DE2503411A1

DE2503411A1 - Heisswassererzeuger und verfahren zur schockpruefung von rohrleitungs- fertigteilen unter verwendung eines heisswassererzeugers

Info

Publication number: DE2503411A1
Application number: DE19752503411
Authority: DE
Inventors: Robert Thomas Brady; Michael Joseph Mcinerney
Original assignee: Vapor Corp
Current assignee: Vapor Corp
Priority date: 1974-01-28
Filing date: 1975-01-28
Publication date: 1975-07-31
Also published as: FR2259326A1; CH590435A5; FR2259326B1; GB1503309A; US3890936A; GB1503308A; CA1021648A

Description

von Rohrleitungs-Fertigteilen unter Verwendung eines Hei.ßwassererzeugers

Die Erfindung betrifft Heißwasser er zeuger und bezieht sich insbesondere auf einen Heißwassererzeuger der zur ·=■ Erzielung einer maximalen Leistung seines Färme austauschers hinsichtlich der Wärmeaufnähme und dadurch des Temperaturanstieges unter Vermeidung von Blasenkeimung mit hohen Temperaturen betrieben wird, sowie ein Verfahren zur Schockprüfung von Rohrleitungs-JFertigteilen unter Verwendung eines Heißwassererzeugers.

Bisher wurden Heißwassererzeuger deutlich unter der erreichbaren maximalen Brennkammerbelastung betrieben. Der Grund hierfür liegt in den Wärmeaustauschern und in den Druck- · regelvorrichtungen, die zur Erzeugung von stoßartig auftretenden Dampftaschen oder Dampfblasen führen, die zum Teil eine überhitzung erfahren können. Aus durch diese Dampfblasen erzeugten Druckstößen ergeben sich "Schläge" oder Lastdruck Schwankungen im Wärmeaustauscherteil des Heißwassererzeugers. Solche Erscheinungen sind unerwünscht, da sie zu Beschädigungen des Färmeaustaüschers und zu hörbaren

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Geräuschen führen. Heißdampf blasen erzeugen eine öriflxc begrenzte Überhitzung der Färmeaustauschflächen, die zu einer verringerten Lebensdauer führt. Die Verdampfung von Wasser ruft Film- oder Oberflächentemperaturen mit ausreichend hohen Niveaus hervor, die zur Kesselsteinbildung und/oder Korrosion führen können. Es ist daher wichtig, daß das im Heißwassererzeuger . erwärmte Wasser nicht in die Dampfphase übergeht.

Eine herkömmliche Wassererhitzungsvorrichtung ist beispielsweise in der US-PS 3 282 257 beschrieben, bei der zur Erzeugung von Dampf kontrollierter Güte ein dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher ähnlicher Wärmeaustauscher in Verbindung mit einer Dampftrommel benutzt wird. Dieser Erhitzer arbeitet aufgrund von LastdruckSchwankungen bei etwa 75$ der maximalen Brennkammerbelastung.

Ein Kessel zur raschen Wassertemperaturerhöhung wird in der US-PS 3 651 790 angegeben, die sich mit der Verwendung von komplizierten Wärmeübertragungsvorrichtungen zur Vergrößerung der Färmeaustauschf lache befaßt. Die Herstellung von Vorrichtungen dieses Typs ist schwierig und teuer. Außerdem ist bei derartigen Vorrichtungen während thermischen und Strömungsstößen die Innendruckverteilung nicht gleichmäßig, so daß unerwünschte Dampfblasen erzeugt werden.

Ein weiterer komplizierter Hei.Rwassererzeuger mit Wärmeaustauscher ist in der US-PS 3 773 -019 angegeben. Diese Vorrichtung ist gleichfalls schwierig und teuer in der Herstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heißwassererzeuger zu schaffen, mit dem sich unter Vermeidung von Dampftaschenbildung eine hohe Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit bis nahe der theoretischen maximalen

