CH355461A - Verfahren zur Erzielung einer gleichmässigen Endtemperatur der Teilströme eines durch einen Wärmeaustauscher mit aufgeteilten Heizflächen fliessenden Arbeitsmittels - Google Patents

Description

      Verfahren    zur Erzielung einer     gleichmässigen    Endtemperatur der Teilströme     eines        durch    einen       Wärmeaustauscher        mit    aufgeteilten Heizflächen     fliessenden        Arbeitsmittels       Das Patent betrifft ein Verfahren zur Erzielung  einer gleichmässigen Endtemperatur der Teilströme  eines zur Dampferzeugung in einem Dampferzeuger  verwendeten Arbeitsmittels,

   das durch einen in min  destens eine     Strahlungs-    und eine Berührungsheiz  fläche aufgeteilten und durch ein gasförmiges     Mittel          beheizten        Wärmeaustauscher    hindurchströmt. Das Pa  tent betrifft ferner eine Einrichtung zur Ausführung  des Verfahrens.  



  Bisher wurde das gesamte, durch einen Wärme  austauscher fliessende Medium zunächst durch eine  oder mehrere Strahlungsheizflächen und dann durch  eine oder mehrere     Berührungsheizflächen    oder auch  durch in Strömungsrichtung hintereinander und mit  einander abwechselnd angeordnete     Strahlungs-    und       Berührungsheizflächen    des     Wärmeaustauschers    gelei  tet.

   Da     Strahlungs-    und Berührungsheizflächen gegen  läufige Temperaturcharakteristiken aufweisen, das  heisst, dass die Temperaturcharakteristik der Strah  lungsheizfläche bei sinkender Last     ansteigt    und die  der Berührungsheizfläche abfällt, wird durch diese  Schaltung die Gesamtcharakteristik     vergleichmässigt.     Die vorerwähnten Schaltungen haben jedoch den  Nachteil, dass der Werkstoff jeder Heizfläche für die  höchste Temperatur der jeweiligen Charakteristik aus  gelegt oder eine Einspritzkühlung vorgesehen werden  muss. Das erfordert entweder hochwertigen Werkstoff  oder bedingt eine Vergrösserung der     Heizflächen    und  höheren Druckverlust.

   Ferner     befriedigt    diese Schal  tung bei Dampferzeugern mit hoher Leistung nicht,  da es wegen der grossen Zahl der parallelen Stränge  nicht mehr ohne weiteres möglich ist, die Temperatur  des Mediums insbesondere bei Lastschwankungen in  allen Rohrsträngen auf einem bestimmten Wert     zu     halten.  



  Demgegenüber werden gemäss dem Verfahren    nach der Erfindung die beiden zum     Wärmeaustau-          scher    gehörenden     Heizflächen    vom Arbeitsmittel in  Parallelschaltung durchströmt, wobei die Menge des  Arbeitsmittels in einem solchen Verhältnis auf die  beiden Heizflächen verteilt wird, dass jeder der daraus  austretenden     Arbeitsmittelströme    die gleiche     Endtem-          peratur    besitzt.  



  Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vor  teil, dass jede Heizfläche nicht mehr eine     bestimmte,     sondern entsprechend der jeweils unterschiedlichen       Durchflussmenge    eine unendliche Anzahl von Cha  rakteristiken aufweist. Aus jeder dieser unendlich vie  len Charakteristiken wird durch die Parallelschaltung  von     Strahlungs-    mit     Berührungsheizfläche    und durch  die Verteilung der     Durchflussmenge    in Abhängigkeit  von den Austrittstemperaturen des Mediums aus den  Heizflächen des     Wärmeaustauschers    immer der Tem  peraturpunkt eingestellt, der das Optimum der gerade  gefahrenen Last für die betreffende     Heizfläche    dar  stellt.

   Über den gesamten Lastbereich ist diese opti  male Temperatur annähernd gleich, so dass der Werk  stoff der     Heizflächen    nicht mehr für die     übertempe-          raturen    ausgelegt zu werden braucht.  



  Weiterhin ist jede     Heizfläche    nur noch für eine       Teilmenge    der Maximalleistung auszulegen, so     dass     Teilmenge     Zahl    der     parallelen    Stränge in dieser     Heizfläche          kleiner    und die     Temperaturverteilung    in den Strän  gen besser ist.  



  Weitere Vorteile bietet das Verfahren nach der       Erfindung    darin, dass bei Dampferzeugern, die mit  zwei grundverschiedenen Brennstoffen, wie z. B.  Kohle und     Gichtgas,    einzeln oder in beliebigem Men  genverhältnis     beheizt    werden, keine Temperaturbeein  flussung der Endtemperatur erfolgt, wenn beim Ab  schalten einer der beiden Brennstoffsorten sich die       Haupiwärmeabgabe    von der     Strahlungs-    in die Be-           rührungsheizfläche    des Dampferzeugers verschiebt  oder umgekehrt,

   da sich dann auch sofort die     Durch-          flussmenge    von der     Strahlungs-in    die Berührungsheiz  fläche     verlagert    oder     umgekehrt.     



