DE1138796B - Zwangdurchlaufdampferzeuger. - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 52290 Ia/13 g

ANMELDETAG: 11. FE B RU AR 1957

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 31. OKTOBER 1962

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwangdurchlaufdampferzeuger, bei dem mindestens eine Heizfläche aus zwei parallelgeschalteten, über einen Eintrittsverteiler und einen Austrittssammler verbundenen Rohren besteht, von denen nur einige als Kontrollrohre ein Druchflußeinstellorgan und an den Enden je eine Temperaturmeßvorrichtung enthalten, welche mit einer Wählvorrichtung verbunden ist, die nur den jeweils höchsten Temperaturmeßwert als Impuls zu einem die Zufuhr mindestens eines Teiles des Betriebsmittels zur Heizfläche regelnden Ventil oder zur Regelung des Brennstoff-Speisewasser-Verhältnisses weiterleitet, während die restlichen Rohre ihrer Lage im Feuerraum und ihrer Durchflußbeaufschlagung nach gruppenweise je einem Kontrollrohr zugeordnet sind.

Es ist bekannt, bei einem Zwangdurchlaufdampferzeuger mit mehreren parallelgeschalteten Rohren am Ende jedes Rohres eine Temperaturmeßvorrichtung anzubringen. Die Temperaturmeßvorrichtungen sind mit einer Wählvorrichtung verbunden, die nur den jeweils höchsten Temperaturmeßwert als Impuls zur Speisewasser- oder Brennstoffregelung durchläßt. Bei Anwendung dieser bekannten Anordnung auf große Dampferzeuger, die z. B. hundert oder mehr parallelgeschaltete Rohre haben, wird das System zu kompliziert und zu unwirtschaftlich wegen der großen Zahl von Temperaturmeßgeräten. Wird dagegen nur an einem Rohr ein Temperaturmeßorgan vorgesehen, so wird die Regelung wegen der großen Zahl der unkontrolliert bleibenden Rohre unbrauchbar.

Es ist auch ein Zwangdurchlaufdampferzeuger bekannt, bei dem ein Rohr von mehreren parallelgeschalteten Rohren, die von einem gemeinsamen Eintrittsverteiler ausgehen und in einen gemeinsamen Austrittssammler münden, mit einem Durchflußeinstellorgan versehen ist und einen Flüssigkeitsabscheider enthält, von dessen Niveau aus die Wärmezufuhr oder die Arbeitsmittelzufuhr zu den Rohren geregelt wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die in dem zuerst erwähnten, bekannten Zwangdurchlaufdampferzeuger enthaltene Temperaturimpuls-Auswahlvorrichtung für Großkesselanlagen, die vielleicht hundert oder noch mehr parallelgeschaltete Rohre aufweisen, wirtschaftlich verwendbar zu machen, wobei die Regelung der Betriebsmittelzufuhr so erfolgt, daß der Feuchtigkeitsgehalt aller Arbeitsmittelteilströme beim Eintreten in den Austrittssammler gleich ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die restlichen Rohre im Gegensatz zu den Kontrollrohren eintrittsseitig nicht Zwangdurchlaufdampferzeuger

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Westfalendamm 10

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. März 1956 (Nr. 569 920)

John I. Argersinger, Scarsdale, N. Y.,
und Herbert M. Lowenstein, New York, N. Y.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

direkt an den Eintrittsverteiler geschaltet sind, sondern an je einen Gruppenverteiler, wobei die Gruppenverteiler ihrerseits durch je ein Rohr, welches ein Durchflußeinstellorgan enthält, mit dem Eintrittsverteiler verbunden sind.

Weitere Merkmale der Erfindung und die mit dem Erfindungsgegenstand erzielbaren Vorteile ergeben sich auch aus der nachstehenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 den Teil einer Rohrheizfläche eines Zwangdurchlaufdampferzeugers im Bereich der Verdampfung und Beginn der Überhitzung sowie die Kontrolle des Arbeitsmittelzuflusses zu dieser Heizfläche,

Fig. 2 schematisch die Elemente des Impulswählers,

Fig. 3 in Abänderung der Fig. 1 die Kontrolle der Brennstoffzuführung,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Gruppenverteiler und die Rohrenden mit ihren Druchflußdrosseleinrichtungen.

