DE1179220B - Device for feeding a forced circulation steam generator - Google Patents

Description

Einrichtung zur Speisung eines Zwangumlauf-Dpferzeugers Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Speisung eines Zwangunrlauf-Dampferzeugers mit einem mit der Kesseltrommel über die Heizflächen verbundenen, mit einer Umwälzpumpe versehenen Umwälzkreis und einer in diesen mündenden, von einem Speisewasserbehälter ausgehenden und mit einer Druckerhöhungseinrichtung versehenen Speiseleitung.Device for feeding a forced circulation steam generator The invention relates to a device for feeding a forced run steam generator with a connected to the boiler drum via the heating surfaces, provided with a circulation pump Circulation circuit and one that opens into this and emanates from a feed water tank and a feed line provided with a pressure-increasing device.

Zwangumlauf-Dampferzeuger benötigen bekanntlich außer der gesetzlich vorgeschriebenen Reservepumpe zum Betrieb zwei Pumpen, von denen die eine zur Speisung des Dampferzeugers und die andere zur Erzeugung des erforderlichen Zwangumlaufes dient. Abgesehen von den entsprechenden Kosten für die zweite Pumpe einschließlich deren Verbindungsleitungen und das sonstige Zubehör sowie die Regelungsorgane stellt der Betrieb damit höhere Anforderungen an die Betriebsbereitschaft.As is well known, forced circulation steam generators need in addition to those required by law prescribed reserve pump to operate two pumps, one of which is for supply the steam generator and the other to generate the required forced circulation serves. Apart from the corresponding costs for the second pump including their connecting lines and other accessories as well as the regulating bodies The company therefore has higher requirements for operational readiness.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Einrichtung, die es erlaubt, außer der Reservepumpe mit einer einzigen Pumpe für Speisung und Umlaufsystem eines Zwangumlaufkessels auszukommen. Dies erfordert jedoch besondere Einrichtungen, um mit einer einzigen Pumpe sowohl die Speisung als auch den Umlauf des Dampferzeugers zu beherrschen. Insbesondere betrifft dies die Einhaltung eines ausreichenden konstanten Wasserstandes in der Kesseltrommel des Zwangumlauf-Dampferzeugers, d. h. also die rechtzeitige Nachspeisung. Gemäß einem noch nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag wird der Zwangumlauf durch eine Kolbenpumpe erreicht, die mit zwei Ventilkästen ausgerüstet ist, wobei diese Ventilkästen als Rückschlagventile wirken. Bei dieser Anlage kann die Pumpe nur als sogenannte Hubpumpe arbeiten, so daß keine kontinuierliche Förderung gegeben ist und auch der Leistungsbereich begrenzt wird.The aim of the invention is to create a device which allows in addition to the standby pump with a single pump for the supply and circulation system Forced circulation boiler get along. However, this requires special facilities in order to with a single pump both the feed and the circulation of the steam generator to dominate. In particular, this concerns maintaining a sufficient constant Water level in the boiler drum of the forced circulation steam generator, d. H. so the timely replenishment. According to a not yet prior art Proposal, the forced circulation is achieved by a piston pump with two valve boxes is equipped, these valve boxes act as check valves. At this System, the pump can only work as a so-called lift pump, so that no continuous Funding is given and the range of services is also limited.

