dampf einer nachgeschalteten ÜTber- hitzerheizfläche zuzuführen, und dass ferner Einrichtungen vorgesehen werden, die dazu dienen, den Flüssigkeitsstand in der Trom mel aufrechtzuerhalten, indem sie beim Un terschreiten des normalen Flüssigkeitsstandes in der der Trommel vorgeschalteten Heiz fläche die Erzeugung feuchten, beim Über schreiten des normalen Flüssigkeitsstandes die Erzeugung überhitzten Dampfes bewir ken. Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist in Fig. 1 dargestellt.
Den Strömungsweg des Arbeitsmittels er kennt man, wenn man fortlaufend den Be zugszeichen 1 bis 23 folgt. Der -esentliche Bestandteil des dargestellten Kessels ist die im Betriebsbeharrungszustand bis zu einem bestimmten Normalstand mit flüssigem Ar beitsmittel gefüllte Trommel 14. Die Regel einrichtung besteht im wesentlichen aus einem Mengenmesser 24, der die aus der Trommel 14 austretende Dampfmenge misst und einem Schwimmer 25, der den Flüssig keitsstand in der Trommel 14 überwacht. Die Regeleinrichtung für die Brennstoffzufuhr ist nicht dargestellt, sie erfolgt unter Ver wendung an sich bekannter Regelelemente in Abhängigkeit vom Druck in der Leitung 23.
Solange sich die Anlage im Betriebsbe harrungszustand befindet, ist die Trommel 14 bis zu ihrem Normalstand mit Flüssigkeit gefüllt und der Kessel wird so beheizt bezw. gespeist, dass der aus der Leitung 13 kom mende, in die Trommel eintretende Dampf gerade trocken gesättigt ist. Da aus der Trommel ebenfalls trocken gesättigter Dampf entnommen wird. bleibt also während dieses Betriebszustandes der Flüssigkeitsinhalt der Trommel ständig unverändert.
Eine Störung dieses Betriebsgleichgewichtes kann entweder dadurch eintreten, dass sich aus irgendeinem Grunde das Verhältnis zwischen der in den Kessel eingespeisten Wassermenge und der zugeführten Brennstoffmenge ändert, oder aber dadurch, dass eine mehr oder weniger plötzliche Änderung des Dampfbedarfes ein tritt. Ändert sich das Verhältnis der in den Kessel eingespeisten Wassermenge zu der zu geführten Brennstoffmenge, so wird aus der Leitung 13 nicht mehr trockengesättigter, sondern entweder mehr oder weniger über hitzter oder aber nasser Dampf in die Trom mel 14 eintreten. Tritt aus der Leitung 13 überhitzter Dampf in die Trommel ein, so vermindert sich der Wasserinhalt der Trom mel 14.
Liefert die Leitung 13 dagegen nas sen Dampf, so vergrössert sich allmählich der Flüssigkeitsinhalt. In dem ersten Fall be- wirkt der Schwimmer 25, dass sich das in der Speiseleitung 1 liegende Ventil 26 weiter öffnet; im zweiten Fall führt der Schwim mer 25 ein weiteres Schliessen dieses Ventils herbei. Diese Regelung von Seiten des Schwimmers wird noch durch eine gleich sinnige Regelung von einem Dampfmengen impuls unterstützt. Wird nämlich in die Trommel 14 statt Saudampf überhitzter Dampf eingeführt, so erhöht sich damit die Dampflieferung der Trommel, während sie sich, falls der Trommel statt trockengesättig tem Dampf, Nassdampf zugeleitet wird, ver ringert.
Wie man anhand der dargestellten Regeleinrichtung verfolgen kann, hat eine Erhöhung der Dampflieferung ein weiteres Öffnen des Ventils 26 zur Folge und umge kehrt wird durch eine Erniedrigung der Dampflieferung ein weiteres Schliessen des Ventils 26 herbeigeführt. Wie sich zeigt, wirken demnach beide Impulse jeweils im gleichen Sinne auf -das Regelorgan 26 ein, so dass der normale Flüssigkeitsstand in der Trommel 14 besonders schnell wieder herge stellt wird.