Der in Fig. 1 dargestellte Teil eines Dampferzeugers am Ende der Vorwärmzone, also im Bereich der Verdampfung und beginnenden Überhitzung, weist drei parallele, miteinander verbundene Rohrgruppen A, B und C auf. Jede Gruppe A, B und C besteht aus vier parallel miteinander verbundenen Rohren 1, 2, 3 und 4 sowie 5, 6, 7 und 8 bzw. 9,10, 11 und 12. Das Ausgangsende jedes Rohres der Gruppe A, B und C

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ist mit dem Austrittssammler 20 verbunden. Die Rohre 1, 2 und 3 zweigen von dem Gruppenverteiler 28, die Rohre 5, 6, 7 vom Gruppenverteiler 30, und die Rohre 9, 10 und 11 vom Gruppenverteiler 32 ab. Das vierte Rohr jeder Gruppe A, B und C, also 4, 8 und 12, umgeht jeweils den Gruppenverteiler dieser Gruppen und zweigt direkt von dem Eintrittsverteiler 34 ab. Die Gruppenverteiler 28, 30 und 32 sind mit dem Eintrittsverteiler 34 mittels der Leitungen 36, 38 und 40 verbunden.

Das Arbeitsmittel, z. B. Wasser, fließt von einer Speisewasserquelle (nicht gezeigt) durch die Speiseleitung 42 in den Eintrittsverteiler 34. Ein Durchflußkontrollorgan, nämlich das Ventil 44, in dieser

einflußt, in dem gezeigten Beispiel vom Balg 80, dessen zugehöriger Temperaturfühler unter dem Einfluß der höchsten Temperatur steht. Die Temperaturfühler, deren Impuls auf die anderen Bälge 78, 79 über-5 tragen werden, sind von niederen Temperaturen beeinflußt. Diese anderen Bälge kommen daher nicht in Kontakt mit der Querstange 82, und die von diesen Bälgen ausgehenden Impulsübertragungen können somit so lange keine Wirkung auf die Regelung des ίο Ventiles 44 ausüben, als diese niederen Temperaturen aufrechterhalten sind.

Die Rohre 1, 2, 3 der Gruppe A sowie die Rohre 5, 6, 7 der Gruppe B und die Rohre 9, 10, 11 der Gruppe C sind mit Durchflußdrosselorganen 89 ausLeitung regelt die Menge des dem Eintrittsverteiler 15 gerüstet, die fest oder auswechselbar eingebaut sind. 34 zugeführten Speisewassers. Die Leitungen 36, 38 Fig. 4 zeigt drei derartige Rohre 1, 2, 3, deren Enden und 40 verteilen das Wasser zu den Gruppenverteilern mit diesen Drosselorganen 89 ausgerüstet sind. Diese 28, 30 und 32. Andererseits erhalten die Rohre 4, 8 Drosselorgane ermöglichen es, den Wasserdurchfluß und 12 Wasser direkt von dem Eintrittsverteiler 34. durch diese Rohre in jeder Gruppe schon beim Ent-Gruppendurchflußeinstellorgane 46, 48 und 50 sind 20 wurf oder bei der Berechnung der Kesselanlage so zu in den Leitungen 36, 38 und 40 und Durchflußein- bestimmen, daß der Zufluß zu jedem dieser Rohre stellorgane 52, 54 und 56 in den Rohren 4, 8 und 12 gleich oder proportional der 'von jedem Rohr absorvorgesehen. Werten Wärme ist. Das vierte Rohr 4, 8, 12 jeder

Unter normalen Betriebsbedingungen wird das in Gruppe, das mit einem Temperaturfühler 68, 70, 72 die Rohrgruppen A, B und C eintretende Wasser in 25 ausgerüstet ist, kann ebenso ausgeführt sein, d. h. also solch einem Ausmaß verdampft, daß nur ein kleiner mit oder ohne ein Drosselorgan 89, so daß es einen Anteil von Wasser in dem Sammler 20 zurückbleibt. Wasserzufluß erhalten kann, der proportional zu sei-Der gesättigte Dampf und der kleine Anteil von Was- ner Wärmeaufnahme ist, und daß es demnach ser, der die Hauptmenge der Verunreinigungen ent- Dampf austreten lassen kann, der die gleiche Tempehält, gelangt von dem Sammler 20 in den Dampf- 30 ratur und/oder den Zustand hat wie der Dampf, der und Wasserabscheider 58 über die Rohrleitung 60. in den restlichen Rohren der betreifenden Gruppe er-Der Abscheider 58, der ein Zentrifugalabscheider zeugt wird.

sein kann, trennt den größten Teil des Wassers sowie Fig. 3 zeigt die gleiche Ausbildung von Rohrgrup-

der Verunreinigungen von dem Dampf, welcher den pen A, B und C wie in Fig. 1. Indessen besitzt in der Abscheider über die Leitung 62 verläßt und in einen 35 Ausführung nach Fig. 3 der Impulswähler 74 einen nicht gezeigten Überhitzer gelangt. Das ausgeschiedene Druckwandler 86, der die Zuführung von Brennstoff an Stelle der Zuführung von Wasser, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kontrolliert.

