Verfahren zum Betrieb eines Wasserrohrkessels und Einrichtung an Wasserrohrkesseln zur Durchführung des Verfahrens. - Dampferzeuger, bei denen Kesselwasser in- l@olge sogenannter natürlicher, auf die Diffe renz der spezifischen Gewichte von kaltem und lieisseni Wasser zurückzuführender Zirkula tion durch die Röhren umläuft, weisen ge wisse Nachteile auf.
So wird für die Röhren finit solcher natürlicher Zirkulation viel Platz I)enötigt, insbesondere für diejenigen Kessel teile, in denen hauptsächlich durch Konvek tion Wärme auf die Röhren übertragen wird.
Gewöhnlich ist genügend Platz für die ltiihren mit natürlicher Zirkulation in der Verbrennungskammer des Erzeugers v orlian- d(#n, die in jedem Fall ein gewisses Raummass benötigt, das liauptsäehlieh durch die ange wandte Feuerungsmethode und durch die Ei- gensehaften des verwendeten Brennstoffes bestimmt ist.
übergrosse Röhrenreiben werden .jedoch in denjenigen Kesselteilen erforderlich, die ausserhalb der Verbrennungskammer bzw. des Feuerraumes liegen, nämlich für die Kon- ektionsfläehen, die in dem vom Feuerraum- oberteil austretenden Abgaskanal liegen.
Bei einigen Dampferzeugern mit Röhren üir natürliche Zirkulation in der Verbren- nunrskammer sind diese Flächen für Druck- umwälzung- berechnet worden, um so die liaunibedürfnisse für die Konvekt.ionsheizflä- ohen beträchtlich zu vermindern.
Ein Weiterer Nachteil von DaMpfer7eu- rern mit. natürlicher Zirkulation von Kessel- wasser in den Feuerraumröhren besteht darin, dass die Wasserzirkulation in diesen Röhren: während der Anfheimeit unregelmässig is". Demzufolge kann das Wasser in einigen Röh ren relativ kalt sein, während in andern Röh ren viel Dampf erzeugt wird. Diese unregel mässige Zirkulation erfordert daher eine rela tiv lange Anlaufzeit, um die Gefahr des Be- sehädigens des Dampfkessels aus verschiede nen Gründen zu vermeiden.
Der hauptsäch liche Grund für eine solche Möglichkeit ist in den Wärmespannungen zu sehen, die in den Röhren und ihren Verbindiulgsstüeken auftre ten. Bei grossen Kesselanlagen wirkt sieh diese lange Anlaufzeit gewöhnlich als grosser Nach teil aus, da sie mehrere Stunden beanspru chen kann. Es ist also wünschenswert, diese Verzögerung soweit als möglich zu reduzieren.
Ferner kommt es oft vor - wenn Kessel mit natürlicher Zirkulation nicht mit grösster Sorgfalt berechnet und konstruiert werden -, da.ss gewisse Röhren mit zuviel und andere mit zuwenig Wasser beliefert werden. Wenn zu wenig Wasser durch die Röhren zirkuliert, werden diese leicht überhitzt und zerstört.
Vorliegende Erfindung, die in erster Linie ein Verfahren zum Betrieb eines Wasserrohr kessels mit. in einem Feuerraum angeordneten, -wassergekühlten, eine Strahlungsheizfläche darstellenden Röhren, die mit einem Dampf dom verbunden sind und in denen normal natürlicher Umlauf aufrechterhalten wird, und mit in dem Abgaskanal angeordneten, eine Berührungsheizfläehe darstellenden Röh ren, die mit dem Dampfdom i-erbunden sind und in denen Zwangsumlauf aufrechterhalten wird, betrifft, bezweckt eine Lösung obiger Probleme dadurch,
da.ss der Umlauf durch die Feuerraumröhren,wenn erforderlich, dadurch verbessert wird, dass eine Verbindung zwi schen diesen Röhren und dem Auslass einer Umwälzpumpe geöffnet wird, mittels welcher Umlaufflüssigkeit aus dem Dampfdom in die Feuerr aumröhren hineingepumpt wird.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung an Wasserrohrkesseln zur Durch führung des angegebenen Verfahrens, wobei der Kessel teils mit in einem Feuerraum an geordneten, wassergekühlten, eine Strahlungs- heizfläehe darstellenden Röhren, die mit einem Dampfdom verbunden sind und in denen nor mal natürlicher Umlauf aufrechterhalten wird, teils mit in dem Abgaskanal angeordne ten, eine Berührungsheizfläche darstellenden Röhren, die mit dem Dampfdom verbunden sind und in denen Zwangsumlauf aufrecht erhalten wird, versehen ist.