Es ist bereits eine Vorrichtung zur Regelung eines Zwangumlauf-Dampferzeugers bekannt, welcher ähnliche Aufgaben zugedacht sind, jedoch arbeitet dieser Dampferzeuger gleichfalls mit getrennter Speise und Umwälzpumpe. Lediglich das System zur Regelung der Einspeisung ist hierbei von Interesse. Es dient zur Regelung eines Mischungsverhältnisses von umlaufendem überschußwasser und Speisewasser mittels einer Abzweigleitung und eines darin befindlichen Sicherheitsablaßventils zur Regelung der dem Speisewasserbehälter bzw. dem Umwälzkreis zuzuführenden Mengen. Jedoch sind hierbei, wie bereits erwähnt, zwei getrennte Pumpen für Speisung und Umlauf erforderlich, deren eingangs geschilderte Nachteile den Betrieb erschweren. Unter Zugrundelegung eines derartigen Standes der Technik besteht demgegenüber die Neuerung gemäß der Erfindung darin, daß in der Speiseleitung, tiefer als der Speisewasserbehälter, ein entlüftbarer Zwischenbehälter angeordnet ist, dessen oberer Teil über eine Druckausgleichleitung mit dem Dampfraum der Kesseltrommel in Verbindung steht, wobei in der von dem unteren Teil der Kesseltrommel abgehenden Leitung des Umwälzkreises sowie in der Druckausgleichleitung und auf dem Zwischenbehälter Ventile vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit vom Wasserstand in der Kesseltrommel und im Zwischenbehälter derart betätigbar sind!, daß der Wasserstand in der Kesseltrommel innerhalb bestimmter Grenzen konstant bleibt.It is already a device for regulating a forced circulation steam generator known to which similar tasks are intended, but this steam generator works also with separate feed and circulation pump. Only the system for regulation the feed is of interest here. It is used to regulate a mixing ratio of circulating excess water and feed water by means of a branch line and a safety drain valve located therein to regulate the feed water tank or the quantities to be added to the circulation circuit. However, as already mentioned, two separate pumps required for supply and circulation, the ones described at the beginning Disadvantages make operation difficult. Based on such a status In contrast to the technology, the innovation according to the invention is that in the feed line, deeper than the feed water tank, a ventable intermediate tank is arranged, the upper part of which via a pressure equalization line with the steam space the boiler drum is in communication, in which from the lower part of the boiler drum outgoing line of the circulation circuit as well as in the pressure equalization line and on Valves are provided in the intermediate tank, which depend on the water level in the boiler drum and in the intermediate container can be actuated in such a way! that the water level in the boiler drum remains constant within certain limits.

Auf diese Weise ist eine einfache Regelung der Einspeisung bei Verwendung von nur einer Pumpe für Speisung und Umwälzung möglich. Es kann hierbei auch jede Pumpenbauart, also auch z. B. eine Turbopumpe eingesetzt werden, so daß hierdurch der Leistungsbereich der erfindungsgemäßen Anlage vergrößert wird. Eine solche Anlage kann bei sogenannten Dampfautomaten und bei Schnelldampferzeugem eingesetzt werden, wobei im Prinzip die neue Schaltung auch für Großkesselanlagen geeignet ist.In this way, a simple control of the feed is possible when using only one pump for supply and circulation possible. Anyone can do this Pump type, so also z. B. a turbo pump can be used, so that this the performance range of the system according to the invention is increased. Such a plant can be used in so-called steam machines and high-speed steam generators, In principle, the new circuit is also suitable for large boiler systems.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung hervor, die schematisch die Schaltung der, erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt.Further advantages and features of the device according to the invention go from the following description with reference to the drawing, the schematic shows the circuit of the device according to the invention.

Von einer Kesseltrommel 1, welche bei Schnelldampferzeugern als Wasserabscheider ausgebildet sein kann, führt eine Leitung 2 über einen Wärmeaustauscher 3 zu einer Umwälzpumpe 4. Die Leitung 2 enthält ein magnetgesteuertes Absperrventil 5. Die Umwälzpumpe 4 speist die Kesselheizfläche 6, von wo aus das Dampfwassergemisch ein Rohrbündel 7 des Wärmeaustauschers 3 frei durchfließt und über eine Leitung 8 dem Dampfraum der Kesseltrommel bzw. des Wasserabscheiders zugeführt wird. Ein unter Atmosphärendruck stehender Speisewasserbehälter 9 ist über eine Rückschlagklappe 10 und eine Leitung 11 mit einem kleinen Zwischenbehälter 18 verbunden. Von diesem Zwischenbehälter 18 führt eine Leitung 13 über eine Rückschlagklappe 14 zu einem Abzweig 15, wo sie sich mit der von der Kesseltrommel kommenden Leitung 2 vereinigt und in den Wärmeaustauscher 3 führt. Eine Druckausgleichleitung 16 führt vom Dampfraum der Trommel 1 über ein magnetbetätigtes Absperrventil 17 zudem Dampfraum des Zwischenbehälters 18. Dieser Zwischenbehälter 18 enthält außerdem ein magnetgesteuertes Absperrventil 19, welches über einen Regler 20 vom Wasserstand 21 in dem Behälter 12 gesteuert wird. Die Ventile 5 und 17 werden gegenläufig über einen Regler 22 vom Wasserstand 23 der Trommel 1 gesteuert.From a boiler drum 1, which can be designed as a water separator in high-speed steam generators, a line 2 leads via a heat exchanger 3 to a circulation pump 4. The line 2 contains a solenoid-controlled shut-off valve 5. The circulation pump 4 feeds the boiler heating surface 6, from where the steam-water mixture is introduced Tube bundle 7 of the heat exchanger 3 flows freely through and is fed via a line 8 to the steam space of the boiler drum or the water separator. A feed water tank 9 under atmospheric pressure is connected to a small intermediate tank 18 via a non-return valve 10 and a line 11. From this intermediate container 18, a line 13 leads via a non-return valve 14 to a branch 15, where it joins the line 2 coming from the boiler drum and leads into the heat exchanger 3. A pressure equalization line 16 leads from the vapor space of the drum 1 via a solenoid-operated shut-off valve 17 also vapor space of the intermediate container 18. This receiver 18 also contains a solenoid-controlled shut-off valve 19 which is controlled by a regulator 20 from the water level 21 in the container 12th The valves 5 and 17 are controlled in opposite directions via a controller 22 from the water level 23 of the drum 1 .

