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Verfahren zur Inbetriebnahme von Zwangdurchlaufkesseln Bei der Inbetriebnahme
von Zwangdurchlaufkesseln tritt häufig die Gefahr einer überhitzung nicht ausreichend
gokühlter Heizflächen auf. Dieses trifft vor allem für die im Strahlungsteil des
Kessels liegenden überhitzerheizflächen zu. Bildet sich nämlich in diesen an mehreren
räumlich voneinander getrennten Stellen. gleichzeitig oder kurz hintereinander Dampf,
so. behindern sich die hinter der ersten Verdampfungszone liegenden Dampfpolster
. in ihrer weiteren Ausbildung selbst" indem sie gegeneinander zu expandieren
versuchen. Diese Schwierigkeiten treten vor allem bei modernen Hochleistungskesseln
auf.
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Bei derartigen Kesseln mit Strahlungs- und Berührungsheizflächen wird
häufig das Arbeitsmittel aus dem Brennraum bzw. dem Strahlungsteil über nachgeschaltete
Kesselzüge niederer Temperatur zurück in den Brennraum bzw. Strahlungsteil geführt.
Auf einen derart ausgebildeten Kessel bezieht sich die Erfindung. Die Schwierigkeiten,
die zu überwinden Aufgabe der Erfindung ist, treten bei solchen Kesseln auf, bei
denen das Arbeitsmittel von einer scharf beheizten in eine kühle und anschließend
wieder in eine scharf beheizte Heizfläche gelangt, so daß bei Inbetriebnahme des
Kessels die in der erstgenannten Heizfläche beginnende Verdampfung in der zweiten
unterbrochen und in der darauffolgenden Heizfläche erneut aufgenommen wird. Dabei
kann die erste, d. h. die dem Kesseleintritt am nächsten liegende Verdampfungszone
nicht, wie dies beim Anfahrvorgang wünschenswert wäre, allmählich auf den ganzen
Kessel übergreifen und dabei das noch nicht verdampfte Wasser ausstoßen. Es besteht
also die Gefahr, daß sich zwei Dampfpolster bilden, die so aufeinander einwirken,
daß das in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels hinter dem ersten Dampfpolster liegende
zweite Dampfpolster den Enddruck des ersten Dampfpolsters um ein Vielfaches erhöht,
so daß infolge dieses Druckanstieges der Arbeitsmittelfluß stockt. Durch die Stagnation
der Strömung werden die scharf beheizten Rohre nicht mehr ausreichend gekühlt und
drohen zu verbrennen, was zu Rohrreißern führt.
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Besonders gefährdet sind in dieser. Hinsicht diejenigen Heizflächen
des überhitzers, die abwärts durchströmt werden, da sie, wie es üblich ist, nicht
mehr wie die Verdampferheizflächen im Brennkammerraum mit Stampfniasse verkleidet
sind, sondern frei im Strahlungsteil liegen und daher unmittelbar beheizt sind.
Sie neigen beim Anfahren des Kessels infolge der meist niedrigen Last (kleine Wassergeschwindigkeiten)
leicht zu Strömungsinstabilitäten. Wenn dabei die Geschwindigkeit des abwärts strömenden
Wassers und die der aufsteigenden Dampfblasen etwa gleich groß wird, bleibt der
Dampf praktisch stehen, so daß die Heizflächen .selbst nicht mehr ausreichend gekühlt
sind *
Der instabile Bereich muß daher so rasch wie möglich durchfahren werden,
wenn die Heizflächen keinen Schaden nehmen sollen. Das ist aber nicht ohne weiteres
möglich, wenn die Expansion des Dampfes der ersten Verdampfungszone -durch ein oder
gar mehrere Dampfpolster behindert wird und die gefährdeten Heizflächen verbrennen.
Die Rohrreißer machen dann ein Anfahren des Kessels überhaupt unmöglich.
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Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung beseitigt. Diese
besteht darin, daß bei der Inbetriebnahme von Kesseln der geschilderten Art sowohl
vor Eintritt des aus einer überwiegend strahlungsbeheizten Vorüberhitzerheizfläche
kommenden Arbeitsmittel in eine überwiegend berührungsbeheizte überhitzerheizfläche
als auch hinter dem Austritt aus derselben vor dem Eintritt in eine überwiegend
strahlungsbeheizte Nachüberhitzerheizfläche vorübergehend in bei stationärein Betrieb
an sich bekannter Weise zusätzlich flüssige Arbeitsmittelmengen niedrigerer Temperatur
eingespeist werden, die eingespeisten Mengen jedoch so dosiert werden, daß während
des Anfahrvorganges die Ausbildung einer zweiten Verdampfungszone mit Sicherheit
unterbunden wird.