In der gezeigten Ausführung nach Fig. 3 wird dies 40 durchgeführt mittels Einstellen des Druckes in der Impulsübertragungsleitung 90, wodurch der Regler 91 beeinflußt wird, welcher entweder das Brennstoffventil 92 öffnet oder schließt. Dieses Ventil ist in der Brennstoffleitung 93 eingebaut, die Brennstoff zu einem

seits den Regler 75 durch die Impulsleitung 76 be- 45 Brenner 94 von einer nicht gezeigten Quelle heraneinflußt. führt. Die für die Verbrennung erforderliche Luft

Der Impulswähler ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. wird durch die Leitung 95 von einer ebenfalls nicht Er besitzt drei Bälge 78, 79 und 80 oder andere ahn- gezeigten Quelle herangeführt, liehe Einrichtungen. Jeder von diesen Bälgen steht in Durch geeignete Einstellung der Gesamtlänge der

Wirkungsverbindung mit einem der Temperaturfüh- 50 Gewindestangen 85 vermittels einer Schraubverbinler 68, 70 und 72 (Fig. 1). Die Bälge dehnen sich aus dung 96 (vgl. Fig. 2), wird die Kontrolltemperatur auf und ziehen sich zusammen, entsprechend dem An- dem gewünschten Wert festgehalten. Es kann also steigen oder Fallen der Temperatur, und sie sind so eines der Durchflußeinstellorgane 52, 54 und 56 so angeordnet, daß das bewegliche Ende desjenigen BaI- eingestellt werden, daß nur dasjenige der Kontrollges, der über die Impulsleitung mit dem Temperatur- 55 rohre 4, 8 oder 12, welches im Augenblick die höchste fühler verbunden ist, der gerade zur Zeit die höchste Temperatur aufweist, leicht überhitzten Dampf liefern Temperatur mißt, mit der Querstange 82 am Ende wird, während die anderen Rohre leicht nassen Dampf eines im Lager 84 beweglichen Hebelarmes 83 in austreten lassen.

Kontakt kommt. Über die verstellbaren Gewinde- Während des Betriebes wird die Speisewasserzu-

stangen 85 wird das andere Ende des Hebels 83 mit 60 fuhr durch das Rohr 42 oder die Brennstoffzufuhr einem üblichen hydraulischen Druckwandler 86 ver- durch die Leitung 93 so proportioniert, daß zuerst bunden, der den Druck in der den Impuls übertra- überhitzter Dampf in den Rohrgruppen A, B und C genden Leitung 76 beeinflußt und somit auf das erzeugt wird. Die Organe 46, 48, 50 sowie 52, 54, 56 Durchflußventil 44 mittels des Reglers 75 einwirkt. sind dann so eingestellt, daß der Überhitzungsgrad des Der Hebel 83 wird gegen die Bälge durch die Federn 65 Dampfes in jedem Rohr 1 bis 12, der in den Sammler 87 gepreßt. Dementsprechend drückt die Querstange 20 eintritt, annähernd derselbe ist. Dies wird angezeigt 82 immer auf den Balg, der am meisten ausgedehnt durch die Temperatur, die vermittels eines Thermoist. Die Querstange 82 wird so nur von dem Balg be- elementes, das an jedem Rohrende angeordnet ist, ge

Wasser wird mit den in ihm enthaltenen Verunreinigungen durch die Rohrleitung 64 und das Auslaßorgan 66 zu einem nicht gezeigten Behälter abgelassen.