Dieser Wasser- rohrkessel kennzeichnet sieh durch eine Um wälzpumpe, deren Einlassseite mit dem Dampf dom verbunden ist und deren Auslassseite durch eine abstellbare Verbindungsleitung mit den Feuerraumröhren verbunden ist, die zur Verbesserung des Umlaufes während der Kes selanlaufzeit offen zu halten bestimmt ist.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Ein riehtung an Wasserrohrkesseln nach der Er findung sind in der Zeichnung veranschau licht, und zwar zeigt Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch ein erstes Beispiel, Fig.2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen schematischen Teilsehnitt ähn- lieh Fig. 1 durch ein zweites Beispiel,
Fig. 4 einen schematischen Schnitt ähnlich Fi. 1 durch ein drittes Beispiel, \Fig. 5 einen vergrösserten Detailschnitt zur Darstellung der einen Methode, um zwangläu- figWasser in die Einlasssammler einzusprit- zen zum Verbessern der Wasserzirkulation durch die Feuerraumröhren,
Fig. 6 einen Schnitt ähnlich Fig. 5 zur Dar stellung einer andern Methode zum Verbessern der Wasserzirkulation durch die Feuerraum- röhren und Fig. 7 einen Querschnitt ähnlich Fig. '? zur Darstellung einer weiteren -Methode zum Ver bessern des Wasserumlaufes durch die Feuer raumröhren.
Cleiehe Bezugszahlen bezeichnen gleielie Teile in allen Figuren.
In Fig.1 und ? bezeiehnet 5 allgemein den Feuerraum bzw. die Verbrennungskammer einer Dampferzeugungsanlage. Die Installa- la.tion weist den üblichen Dampfdom 6 in der Nähe des Kopfes auf und einen an letzteren angeschlossenen und von diesem ausserhalb des Feuerraumes abwärts führenden Abgas kanal 7, der zu einem Kamin (nicht gezeieh- net) führt.
Der Kessel weist Röhrenreihen 8-11 in i vertikaler Anordnung im Feuerraum auf, die die übliehe Wasserwand bilden. Diese Röhren sind vorwiegend für natürliehen Kesselwasser umlauf bestimmt und werden zu diesem Zweck von Einlasssammlern 12-15 beliefert, je von einem Sammler für jeden der Röhren reihen, die an ihren untern Enden verbunden sind.
Die einander zugekehrten Enden dieser Sammler sind durch Verbindungsröhren 1.7 von etwas kleinerem Durchmesser als die Sammler miteinander verbunden. Kesselwas ser vom Dampfdom 6 wird durch zwei Fall röhren 16 in die Sammler geleitet, und die untern Enden dieser Fallröhren sind mit den Verbindungsröhren 17 an den entgegengesetz- i ten Enden des Einlasssaminlers 1.2 verbunden.
Die obern Enden der Feuerraumröhren sind auf herkömmliche Art und Weise mit dein Dampfdom 6 verbunden, so dass in diesen Röhren erzeugter Dampf oder ein Dampf- WaSSer-CremlSCh in diesen aufwärtsströmen und in den Dampfdom eintreten kann. Da die Röhren 8-11 direkt ini Feuerraum angeord net sind, wird Wärme hauptsäehlieh durch Strahlung auf diese Röhren übertragen.