  Da sich in sämtlichen Heizflächen immer das  Temperaturoptimum der gerade gefahrenen Last ein  stellt, ergibt sich auch ein Optimum an Wärmeaus  nutzung, was darin zum Ausdruck kommt, dass die  Abgastemperatur des Dampferzeugers über den Last  bereich     annähernd    konstant auf dem     niedrigst    erreich  baren     Wert    bleibt.  



  Beim Anfahren des Dampferzeugers bieten die in  parallel geschaltete     Strahlungs-    und Berührungsheiz  flächen     aufgeteilten        Wärmeaustauscher    den     Vorteil,     dass der Hauptstrom der     Durchflussmenge    sich immer  in den     Heizflächenteil    verlagert, welcher momentan  die grösste Wärmeaufnahme hat.

   Das kann so weit  gehen, dass unter Umständen die gesamte     Anfahr-          menge    nur durch die     Strahlungsheizfläche    hindurch  strömt, oder dass durch die Berührungsheizfläche nur  eine minimale     Durchflussmenge    hindurchströmt, so  lange, bis auch in dieser Heizfläche eine grössere Wär  meaufnahme     stattfindet,    was sich durch Steigen der  Temperatur am Austritt aus dem     Wärmeaustauscher     bemerkbar macht, worauf dann auch dieser Heizfläche  die der Wärmeaufnahme entsprechende Teilmenge       zugeführt    wird.  



       y    Das Verfahren nach der Erfindung wird anschlie  ssend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.  Es zeigen:       Fig.    1 das     Schaltbild    eines Dampferzeugers,       Fig.    2 eine     Mischeinrichtung    im lotrechten Schnitt,       Fig.    3 einen Schnitt nach der Linie     III-III    der       Fig.    2.  



  In     Fig.    1     sind    drei durch ein gasförmiges     Mittel          beheizte        überhitzerstufen    1, 2 und 3 eines Dampf  erzeugers dargestellt. Jede     überhitzerstufe    ist auf  geteilt in eine     Strahlungsheizfläche        S1   <I>bzw.</I>     S2    bzw.     S3     und eine Berührungsheizfläche     Bi   <I>bzw. B2</I> bzw.     B3,     die im Dampfstrom     innerhalb    jeder     überhitzerstufe     parallel geschaltet sind.

   Die im Dampferzeuger er  zeugte     Gesamtdampfmenge    strömt der ersten     17ber-          hitzerstufe    1 von einer     Sammelleitung    a über einen  Drehschieber     D1    zu, der dazu dient, die zuströmende  Gesamtmenge des Arbeitsmittels auf die Strahlungs  heizfläche     S1    und die Berührungsheizfläche     Bi    aufzu  teilen.

   Um dies zu erreichen, ist am Austritt der Heiz  flächen     S1    und     Bi    je ein     Temperaturmessorgan        Ti"    und  <B>Ab</B> vorgesehen, die beide die     Messwerte    auf einen<B>A, -</B>  Regler     R1    bekannter     Bauart        übertragen.    In dem  Regler     R1    werden die beiden Temperaturen miteinan  der verglichen und bei Temperaturunterschieden der  Drehschieber     D1    verstellt, so dass jeder der beiden       Heizflächen        S1,

          Bi    ein entsprechend bemessener Teil  strom des Arbeitsmittels zugeteilt wird. Entsprechend  dieser     Teilstrommenge    wird die Austrittstemperatur  der beiden     Heizflächen        S1    und     Bi    so lange     beein-          flusst,    bis sie beide den gleichen Wert angenommen  haben.

   Hinter den     Temperaturmessorganen        Tia    und       Ti,    werden die aus den     Heizflächen        S1    und     Bi    aus-    tretenden Teilmengen in der Mischeinrichtung     M1     wieder miteinander vermischt und der nachfolgenden       Überhitzerstufe    2 und so weiter in der gleichen Weise  zugeführt. Entsprechende Bezugszeichen gelten sinn  gemäss für die nachfolgenden     überhitzerstufen.     



  In der Mischeinrichtung nach den     Fig.    2 und 3  sollen die Dampfanteile des     Strahlungsteiles    S<B>,</B> und des       Berührungsteiles        Bi    zur Vermeidung von Strähnen  bildung durch     Verwirbelung    auf dem kürzesten Wege  vermischt werden. Ausserdem sollen in der Mischein  richtung unterschiedliche Austrittsdrücke der zuein  ander parallel geschalteten Heizflächen, die sich bei  Veränderung der     Durchflussmenge    einstellen, in  Geschwindigkeit umgesetzt werden, um auch so die  Vermischung zu fördern.

   Um dies zu erreichen, ist  die Austrittsleitung b des Strahlungsteiles     S1    mit der  Sammelleitung a unmittelbar verbunden, während die  Austrittsleitung c des Berührungsteiles     Bi    koaxial un  ter     Belassung    eines Ringspaltes d in die     Sammellei-          tung    a geführt ist. Am Ende der Austrittsleitung e  sind Wirbelbleche oder Leitschaufeln e und ein ko  axial angeordneter, den Dampfstrom nach aussen füh  render     Leitkörper        f    vorgesehen.