Jedes der Rohre 4, 8 und 12 der Gruppen A, B und C ist mit je einem Temperaturfühler 68, 70, 72 verbunden, deren Impulsübertragungseinrichtungen mit einem Impulswähler 74 verbunden sind, der seiner-

messen wird. Wird jetzt vorausgesetzt, daß der Überhitzungsgrad, auf welchen alle die Rohre eingestellt sind, auf diese Art etwa 6° C (10° F) beträgt (über der gesättigten Dampftemperatur), dann kann der Überhitzungsgrad in einem Kontrollrohr, z. B. im Rohr 12, auf etwa 55° C (100° F) über der Sattdampftemperatur infolge Verringerung des Durchflusses durch das Organ 56 gesteigert werden. Jetzt kann durch einstellbares Öffnen des Speiseventils 44 oder einstellbares Schließen des Brennstoffventils 92 die Temperatur des Dampfes, der das Kontrollrohr 12 verläßt, auf einen Wert von etwa 13° C (25° F) über Sattdampftemperatur oder irgendeiner anderen gewünschten Temperaturhöhe erniedrigt werden. Damit wird gleichzeitig die Temperatur in allen verbleibenden Rohren auch automatisch reduziert, bis die Temperatur die Sattdampftemperatur erreicht. Da diese letzteren Rohre anfänglich Dampf abgeben, der einen Überhitzungsgrad von nur etwa 6° C (10° F) über dem Sättigungspunkt hat, wird der Dampf, der jetzt diese Rohre verläßt, Naßdampf sein. Dementsprechend werden die Bälge des Impulswählers 74, die mit den Rohren 4 und 8 verbunden sind, kürzer sein als der Balg, der mit dem Rohr 12 verbunden ist.

Die Kesselanlage ist jetzt unter automatische Kontrolle gestellt. Das bedeutet, daß die Temperatur des Dampfes, der das Kontrollrohr 12 — etwa 13° C (25° F) über dem Sättigungspunkt — verläßt, innerhalb enger Grenzen durch die automatische Kontrolle entweder der Speisewasserzuführung durch Ventil 44 oder der Brennstoffzuführung durch Ventil 92 aufrechterhalten wird. Der Zustand des Dampfes, der die übrigen Rohre verläßt, wird dabei auf dem gewünschten Wert gehalten.

Im Verlauf des Betriebes kann sich eine unerwünschte Menge von Schlacke oder sonstigen Ablagerungen auf der beheizten Oberfläche des Kontrollrohres 12 ansammeln. Das wird den Anteil von Hitze, der durch das Rohr 12 absorbiert wird, herabsetzen und ein Sinken der Temperatur des Dampfes ver-Ursachen. Der Temperaturfühler 72 wird dann den Mechanismus des Impulswählers 74 beeinflussen im Sinne einer Einwirkung auf den Regler 75 oder 91, um die Speisewasserzuführung zu verringern oder entsprechend die Brennstoffzuführung zu vergrößern.

Eine derartige Beeinflussung wird die Dampftemperatur in allen übrigen Rohrsträngen steigern, bis eines der Rohre 4 oder 8 Dampf liefert, der einen größeren Überhitzungsgrad besitzt als derjenige, den der Dampf in dem Kontrollrohr 12 besitzt. Hieraus ergibt sich eine automatische Verlagerung der Kontrolle von dem Rohr 12 zu einem der Rohre 4 oder 8.

Es ist daher praktisch unmöglich, irgendein Rohr in der Gruppe A, B und C zu verbrennen, da der Zufluß von Arbeitsmittel zu den Rohren in jeder Gruppe in Abhängigkeit des entsprechenden zugehörigen Kontrollrohres 4, 8 und 12 durch die Drosselöffnungen 89 eingestellt wird und jedes Kontrollrohr seinerseits arbeitsmäßig mit dem Impulswähler 74 durch einen der Bälge 78, 79 und 80 verbunden ist. Das Kontrollrohr, das im Augenblick der höchsten Temperatur unterworfen ist, wird daher dank des mit ihm in Verbindung stehenden längeren Balges den Hebel 82 und den hydraulischen Druckwandler 86 betätigen und schließlich einen Einfluß auf das Speiseventil 44 oder Brenn-Stoffventil 92 ausüben.