Weiter weist dieser Kessel Röhren auf, die eine oder mehrere Konvektionswärmefläehen bilden, z. E. bei 19, die im Abgaskanal 7 ausser- )?all) des Feuerraumes gelegen sind, um aus rlen von diesem abziehenden Abgasen soviel Wärme als möglich abzuführen.
Die Grösse der Konvektionsheizfläehe 19 kann bei Umwälzen von Kesselwasser durch diese Fläche beträchtlich verringert werden. Zii diesem Zweck ist eine Umwälzpumpe 20 \-oi-gesehen, deren Einlass durch ein Fallrohr 31 mit dem untern Teil des Dampfdoms ver- hunden ist, um so mit. dem Wasserraum im Dampfdom in Verbindung zu stehen.
Der 1'timpenauslass ist durch eine Leitung 23 an (]en Einlasssammler 22 der Konvektionsröhren bzw. der Heizflächen 19 angeschlossen. Auf fliese Weise kann Kesselwasser in die Röhren 1 9 -edi-üekt werden, und der in diesen Röh ren erzeugte Dampf bzw. das Dampf-Wasser- teiniseh wird auf übliche Art und Weise in clen Dampfdom geleitet.
Wexin die Feuerraumröhren 8-11 nur na- türlieben Kesselwasserumlauf aufweisen, wäh rend die Röhren der Konvektionsfläehe 19 Kesselwasserumwälzung besitzen - wie das in einigen Fällen schon ausgeführt worden ist -, ist die Kesselanlaufzeit ganz kritisch und muss über mehrere Stunden ausgedehnt werden,
um eine lokalisierte Wärmekonzentration in ver- scIiiedenen Abschnitten der Feuerraumröhren zu verhindern, die zu einem Ausbrennen die ser Röhren bzw. zu deren Zerstörung führen könnte. Solche Wärrnekonzentrationen treten auf infolge der Unregelmässigkeit des Kessel- wasserdurehflusses durch die Feuerraumröh- ren. Es kommt öfters vor, da.ss einige dieser Röhren zuviel und andere zuwenig Wasser erhalten.
Dies ist natürlich ein ausgesproche ner ('belstand, da es dann unmöglich ist, die Feuerraumröhren auch nur angenähert auf xleieher Temperatur zu halten. Die aus die sem Grund in den Röhren und ihren Verbin dungsstücken auftretenden Wä.rmespannun- "en können zu schweren Schäden im Dampf erzeuger führen.
Die Umwälzpumpe 20, die Kesselwasser in die Konvektionsröhren 19 im Abgaskanal 7 drückt, wird zur Verbesserung des Kesselwas- serumlaufes durch die Feuerraumröhren wäh rend der Anlaufzeit oder zu beliebiger anderer glewünsehter Zeit verwendet.
Zu diesem Zweck sind die Einlasssammler 12-15 der Feuer raumröhren mittels einer Leitung 24 mit dem Auslass der Umw älzpumpe 20 verbunden, wo bei die Leitung 24, an die zur Konvektions- fläche 19 führende Leitung 23 angeschlossen ist, und weiter mittels Abzweigleitungen 25 aus der Leitung 24, die zu den Einlasssammlern führen.
Je eine dieser Abzweigleitungen führt in jedes VerbindLUigsstüek 17 und weist - wie aus Fig. 5 ersichtlich ist - eine Düse 26 an dem im Verbindungsstück gelegenen Ende auf, um sich in das eine Ende des benachbar ten Einlasssammlers zu entleeren. Das Auslass ende jeder Düse ist. vorzugsweise im kleineren Ende eines Abschnittes 27 des Verbinehuigs- stückes angeordnet, der sich gegen das be nachbarte Ende des Sammlers hin erweitert.