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende: Es wird vorausgesetzt, daß die Kesseltrommel 1 bis zu ihrem oberen Wasserstand aufgefüllt ist. Das Ventil s befindet sich dann im geöffneten Zustand, und die Pumpe 4 erhält ihr Zulaufwasser über die Leitung 2 und wälzt dieses Wasser unter Sattdampfdruck und -temperatur über die Kesselheizfläche 6, das Rohrbündel 7 des Wärmeaustauschers 3 und die Leitung 8 um. Die Rückschlagklappe 14 wird dabei durch den Kesseldruck geschlossen, da auf der anderen Seite nur der statische Druck aus dem Zwischenbehälter 18 auf ihr ruht. Der Wärmeaustauscher 3 weist in diesem Fall kein Temperaturgefälle auf. Der über die Dampfentnahmeleitung 24 in das Netz gespeiste Dampf bewirkt aber ein Absinken des Wasserstandes in der Kesseltrommel 1, da keinerlei Nachspeisung erfolgt. Wenn der Wasserstand der Trommel einen bestimmten Niedrigwert erreicht hat, schließt der Regler 22 das Ventil 5 und öffnet gleichzeitig das Ventil 17. Hierbei kommt es über die Leitung 16 zu einem Druckausgleich zwischen dem Kesselsystem und dem Zwischenbehälter 18. Das Absperrventil 19 ist dabei geschlossen, ebenso die Rückschlagklappe 10. Die Umw'älzpumpe 4 erhält jetzt ihren Zulauf aus dem Zwischenbehälter 18 über die Leitung 13, die jetzt sinngemäß offene Rückschlagklappe 14 und den Wärmetauscher 3. Der Zwischenbehälter ist derart ausgelegt, daß er den Unterschied zwischen dem Höchst- und Niedrigstwasserstand der Trommel l faßt. In dieser Phase des Vorganges arbeitet die Pumpe 4 also als Speisepumpe und füllt die Kesseltrommel l wieder auf. Der Kessel arbeitet jetzt in Durchlaufschaltung.The operation of the device according to the invention is as follows: It is assumed that the boiler drum 1 is filled up to its upper water level. The valve s is then in the open state, and the pump 4 receives its inlet water via the line 2 and circulates this water under saturated steam pressure and temperature over the boiler heating surface 6, the tube bundle 7 of the heat exchanger 3 and the line 8 . The non-return valve 14 is closed by the boiler pressure, since on the other hand only the static pressure from the intermediate container 18 rests on it. The heat exchanger 3 has no temperature gradient in this case. However, the steam fed into the network via the steam extraction line 24 causes the water level in the boiler drum 1 to drop, since there is no replenishment. When the water level in the drum has reached a certain low value, the controller 22 closes the valve 5 and at the same time opens the valve 17. In this case, the pressure between the boiler system and the intermediate container 18 is equalized via the line 16. The shut-off valve 19 is closed, likewise the non-return valve 10. The circulation pump 4 now receives its supply from the intermediate tank 18 via the line 13, the now correspondingly open non-return valve 14 and the heat exchanger 3. The intermediate tank is designed in such a way that it distinguishes the difference between the highest and lowest water levels the drum holds l. In this phase of the process, the pump 4 works as a feed pump and fills the boiler drum 1 again. The boiler now works in a continuous circuit.