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Wassertemperaturänderung erzielen läßt und der eine Schockprüfung von Hochleistungs-Eoiirleitungs-Pertigteilen durch Belasten eines Fertigteils durch einen raschen Wassertemperaturanstieg ohne Blasenkeimung zuläßt.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, einen Heißwassererzeuger mit Regelvorrichtungen zu schaffen, mit denen sich der Heißwassererzeuger so "betreiben läßt, daß die maximale Temperaturänderungsgeschwindigkeit ohne Erzeugung von Dampftaschen in der Flüssigkeit erzielt wird.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Heißwassererzeuger zu schaffen, dessen Wärmeaustauscher mit einfachen Mitteln und wirtschaftlich herstellbar ist, eine große Lebensdauer hat und bei kontrollierter Wärmezufuhr und Wärmeentnahme eine maximale Wärmeaufnahme- und dadurch Temperaturanstiegsgeschwindigkeit erzeugt.

Diese Aufgabe ist durch einen Heißwassererzeuger gelöst, wie er mit Ausgestaltungen in den Ansprüchen gekennzeichnet ist.

Der erfindungsgemäße Heißwassererzeuger verwendet einen Wärmeaustauscher und eine Verbrennungsvorrichtung in Ausbildung ähnlich den in der bereits erwähnten TJS-PS 3 282 beschriebenen Vorrichtungen in Verbindung mit einem vorteilhaften Regelsystem, um die maximale Wassertemperaturerhöhungsgeschwindigkeit ohne Erzeugung von Dampftaschen zu erzielen. Beispielsweise läßt sich der Heißwassererzeuger nach der Erfindung so betreiben, daß Wasser mit einer Temperatur von etwa 294 ⁰G bei einem überdruck von etwa 160 kp/cm innerhalb etwa 50 s auf eine ' Temperatur von etwa 330 ⁰C bei einem Überdruck von etwa 159 kp/cm gebracht werden kann. Dadurch ist es möglich, daß der Wärmeaustauscher den maximalen Wärmestrom aufnimmt, ohne in den Bereich des keimförmigen Siedens bzw. Verdampfens mit Blasenbildung oder noch weiter·fortgeschrittener,

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den beteiligten Drucken entsprechender Siede- bzw. Verdampfungsstadien überzugehen. Demzufolge ist der Heißwassererzeuger nach, der Erfindung in der Lage, eine Schockprüfung von Hochleistungs-Rohrleitungs-JFertigteilen, wie z.B. Ventilen, Reglern, Wärmeaustauschern u.dgl., durch Belastung eines Fertigteiles durch rasche Wassertemperaturerhöhung ohne Blasenkeimung oder Erzeugung von Dampftaschen vorzunehmen.

Zu den Regeleinrichtungen, mit denen sich der Heißwassererzeuger zur Erzielung des raschen Temperaturanstieges im erhitzten Wasser fahren läßt, gehört ein Temperaturregler, der die Austrittstemperatur des im Heißwassererzeuger erhitzten Wassers überwacht und ein Signal zur Betätigung eines schnellansprechenden Luft-Brennstoff-Stellgliedes erzeugt, um die maximal zulässige Verbrennungsgeschwindigkeit einzustellen, die der Wärmeaustauscherteil des Heißwasser«erzeuge.r verträgt und bei der im erhitzten Wasser keine Dampftaschen erzeugt werden. Die Leistung eines Verbrennungsluft für die Verbrennungsvorrichtung liefernden Gebläses ist über eine mit dem Stellglied verbundene Absperrklappe regulierbar. Das Stellglied reguliert ebenfalls ein Brennstoffdosierventil, das der Verbrennungsvorrichtung Brennstoff zuführt. Ein Regelbereich von 1:24 für den Heißwassererzeuger gestattet die Ausbildung einer "Wasserwand", die rasche Erhöhungen der Wasseraustrittstemperatur innerhalb exakt geregelter Durchfluß- und Druckgrenzen erzeugt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Pig. 1 eine vereinfachte Darstellung, teilweise als Blockschaltbild, des ' Heißwassererzeugers nach der Erfindung mit den Regeleinrichtungen und einer Wasserströmungsschleife,

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Pig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer Anlage mit einer Vielzahl parallelgeschalteter Heißwassererzeuger in Verbindung mit der . Schockprüfung eines Rohrleitungs-Bauteils,