Unter Druck aus der Düse 26 in den grösseren Sammler ausströmendes Kesselwasser wirkt daher als Ejektor zum Verbessern des Durch flusses von Kesselwasser durch das Verbin dungsstück in den Sammler, um in diesem den Druck auf einen Wert zu erhöhen, der etwas grösser ist als derjenige des statischen Druckes allein. Jedem Sammler ist eine solche Düse 26 zu geordnet und die Düsen können in den Samm lern einen Wasserumlauf im Gegenuhrzeiger sinn hervorrufen im Sinne der Fig. 2.
Zufolge dieser Druckeinspritzung von Kesselwasser in die Einlasssammler während der Anlaufzeit steigt der Druck in diesen, und die Aufwärts strömung von Kesselwasser durch die Feuer raumröhren wird beträchtlich verbessert und genügt, um unerwünschte Wärmekonzentratio nen und Beanspruchungen in einigen dieser Röhren auszuschliessen.
Der Umlauf durch die Feuerraumröhren wird durch die genannte Einspritzung so weit verbessert, dass in diesen wenigstens an nähernd gleiche Temperaturen aufrechterhal ten werden können, und die Anlaufzeit des Dampferzeugers kann daher beträchtlich ver- ringen werden, ohne Gefahr, die Installation zu besehädigen.
Naeli der Anlaufperiode, und wenn der Kessel Luiter einer konstanten Normalbela- stiur,- arbeitet, kann die Druekeinspritzung von Kessel -asser in die Einlasssammler dureh Sehliessen eines Ventils 28 in der Leitung \?4 aufgehoben werden,
so dass dann die Feuer- raumröhren mit natürliehem -Umlauf arbeiten. Obsehon aber das Ventil 28 gesehlossen ist, fährt die Umwälzpumpe 20 fort, das Kessel wasser in die Konvektionsröhren <B>19</B> im Abgas kanal 7 zu drileken.
Falls erwünseht, kann der Kesselwasser unilauf dureh die Feuerraumröhren während der Anlaufzeit. noeh weiter verbessert werden dureh Weiterführen der Abzweigleitungen 25 in Längsriehtung durelr das Innere der Samm ler, wie bei 30 in Fig.6 gezeigt,
und dureli Verbinden von Düsen 31 mit diesen Verlänge rungen 30 in Riehtung des Einlassendes jeder Feuerraumröhre,wobei diese Düsen eine kurze Streeke in diese hineinragen.
Es kann somit Kesselwasser unter Druek in jede Feuerraumröhre eingespritzt werden, um den normalen Wasserumlauf von den Sammlern. dureh diese Röhren weitgehend zii vermehren.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel, das zu dem der Pumpe so viel Sehutz wie möglieh ge währt, indem die Mögliehkeit eines Dampf abzuges in die Pumpe auf ein Minimum redu ziert wird.
Bei diesem Beispiel ist. die Pumpe 20 direkt unter dem Einlasssammler 12 an geordnet und die Saugseite der Pumpe mittels einer vertikalen Röhre 33 mit diesem Sammler und somit mit dem Fallrohr 16 verbunden. Die Pumpe erhält also immer Wasser, da der Verteilsammler 12 immer Wasser enthält, und der Punipensaugclriiek ist daher etwas grösser als der im Rest.
des natürliehen Umlaufsystems lierrsehende Druek. Dies ist wünschenswert., da dadureh die 3lögliehkeit, dass bei einer plötzliehen Anforderung an den Dampferzeu ger, wodureh der Druek in der Anlage steil abfallen würde, nahe der Pumpensaugseite be- findliehes Wasser sieh sehlagartig in Dampf verwandelt, auf ein Minimum reduziert wird.
Wie beim vorherigen Beispiel ist aueli hier der Pumpenauslass sowohl mit der in die Ein- lasssanimler der Feuerrauniröhren führenden Leitung 2-1 als aueli mit der in den Einlass- samrnler 22 der Konvektionsröliren mit Druek- nrnlauf führenden Leitun- 23
verbunden. Ebenso wird das Ventil 28 in der Leitung 24 zum Regulieren der Kesselwassereinspritzung in die Einlasssa.minler der Feuerraumröhren verwendet.