Es liegt in der Eigenart dieser Regel weise, dass bei allen Störungen der richtigen Zuordnung von Speisewassermenge zu Brenn stoffmenge das Verhältnis, das für die Er zeugung von trockengesättigtem Dampf be stehen muss bezw. aufrechterhalten werden muss, immer dadurch nach einer Störung wie der hergestellt wird, dass die in den Kessel eingespeiste Flüssigkeitsmenge auf einen ent sprechend neuen Wert eingestellt wird. So weit die Störung dieses Verhältnisses durch eine Änderung der in den Kessel eingespei sten Flüssigkeitsmenge verursacht worden war, wird diese Störung wieder behoben. Mach der Behebung dieser Störung liefert der Kessel infolgedessen schliesslich unverändert wieder die Dampfmenge, die er in dem vor hergehenden Beharrungszustand auch gelie fert hat.
Anders verhält es sich, wenn die Störung durch eine Änderung der Brenn stoffzufuhr verursacht worden war. Diese Störung wird auch wieder - wie gezeigt wurde - dadurch beseitigt, dass die Rege- lang auf das Speisungsventil 26 einwirkt, also nicht eine Korrektur der veränderten Brennstoffzufuhr bewirkt. Die Folge ist, dass, nachdem das Ventil 26 nach der Stö rung so eingeregelt worden ist, dass die Lei tung 13 schliesslich wieder trockengesättig ten Dampf liefert, die Liefermenge des Kes sels eine andere geworden ist.
Hat sich der Dampfbedarf währenddessen nicht geändert, so tritt sofort eine Druckänderung an der Gebrauchsdampfentnahmestelle des Kessels ein. I)a die Brennstoffzufuhr in Abhängig- lieit vom Druck des erzeugten Dampfes aus erfolr;en soll, findet nun eine Korrektur der Brennstoffzufuhr statt.
Wie man sieht, wird schliesslich auch in diesem Falle diejenige Betriebsgrösse korrigiert, von der die Störung des Betriebsgleichgewichtes ausgegangen war; nur liegt es bei der Korrektur der Brennstoffzufuhr so, dass diese Korrektur erst auf dem Wege über die Dampferzeugung des Kessels erfolgt.
In besonderem Masse interessiert das Ver halten des Kessels und das Arbeiten der Regeleinrichtung für den Fall, dass der Kes sel im Beharrungszustande betrieben wird und eine Dampfverbrauchsschwankung ein tritt. Nimmt der Dampfbedarf plötzlich zu, so spielt sich folgendes ab: Im ersten Augen blick verursacht der erhöhte Dampfbedarf ein Absinken des Druckes an der Dampfent- nahmestelle des Kessels. Die Brennstoffzu fuhr, die in Abhängigkeit von dieser Be triebsgrösse gesteuert wird, erhöht sich. Mit dem Absinken des Druckes entwickelt sich aus der in der Trommel befindlichen Flüssigkeit Zusatzdampf.
Der Flüssigkeits stand in der Trommel erniedrigt sich, so dass das Speiseventil 26 durch den Schwimmer 26 weiter geöffnet wird. Die aus der Trommel entweichende vergrö sserte Dampfmenge bewirkt über den Men genmesser 24 ebenfalls ein weiteres Öffnen des Ventils 26. Der Kessel erhält damit nicht nur eine erhöhte Brennstoffmenge, son dern auch eine erhöhte Speisewassermenge zugeführt, so dass er instand gesetzt wird, tatsächlich auch eine grössere Dampfmenge zu liefern. Dennoch ist der Beharrungszu stand damit noch nicht sogleich wieder er reicht.
Der Flüssigkeitsstand in der Trommel 14 muss erst noch wieder auf den Normalwert eingeregelt werden und die Brennstoffzufuhr und die Wasserzufuhr müssen so aufeinander abgestimmt werden, dass mit dem Erreichen des normalen Flüssigkeitsstandes in der Trommel dieser aus der Leitung 13 im wei teren Betrieb wieder trocken gesättigter Dampf zuströmt. Wie diese Regelungsvor gänge, durch die das herbeigeführt wird, ver laufen, bedarf nach dem Vorangegangenen keiner näheren Erläuterung.
Die weitere Ab wicklung der Regelung vollzieht sich jetzt genau so, wie für den vorherbeschriebenen Regelfall, bei -welchem von einer Störung des Verhältnisses von Speisewasser zu Brenn stoffmenge ausgegangen worden war. Bei plötzlich abnehmendem Dampfbedarf spielen sich die Regelvorgänge dementsprechend sinngemäss ab.
Die Trommel bedeutet für das Arbeits mittel einen Strömungswiderstand bestimm- ter Grösse. Bei sehr hohen Dampfanforderun gen kann es vorkommen, dass der Strömungs widerstand einen so hohen Wert annimmt, dass der Dampferzeuger nicht in der Lage ist, die von ihm verlangte Dampfmenge ab zugeben.