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Es ist an sich bei Zwangdurchlaufkesseln bereits bekannt, flüssiges
Arbeitsmittel an einer oder mehreren Stellen im überhitzer einzuführen. Diese Maßnahmen
dienen aber der Temperaturregelung des Heißdampfes. Weiterhin ist es bekannt, den
überhitzer an der Einspritzstelle in zwei Abteilungen aufzutrennen, zwischen denen
eine, in einem wesentlich
niedrigeren Temperaturgebiet liegende
Heizfläche eingeschaltet ist. Aber auch diese Maßnahme dient allein der Temperaturregelung
des Heißdampfes und wird im ordnungsgemäßen Betrieb des Kessels angewendet, nicht
aber beim Anfahrvorgang. Es wäre auch nicht ohne weiteres möglich, bei dem bekannten
Durchlaufkessel mit Hilfe dieser Wassereinspritzung den Anfahrvorgang in der Weise
zu verbessern, wie dies die Erfindung vorsieht. Wenn erfindungsgemäß während des
Anfahrvorganges vorübergehend eine ganz bestimmte Menge zusätzÜchen flüssigen Arbeitsmittels
eingespeist und diese Einspeisung so dosiert wird, daß mit Sicherheit keine zweite
Verdampfungszone sich auszubilden vermag, so muß die zusätzlich eingeführte Speisewassermenge
einerseits einen be-stimm en Mindestbetrag aufweisen, andererseits darf sie
aber nicht zu groß sein, um nicht wieder andere Unstabilitäten hervorzurufen. Bei
der bekannten und allgemein gebräuchlichen Wassereinspritzung zur Temperaturkorrektion
verwendet man einen bestimmten Regehnechanismus, der durch ein an geeigneter Stelle
in der Nähe des Kesselausganges gewonnenes Temperatursignal gesteuert wird.
Die gesamte Regeleinrichtung fär die Wassereinspritzung müßte' stillgesetzt und
müßten möglicherweise die entsprechenden Leitungen überbrückt werden, wenn man daran
denken wollte, während des Anfahrvorganges die vorhandenen Wassereinspritzungen
zur zusätzlichen Arbeitsmittelinengeneinspeisung heranzuziehen, um dadurch Instabilitäten
bei der Inbetriebsetzung des Kessels zu verhindern. Dies wäre praktisch unmöglich.
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Es ist weiterhin unter anderem ein Hochdruckdampferzeuger bekanntgeworden,
bei dem die Speiseflüssigkeit in Teihnengen unterteilt an mindestens zwei verschiedenen,
mit dem Rohrsystem in ständiger Verbindung stehenden Stellen dem Rohrsystem zugeführt
wird. Bei diesem bekannten Kessel geht es darum, eine schwankende Verdampfungsleistung
infolge labiler Strömungsgleichgewichte zu vermeiden. Wenn dort zur Stabilisierung
des Dampfzustandes von einer zusätzlichen Wassereinspeisung Gebrauch gemacht wird"-
so kann und soll dabei nicht erreicht werden, daß hinter der Verdampfung des Arbeitsmittels
nochmals eine Verflüssigung eintritt, wie dies bewußt bei dem Verfahren nach der
Erfindung angestrebt wird. Die Maßnahmen gemäß der Erfindung bewirken, daß sich
Dampf zuerst in der als Vordampferheizfläche vorgesehenen Berohrung bildet und dieser
Dampf dann in der Lage ist, nach Wegnahme der vorübergehenden Wassereinspeisung
den nachgeschalteten Heizflächenteil rasch leerzublagen. Im Arbeitsmittelfluß des
Kessels wird auf diese Weise erzwungen, daß in hintereinanderliegenden Rohrsträngen
zunächst flüssiges Arbeitsmittel, dann Dampf, dann aber wiederum flüssiges Arbeitsmittel
vorhanden ist.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen
in stark vereinfachter schematischer Darstellung.
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Beim Anfahren des Kessels fördert die Speisewasserpunipe Sp das Speisewasser
durch die nachfolgend genannten Heizzflächen, Vorwärmer 1, Verdampfer 2,
Restverdampfer 3, Vorüberhitzer 4, Vorderwand.überhitzer5, Durchtrittsgitter-6,
Seitenwandüberhitzer 7 und Nachüberhitzer 8.