Unter bestimmten Betriebsbedingungen, bei denen eines der Kontrollrohre, z. B. 12, die Lieferung von überhitztem Dampf von beispielsweise einer Temperatur von 13° C (25° F) über Sattdampftemperatur aufrechterhält, können eines oder alle der anderen Kontrollrohre 4 und 8 mittels der Organe 54 und 52 so eingestellt werden, daß sie Dampf von einer niederen Temperatur, z. B. 8° C (15° F) über Sattdampftemperatur abgeben. Falls dementsprechend das Rohr 12 überhitzten Dampf liefert, wird eines der anderen Rohre die Kontrolle über die Anlage bei tieferen Temperaturen übernehmen. Natürlich können mehr als zwei Temperaturimpulsübertragungsorgane bzw. Impulswähler verwendet werden, um besonderen Betriebsbedingungen entsprechen zu können. So kann z. B. in der gezeigten Abbildung das Rohr 12 beeinflußt werden, um Dampf von 13° C (25° F), Rohr 8 um Dampf von 8° C (15° F) und Rohr 4 um Dampf von 3° C (5° F) über Sattdampftemperatur zu liefern.

Die bevorzugte erfindungsgemäße Ausführung ist hier gezeigt und beschrieben in Verbindung mit Rohren und Rohrgruppen, die in paralleler Anordnung in der Verdampfungszone und in mindestens einer anderen Zone von variabler Temperatur des Arbeitsmittels, insbesondere zu Beginn der Überhitzungszone, angeordnet sind. Indessen gibt es auch andere Zonen von variabler Temperatur des Arbeitsmittels, wie z. B. die Heizzone, die unmittelbar der Verdampfungszone vorhergeht und gewöhnlich als Vorwärmzone bezeichnet wird. In dieser Zone, wie in der Überhitzungszone, gibt die Temperatur einer gegebenen Menge des erhitzten Arbeitsmittels den Anteil der absorbierten Hitze wieder. Die Erfindung kann daher gleich gut angewendet werden auf ein Kontrollsystem, worin die Temperaturvariationen in dieser anderen variablen Temperaturzone dazu benutzt werden, um die Zuführung des Arbeitsmittels oder die Zuführung des Brennstoffes zu regulieren, und zwar in einer ähnlichen Weise, wie sie vorstehend in Verbindung mit der Temperaturvariation in der Überhitzungszone beschrieben ist.

Während bei der hier gezeigten und beschriebenen Anlage hydraulisch oder ähnlich wirkende Mittel, z. B. pneumatische Mittel, verwendet werden, können auch elektrische oder elektronische Mittel benutzt werden. Es ist selbstverständlich, daß Änderungen in der Konstruktion, Kombination und Anordnung von Teilen vorgenommen werden können, ohne von dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken abzugehen. So ist es auch möglich, das Rohrsystem des Kessels bzw. einer Heizfläche in mehr als die drei beschriebenen Gruppen A, B und C aufzuteilen. Während die Erfindung bisher in ihrer Anwendung auf einen bei unterkritischem Druck betriebenen Dampferzeuger beschrieben ist, kann sie auch in sinngemäßer Abwandlung auf einen mit annähernd kritischem oder überkritischem Druck betriebenen Dampferzeuger angewendet werden, wobei natürlich die für diese hohen Drücke geltenden Gegebenheiten berücksichtigt werden müssen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Zwangdurchlaufdampferzeuger, bei dem mindestens eine Heizfläche aus parallelgeschalteten, über einen Eintrittsverteiler und einen Austrittssammler miteinander verbundenen Rohren besteht, von denen nur einige als Kontrollrohre ein Durchflußeinstellorgan und an den Enden je eine Temperaturmeßvorrichtung enthalten, welche mit

   einer Wählvorrichtung verbunden ist, die nur den jeweils höchsten Temperaturmeßwert als Impuls zu einem die Zufuhr mindestens eines Teiles des Betriebsmittels zur Heizfläche regelnden Ventil oder zur Regelung des BrennstoS-Speisewasser-Verhältnisses weiterleitet, während die restlichen Rohre ihrer Lage im Feuerraum und ihrer Durchflußbeaufschlagung nach gruppenweise je einem Kontrollrohr zugeordnet sind, dadurch gekenn zeichnet, daß die restlichen Rohre (1, 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10,11) im Gegensatz zu den Kontrollrohren

   (4, 8, 12) eintrittseitig nicht direkt an den Eintrittsverteiler (34) geschaltet sind, sondern an je einen Gruppenverteiler (28, 30, 32), wobei die Gruppenverteiler ihrerseits durch je ein Rohr (36, 38, 40), welches ein Durchflußeinstellorgan (46, 48, 50) enthält, mit dem Eintrittsverteiler (34) verbunden sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 942631, 911264, 658, 731059, 723 414, 654961.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 209 679/58 10.62