Pig. 3 eine grafische Darstellung der maximal zulässigen Wassertemperatur am Ileißwassererzeugerauslaß als Punktion des Austrittsdruckes "bei einem Heißwassererzeuger nach der Erfindung,

Pig. 4 eine grafische Darstellung der Maximalwerte für Austrittsdruck und Austrittstemperatur des Wassers eines Heißwassererzeugers nach der Erfindung als Punktion der Wasserdurchflußmenge zur Verhinderung von Sieden im Wärmeaustauscher des Heißwassererzeugers,

Pig. 5 eine grafische Darstellung einer üblichen Siedekurve zur Darstellung des Siedeverlaufes bei Heißwassererzeugern,

Pig. 6 eine grafische Darstellung des zeitabhängigen Verlaufes der Wasseraustrittstemperatur des Erhitzers beim Übergang von niedriger zu hoher Brennleistung des Heißwassererzeugers nach der Erfindung, mit einer Darstellung des maximalen Temperaturanstieges ohne Blasenkeimung,

Pig. 7 eine grafische Darstellung mit den Kennlinien für maximal zulässige Brennleistungen zwischen der Austrittstemperatur des Erhitzers bei niedriger Brennleistung und der maximal zulässigen Aus- \ trittstemperatur ohne Grenzschichtsieden,

Pig. 8 ein Blockschaltbild der luft-Brennstoff-Regeleinrichtung des Heißwassererzeugers - nach der Erfindung, .

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9» 10 und 11 grafische Darstellungen von Betriebsabläufen nach einer Änderung der Sollwert-Temperatur der Segeleinrichtung im Zusammenhang mit dem Steuersignal, der Absperrklappe und der Temperatur des Heißwassers am Auslaß des Wärmeaustauschers, und

\2, 13 und 14 grafische Darstellungen der Beziehung zwischen der Temperatur des in den Wärmeaustauscher des Heißwassererzeugers einströmenden Heißwassers, des aus dem Wärmeaustauscher austretenden Heißwassers und der aus der Verbrennungsvorrichtung in den Wärmeaustauscher geleiteten Rauchgase während der Laständerung.

Pig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung des Heißwassererzeugers nach der Erfindung. Dieser weist beim gezeigten Beispiel ein Gehäuse 20 auf, das einen Verbrennungsteil 21 und einen Rohrschlangenteil 22 umschließt. Im Gehäuse 20

ist zwischen dem Verbrennungsteil 21 und dem Rohrschlangenteil 22 eine Drossel 23 vorgesehen, die den Gasstrom aus dem Verbrennungsteil 21 zum Rohrschlangenteil 22 leiten soll. Eine im Innern des Rohrschlangenteils 22 angeordnete Rohrschlange oder Färmeaustauscher in Gestalt einer Rohrschlange ist insgesamt mit 24 bezeichnet und weist eine Vielzahl von Wasserrohren auf. In der ringförmig-wendelförmig gestalteten Rohrschlange 24 sind die Wasserrohre in radial angeordneten Schichten und in Längsrichtung mit Zwischenabstand hintereinanderliegenden Reihen angeordnet. An die äußerste Wasserrohrschicht ist ein Einlaß 25, an die innerste Wasserrohrschicht ein Auslaß 26 angeschlossen. Im Verbrennungsteil 21 erzeugte Verbrennungs- oder Rauchgase strömen durch die Drossel 23 hindurch in den zentralen Bereich der Rohrschlange 24 und von dort nach außen und durch einen Rauchgasabzug 27. Zwar ist der Heißwassererzeuger nur vereinfacht dargestellt, es sei jedoch darauf

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hingewiesen, daß dieser Teil des Heißwassererzeugers im wesentlichen einer Ausbildungsform entspricht, wie sie in ; der weiter oben erwähnten US-PS 3 282 257 "beschrieben wird. Die wendeiförmigen Wasserrohre bi-lden einen Strömungsweg für das Wasser, welches der Rohrschlange Wärme entnimmt, die aus den Rauchgasen aufgenommen wird. Dies macht die Wärmeübertragung auf die durch die Rohrschlangen fließende Mindestwassermenge nötig. Pur die Erzielung der angestrebten raschen Temperaturerhöhung des Wassers ist es wichtig, daß beim Wärmeüberträgungsprozeß die Mindestwassermenge beteiligt ist.