Diese Gefahr lässt sich beseitigen, wenn zur Schaffung ausreichender Durch- strömquerschnitte bei grossen Dampfmengen parallel zu der Trommel ein im Durchfluss- querschnitt regelbarer Rohrstrang vorgesehen ist, der die unmittelbare Überleitung von Dampf aus dem Verdampferteil in den Über- hitzer ermöglicht.
Das schematische Schaltbild einer so auf gebauten Anlage ist in Fig. 2 dargestellt. Der Dampferzeuger selbst wurde nur mit wenigen Strichen angedeutet. Das flüssige Arbeitsmittel wird durch eine Pumpe dem im Berührungsteil liegenden Vorwärmer V zugeführt, gelangt dann in den ersten Teil El des Verdampferteils, der im Strahlungs teil des Kessels liegt, -wird in dem Berüh rungsteil E2 verdampft und dann durch die Leitung 101 zu dem noch näher zu erläutern- den Anlageteil geleitet.
Das Rohr 112 führt das Arbeitsmittel zu dem in Berührungsteil liegenden, aus zwei Heizflächenabschnitten <B>6,</B> und<B>Ü,</B> bestehenden Überhitzer, an den die Verbraucherleitung L angeschlossen ist.
Die hinter der Verdampfungszone E. an geschlossene Leitung<B>101</B> führt über das Ventil 114 und die Leitung 103 zur Rohr schlange 104 innerhalb der Trommel 108. Der in die Schlange 104 eintretende Dampf ist trocken gesättigt, ebenso wie der über die Leitung 106 aus der Trommel zur Leitung 112 abströmende Dampf. Der Kessel wird nach dem Wasserstand 105 in der Trommel 108 geregelt. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass unter dem Begriff Trommel nicht etwa der vom Trommelkessel her bekannte Bauteil zu verstehen ist, sondern dass es sich um einen Bauteil handelt, der mehr als ein künstlicher Wasserstand anzusprechen ist.
Um im Falle sehr starker Dampfanforde rung der Verbraucher die genügende Dampf menge bereitstellen zu können, ist die Lei tung 101 durch die Leitung 107 mit der Lei- tung 112 verbunden, d. h. es ist eine un- mittelbare Verbindung zwischen Verdampfer und Überhitzer hergestellt parallel zur Trom mel 108. Die Verbindung selbst ist durch ein Ventil regelbar, das von Hand oder, wie noch erläutert werden wird, selbsttätig verstellt wird.
Wenn der Druckabfall 0 p in der Trommel 108 so gross ist, dass er nicht ge nügend Dampf hindurchtreten lässt, wird das Ventil<B>111</B> so weit geöffnet, dass die fehlende Dampfmenge unmittelbar über die Parallel leitung 107 zur Leitung 112 abströmen kann. Die dem Überhitzer zuströmende Dampf menge wird also in diesem Falle durch die Summe zweier Dampfmengen hergestellt, die parallel zueinander durch Trommel 108 und Rohr 107 in die Leitung 112 strömen.
Zur selbsttätigen Steuerung des Ventils 111 kann man zum Beispiel einen Druckdifferenzmes- ser 115 verwenden, der einerseits durch den in der Leitung 106 an der Impulsstelle 110 abgenommenen Druck und anderseits durch den in der Leitung 103 an der Impulsstelle 109 abgenommenen Druck beeinflusst wird. Bei einer bestimmten Dampfmenge beginnt also das Ventil 111 zu öffnen und öffnet im mer weiter, je mehr die Dampfmenge an steigt.
Sollte der Kesselbetrieb dazu führen, dass der aus der Leitung 101 kommende Dampf nass wird, so- könnte unter Umständen die Feuchtigkeit in den Überhitzer gelangen, was bekanntlich zu Betriebsschwierigkeiten und Salzablagerung führen kann. Es ist daher zweckmässig, vor die Leitung 107 einen Wasseräbscheider 102 einzuschalten. Das sich dort sammelnde Wasser wird in die Trommel 108 hineingedrückt.
Ist dagegen infolge des Kesselbetriebes der durch die Leitung 101 zuströmende Dampf bereits überhitzt, so erhält auch die Trommel 108 überhitzten Dampf, der den Flüssigkeitsinhalt dieser Trommel teilweise verdampft. Hierauf muss bei der Kesselrege lung dann Rücksicht genommen werden.