Da das zulaufende Wasser jedoch eine niedrigere Temperatur als die Sattdampftemperatur besitzt, die Pumpe 4 andererseits aber vor zu großen Temperaturschwankungen geschützt werden muß, ist der Wärmetauscher 3 vorgesehen, welcher das Speisewasser bis auf eine Temperatur aufwärmt, die um eine vertretbare Temperaturspanne unterhalb der Siedetemperatur liegt. Da der Wärmetauscher 3 in diesem Fall in seinem Rohrbündel von im Sattdampfzustand befindlichen Dampfwassergemisch durchströmt wird, auf seiner Außenseite jedoch von kälterem Speisewasser umspült ist, ist also ein Temperaturgefälle vorhanden, welches einen Wärmetausch zwischen diesen beiden Medien bewirkt. Dabei nimmt der Dampfgehalt des Dampfwassergemisches wieder um einen bestimmten Prozentsatz ab. Dieser Wärmetauscher könnte bei kleinen Dampfautomaten und Schnelldampferzeugern beispielsweise als Doppelrohrwendel ausgeführt werden.Since the incoming water has a lower temperature than the saturated steam temperature, but the pump 4, on the other hand, must be protected from excessive temperature fluctuations, the heat exchanger 3 is provided, which heats the feed water up to a temperature which is a reasonable temperature range below the boiling point . Since the heat exchanger 3 in its tube bundle is traversed by a steam-water mixture in the saturated steam state, but is surrounded by colder feed water on its outside, there is a temperature gradient which causes heat exchange between these two media. The steam content of the steam-water mixture decreases again by a certain percentage. In the case of small steam generators and high-speed steam generators, this heat exchanger could, for example, be designed as a double helix.

Hat der Wasserstand im Zwischenbehälter 18 einen Niedrigstand erreicht, so wird über den Regler 22 das Ventil 17 geschlossen, das Ventil s jedoch geöffnet. Gleichzeitig wird über den Regler 20 das Absperrventil 19 geöffnet, dessen Auslaßleitung in die Atmo-Sphäre oder in den drucklosen Speisewasserbehälter 9 mündet. Es findet somit ein Druckausgleich zwischen Atmosphäre und dem vorher im Behälter 18 herrschenden Systemdruck statt. Die Rückschlagklappe 14 schließt sinngemäß wieder. über die Rückschlagklappe 10 und die Leitung 11 fließt dabei in freiem Fall neues Speisewasser aus dem Behälter 9 in den Zwischenbehälter 18. Das Ventil 19 dient dabei als Entlüftung. Ist der Höchstwasserstand im Behälter 18 wieder erreicht, schließt das Ventil 19, die Ventile 5 und 17 schalten um und die Anlage arbeitet, wie in der ersten Phase, wieder in Umlaufschaltung. Die Ventile 5, 17 und 19 werden zweckmäßigerweise zu einer gemeinsam betätigten Gruppe zusammengefaßt.If the water level in the intermediate container 18 has reached a low level, the valve 17 is closed via the controller 22 , but the valve s is opened. At the same time, the shut-off valve 19 is opened via the regulator 20 , the outlet line of which opens into the atmosphere or into the pressureless feed water tank 9 . There is thus a pressure equalization between the atmosphere and the system pressure previously prevailing in the container 18. The check valve 14 closes again accordingly. Via the non-return valve 10 and the line 11 , new feed water flows in free fall from the container 9 into the intermediate container 18. The valve 19 serves as a vent. When the maximum water level is reached again in the container 18, the valve 19 closes, the valves 5 and 17 switch over and the system works, as in the first phase, in circulation again. The valves 5, 17 and 19 are expediently combined to form a jointly actuated group.