   Desgleichen sind     in     dem Ringspalt d am Ende des Austrittsrohres c Wir  belbleche oder Leitschaufeln g angeordnet, deren       Drallrichtung    jedoch entgegengesetzt der     Drallrich-          tung    der Leitschaufeln e verlaufen. Ferner ist an der  Stelle der Zusammenführung der beiden Dampfströme  in der Sammelleitung<I>a</I> ein     Schutzrohr   <I>h</I> für die Wan  dung der Sammelleitung a vorgesehen.  



  Der     Erfindungsgedanke    gilt sehr allgemein. Er  lässt sich auf jeden     Wärmeaustauscher    eines Dampf  erzeugers anwenden, sei es ein     Speisewasservorwär-          mer        (Economiser),    ein Verdampfer, ein     überhitzer,     ein     Zwischenüberhitzer    oder auch nur ein Teilstück  eines der     genannten        Wärmeaustauscher.     



  Weiterhin ist es möglich, jeden geteilten     Wärme-          austauscher    nicht nur in eine Strahlungsheizfläche und  eine Berührungsheizfläche aufzuteilen, sondern eben  sogut kann er in mehrere parallel geschaltete Strah  lungsheizflächen und Berührungsheizflächen aufgeteilt  werden.  



  Das Verfahren kann in Verbindung mit Dampf  erzeugern jeder     Bauart    angewendet werden, z. B. in       Zwangsdurchlauf-    oder in Zwangsumlauf- oder in       Naturumlauf-Dampferzeugern,    bei     letzteren    mit Aus  nahme des     Verdampfungsteiles.     



  Die     Aufteilung    der Teilmengen des Arbeitsmittels  in die parallel geschalteten     Heizflächen    kann in dem  bereits genannten Drehschieber oder aber auch     mittels     zweier oder mehrerer voneinander unabhängiger Re  gelventile, je eines für jede     Strahlungs-    bzw. Berüh  rungsheizfläche, erfolgen.  



  Die     Abführ-    und     Zuführleitungen    von und zu den  einzelnen Heizflächen haben kleineren Querschnitt  und damit geringere Wandstärke und benötigen ins  gesamt einen geringeren Materialaufwand als die frü  her benötigten Leitungen, die für die ganze Menge der  Maximalleistung ausgelegt sein mussten.      Die Sammelleitungen a für die     Gesamtdurchfluss-          menge    zwischen einer Mischstelle hinter einem geteil  ten     Wärmeaustauscher    und der Stelle der Wiederauf  teilung vor dem nächsten geteilten     Wärmeaustauscher     können infolge des Einbaues einer besonderen Misch  einrichtung so kurz wie möglich gehalten werden, um  Material zu sparen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Erzielung einer gleichmässigen End- temperatur der Teilströme eines zur Dampferzeugung in einem Dampferzeuger verwendeten Arbeitsmittels, das durch einen in mindestens eine Strahlungs- und eine Berührungsheizfläche aufgeteilten und durch ein gasförmiges Mittel beheizten Wärmeaustauscher hin durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Heizflächen vom Arbeitsmittel in Parallelschaltung durchströmt werden, wobei die Menge des Arbeits mittels in einem solchen Verhältnis auf die beiden Heizflächen verteilt wird,

   dass jeder der daraus aus tretenden Arbeitsmittelströme die gleiche Endtem- peratur besitzt. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Aufteilung der Gesamtdurch- flussmenge des Arbeitsmittels auf die Strahlungs- und die Berührungsheizfläche des Wärmeaustauschers mit tels eines Regelorgans oder mehrerer voneinander un abhängiger Regelorgane erfolgt und jedes Regelorgan seine Regelimpulse in Abhängigkeit von der am Aus- tritt des Wärmeaustauschers gemessenen

   Temperatur der Teilströme erhält. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Teilströme nach Austritt aus den Heizflächen des Wärmeaustauschers in eine an die Abführleitungen für beide Teilströme angeschlos sene Mischeinrichtung geleitet werden, in der die Teil ströme zunächst unabhängig voneinander parallel ge führt und dann mit entgegengesetztem Drall mitein ander vermischt werden.

   PATENTANSPRUCH<B>11</B> Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die an die eine Heizfläche an geschlossene Abführleitung (b) für den einen Teil strom die an die andere Heizfläche angeschlossene Abführleitung (c) für den anderen Teilstrom koaxial unter Belassung eines Ringspaltes (d) eingeführt ist und dass in diesen Ringspalt und in die letztgenannte Abführleitung (c) Wirbelbleche oder Leitschaufeln (e bzw. g) eingesetzt sind,

   deren Drallrichtung entgegen gesetzt ist. UNTERANSPRUCH 3. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass hinter den Wirbelblechen (e) der innenliegenden Abführleitung (c) ein Einsatzkörper (fl vorgesehen ist, der den aus dieser Abführleitung (c) ausströmenden Arbeitsmittelteilstrom nach aussen lenkt.