Zur Entnahme und Einleitung
des zusätzlichen Speisewassers in das Rohrsystem sind besondere Leitungen
9, 9 a und regelbare Ventile 10, 10 a vorgesehen, von denen
mindestens, eines - mit der zugehörigen Leitung angeschlossen ist. Die Ventile
10,
10 a sind im Bereich hinter dem ersten überhitzerregister
des ersten Zuges, vorzugsweise zwischen den einzelnen Registern der Vorder- und
Seitenwandüberhitzerheizflächen, in das Rohrsystem eingeschaltet.
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Die Speisewasserleitungen9,9a sind vorzugsweise zwischen der Speisepumpe
Sp -und dem Kesseleintritt über die Ventile 11, 11 a an die
Hauptspeiseleitung angeschlossen und mit den zugeordrieten. Ventilen 10,
10 a verbunden.
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Die wahrscheinliche Reihenfolge der Dampfzonenbildung beim Anfahren
sei an Hand des in der Zeichnung gewählten Beispiels beschrieben. Dabei sei die
neue Anfahreinrichtung zunächst nicht in Betrieb.
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Das den Vorwärmerl verlassende kalte Wasser wird im Verdampfer 2 nur
aufgewärmt. Zur Dampfbildung kann es aber noch - nicht kommen, da die Heizflächen
mit Stainpfinasse verkleidet sind und der Kessel noch kalt ist. Im Regtverdampfer
3 erfolgt eine weitere Aufwärmung durch die Rauchgase. Erst im Vorderwandüberhitzer'
5 wird die Verdampfungstemperatür erreicht (erste Verdampfungszone bzw. erstes
Dampfpolster). Das hier entstehende Dampfwassergeinisch durchströmt das noch kalte
Durchtrittsgitter 6, wird also hier wieder abgekühlt und
gelangt in
den Seitenwandüberhitzer'l, der wieder im gleichen Temperattirbereich liegt wie
der Vorder,-wandüberhitzer 5. Daher tritt hier-. erneut eine weitere
starke Verdampfung ein (zweites Dampfpolgter).
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Es bilden sich also mindestens zwei Verdampfungszonen, die, beim Ausführungsbeigpiel
und -auch bei den üblichen Hochleistungskesgeln getrennt voneinander meist in den
Vorder- und Seitenwandüberhitzern liegen. Auf die Folgen dieses Zustandes wurde
schon weiter oben hingewiesen.
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Demgegenüber soll die Wirkungsweise der neuen Einrichtung beim gleichen
Anfahrvorgang beschrieben werden.
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Schon zu Beginn des Anfahrvorgangeg wird eines oder gegebenenfalls
auch beide Speiseleitungsventile 11, 11 a geöffnet und zusätzlich
kaltes Speisewasser über die auf den etwas über den jeweilig vorhandenen Druck eingestellten
Ventile 10, 10 a in die Seitenwandüberhitzerflächen 5 eingespeist.
Dadurch wird die Temperatur dieser Heizflächen erniedrigt und eine Dampfbildung
verhindert. Die Einspeisung erfolgt so lange, bis sich die erste Verdampfungszone
bis zur EinspeisesteRe herangeschoben hat. Dabei schiebt das Dampfpolster das zum
Kesselauslaß hin noch befindliche Speisewasser vor sich her und stößt es aus. Vor
oder mit Erreichen der Einspeisestelle werden die Ventile 10, 10 a und
11, 11 a wieder geschlossen.
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Man kann, anstatt zu Beginn des Anfahrvorganges schon Zusatzwasser
einzuspeisen, auch so verfahren, daß man auf Grund von Messungen feststellt, ob
überhaupt ein zweites Dampfpalster im Entstehen begriffen ist. Ist dag der Fall,
so leitet man erst jetzt das Wasser in der vorher beschriebenen Weise iii die gefährdeten
Heizflächen.
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Um die unerwüwchte Damptbildung wirksamer zu bekämpfen, ist es auch
vorteilhaft, gleichzeitig die
.an sich bekannten Einspritzstellen
zur Temperaturregelung mit heranzuziehen, soweit sie vor dem zweiten Dampfpolster
liegen.
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Ferner ist es möglich, das Zu- und Abschalten .gemäß der Erfindung
zu automatisieren, indem man Impulse, unter Umständen von besonderen Meßeinrichtungen,
auf die Antriebe der Ventile 10, 10 a
und 11-, 11
a gibt.