Die durch die beschriebene erfindungsgemäße Schaltung gegenüber den bisher bekannten Systemen erreichten Vorteile sind folgende: Im Gegensatz zu den meisten Schnelldampferzeugern, welche als Durchlaufkessel ausgebildet sind, ist die Anlage in Zwangumlaufschaltung ausgeführt und benötigt also ein nicht so hochwertiges Speisewasser wie die Durchlaufanlage. Gegenüber den bekannten Zwangumlaufanlagen weist die erfindungsgemäße Anlage nur eine einzige Pumpe auf, welche abwechselnd als Umwälz- oder als Speisepumpe arbeitet. Im Gegensatz zur Verwendung von Hubpumpen ist es bei der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, die Anlage auch mit einer kontinuierlich fördernden Pumpe, z. B. einer Kreiselpumpe, zu betreiben. Unzulässige Temperaturschwankungen für die Pumpe werden dabei vermieden.The circuit according to the invention described by the compared to previously known systems achieved advantages are as follows: In contrast to the Most high-speed steam generators, which are designed as flow boilers, is the system is carried out in forced circulation and therefore requires a not so high quality Feed water like the continuous flow system. Compared to the well-known forced circulation systems the system according to the invention has only a single pump, which alternately works as a circulation or feed pump. In contrast to the use of lifting pumps it is possible with the device according to the invention, the system with a continuously conveying pump, e.g. B. a centrifugal pump to operate. Inadmissible Temperature fluctuations for the pump are avoided.

Claims (1)

Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Speisung eines Zwangumlauf-Dampferzeugers mit einem mit der Kesseltrommel über die Heizflächen verbundenen, mit eiher Umwälzpumpe versehenen Umwälzkreis und einer in diesen mündenden, von einem Speisewasserbehälter ausgehenden und mit einer Druckerhöhungseinrichtung versehenen Speiseleitung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speiseleitung (11, 13), tiefer als der Speisewasserbehälter (9), ein entlüftbarer Zwischenbehälter (18) angeordnet ist, dessen oberer Teil über eine Druckausgleichleitung (16) mit dem Dampfraum der Kesseltrommel (1) in Verbindung steht, wobei in der von dem unteren Teil der Kesseltrommel (1) abgehenden Leitung (2) des Umwälzkreises sowie in der Druckausgleichleitung (16) und auf dem Zwischenbehälter (18) Ventile (5, 17, 19) vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit vom Wasserstand in der Kesseltrommel (1) und im Zwischenbehälter (18) derart betätigbar sind, daß der Wasserstand in der Kesseltrommel (1) innerhalb bestimmter Grenzen konstant bleibt. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Umwälzpumpe (4) ein Wärmeaustauscher (3) angeordnet ist, in dem das der Pumpe zufließende Speisewasser durch das von der Kesselheizfläche (6) kommende Arbeitsmittel erwärmt wird. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (5, 17, 19) zu einer gemeinsamen Gruppe zusammengefaßt sind. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der .Speiseleitung (11, 13) vor und hinter dem Zwischenbehälter (18) je eine Rückschlagklappe (10, 14) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 884 502; französische Patentschrift Nr. 1271796.Claims: 1. Device for feeding a forced circulation steam generator with a connected to the boiler drum via the heating surfaces, provided with a circulating pump and a circulation circuit opening into this, emanating from a feed water tank and provided with a pressure increasing device, characterized in that in the feed line (11, 13), deeper than the feed water tank (9), a ventable intermediate tank (18) is arranged, the upper part of which is connected to the steam chamber of the boiler drum (1) via a pressure equalization line (16) , with the one from the lower Part of the boiler drum (1) outgoing line (2) of the circulation circuit as well as in the pressure equalization line (16) and on the intermediate container (18) valves (5, 17, 19) are provided, which depending on the water level in the boiler drum (1) and in the intermediate container (18) can be actuated in such a way that the water level in the boiler drum (1) is within certain limits remains constant. 2. Device according to claim 1, characterized in that a heat exchanger (3) is arranged in front of the circulating pump (4), in which the feed water flowing to the pump is heated by the working medium coming from the boiler heating surface (6). 3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the valves (5, 17, 19) are combined to form a common group. 4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that a non-return flap (10, 14) is arranged in each case in the feed line (11, 13) in front of and behind the intermediate container (18). Documents considered: German Patent No. 884 502; French patent specification No. 1271796.