Beim Beispiel naeh Fig. 4- wird die Pumpe 20 nur dazu gebraueht, Kesselwasser in die Konvektionsröhren 19 für Ab-askanal 7 zu di-liekeri. Eine -;
-eitere 1'urnpe 20' wird zum Verbessern des Wasserumlaufes (1111.c11 die Feuerraumröhren benützt. Irr diesem Fall füh ren die Fallröhren 16 dureh ein R.ii.eksehlag- ventil 35 in die Sammler, und die Einlassseite der Pumpe 20' wird dureh eine von den Fall- röl)ren abgezweigte Leitung, 36,
die ein Ab- sehlufa'ventil 37 enthält, mit Wasser ans den Fallröhren versorgt. Der Auslass der Pumpe 20' ist mit den Feuei@raurnröliren-Eirilasssamm- lern, wie früher besehrieben wurde, verbun den, ausgenommen, dass das nahe beim Pum- pena.uslass angeordnete Ventil 28 gesehlossen ist,
uni die Verbindung des letzteren mit allen Abzweigleitungen ?5 zu unterbreehen.
Diese Anordnung mit den Absperrventilen 28 und 37 ermöglieht der Pumpe 20', beim Offenstehen dieser Ventile den Wasserumlauf dureh die Feuerranmröliren zu verbessern oder irr diesen Röhren nur natürliehen Umlauf zu unterhalten, icenn die Pumpe dureb -,ehlie- ssen dieser beiden Ventile ausser Betrieb ge setzt wird.
Diese Art des Steuerns der Pumpe ist. natürlieh nur beispielsweise angeführt; denn irr der Praxis kann die Pumpe 20' dureb einen Elektromotor oder derzleiehen an-etrie- ben werden, der naelr Wunseh gesteuert wer den kann.
In der Variante geniiiP> Fia. 7 sind die Fall röhren 16 für die Feuerrauniröhren je mit denn -Mittelteil zweier einander gegenüberlie gender Einlasssammler 13 und 15 verbunden. In diesem Fall.
weist jede der über das Ab sperrventil 28 mit dem Pumpenauslass verbun denen Leitungen 24 nur eine einzige Abzwei- gong ''5' auf, die dureli die Mündung des Fallrohres<B>16</B> an dessen Anschlussstelle an den benachbarten Einlasssammler führt, um sich in das Innere des Sammlers zu erstrecken.
Das im Saininler befindliche Ende der Abzweigung '?5' besitzt eine Injektordüse 40, die koaxial zum Saiiiiiiler nach entgegengesetzten Richtun gen zeigt,
um Wasser unter Druck gegen die ecitäegengesetzten Enden des Sammlers einzu- spi it.zen zum Verbessern des Ausflusses von Wasser vom Fallrohr in den Sammler und des M'asserumlaufes durch die Feuerraumröhren.
Die Düsen 40 üben ihren Einfluss natür lich auch auf die übrigen Sammler 1'? und 14 aus, da ja alle Sammler über die V erbindungs- stiieke 1 7 miteinander verbunden sind.
.aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass der beschriebene Wasserrohrkessel auf ciniache und hoeiiwirksame Art und Weise ermöglicht, den Umlauf durch die Feuerraum- röhren mit natürlicher Zirkulation zu verbes- sei-n, uni nicht nur diese Röhren gegen Be- schädigting zu schützen, sondern auch die Kesselanlaufzeit beträchtlich und mit Sicher lieit zu verringern.
Durch die Erfindung sind die beschriebenen Wasserrohrkessel mit einem solchen Zirkulationssystem versehen, dass Wasser durch die Feuerraumröhren entweder durch natürliche Zirkulation oder durch eine Kombination von natürlicher Zirkulation und t 'niwälzung in Umlauf versetzt werden kann.