Die Erzeugung von Verbrennungsgasen erfolgt aus einem entsprechenden Gemisch von fossilem Brennstoff und Luft. Der Brennstoff kann ein Erdgas oder ein anderer geeigneter fossiler Brennstoff sein, der sich aus einer entsprechenden Speisequelle über eine Brennstoffleitung 30 dem Verbrennungsteil 21 oder einer Brennkammer im Verbrennungsteil 21 zuführen läßt. Die Brennstoff-Durchflußmenge im Verbrennungsteil 21 ist mit einem Dosierventil 31 regulierbar.

Primär- oder Verbrennungsluft läßt sich mit einem Gebläse 32 erzeugen und durch eine Leitung 33 zum Verbrennungsteil leiten. Zur Regulierung der Luftdurchflußmenge in der Leitung 33 ist darin eine Absperrklappe 34 vorgesehen. Zur Aufrechterhaltung der Verbrennungsstäbilität bei niedriger Brennleistung läßt sich oberhalb der Absperrklappe 34 aus der Leitung 33 eine kleine Menge Luft abzapfen und über eine Hebenluftleitung 35 in die Brennstoffleitung 30 einleiten, um dem durch diese in den Verbrennungsteil 21 eingeleiteten Brennstoff etwas Luft zumischen zu können. Dies ist wichtig für die Erzielung eines großen Regelbar ei ehe s zwischen hoher und niedriger Brennleistung. Insbesondere erleichtert es das Zustandekommen eines Regelbereiches von etwa 1:24, um die notwendige Temperaturerhöhung zu ermöglichen und die zur Schockprüfung von Fertigbauteilen

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nach dem erfindungsgemäßen Verfahren notwendige Schockprüfung zu erhalten.

Zur Steuerung der Arbeitsweise des Dosierventils 31 und der Absperrklappe 34 und damit zur Regulierung des in den Verbrennungsteil 21 einströmenden Brennstoff-Luft-Gemischs ist mit den erwähnten Bauteilen 3.1 und 34 mechanisch ein schnellansprechendes Luft-Brennstoff-Stellglied 38 verbunden. Dieses Stellglied 38 erhält ein Signal von einem zweckdienlich ausgebildeten [Temperaturregler 39, der durch einen Sollwert-Anzeiger 40 und durch die mit einem entsprechenden Temperaturmeßinstrument.41 abgenommene Temperatur des Heißwassers am Auslaß 26 des Wärmeaustauschers 24 steuerbar ist.

Das Einlaß- und das Auslaßende der Rohrschlange oder des Wärmeaustauschers 24 sind durch ein Rohr oder eine Leitung miteinander verbunden. In die Rohrleitung 45 ist eine Pumpe 46 eingebaut, die stets mit einer zweckmäßigen Durchflußmenge einen ständigen Wasser strom durch den gesamten *> Wasserströmungsweg oder Wasserschleife erzwingt. In der Rohrschlange 24 besteht somit ein erzwungener Wasserumlauf. Zur Belastung des Systems ist in die Rohrleitung 45 außerdem ein Belastungsglied 47 eingebaut. Dieses ist beim gezeigten Beispiel ein Wärmeaustauscher, es kann jedoch in beliebiger zweckmäßiger Weise ausgebildet sein. Es sollte jedoch so ausgebildet sein, daß es einen kontinuierlichen Weg in der Rohrleitung 45 schafft. Falls es sich bei dem für die

Schockprüfung vorgesehenen Fertigbauteil um einen Färmeaustauscher handelt, kann dieser an der für das Belastungsg-lied 47 vorgesehenen Einbaustelle eingebaut werden. Ist das zu prüfende Bauteil ein Ventil, Regler o.dgl., ist dessen Einbau in die Rohrleitung 45 an einer Stelle 48 stromauf vom Belastungsglied 47 oder an einer Stelle 49 zwischen dem Belastungsglied 47 und der Pumpe 46 möglich. Das Belastungsglied 47 ist an die Färmeaustauscherkapazität des Heißwassererteugers anzupassen.

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Falls das Belastungsglied so groß ist, daß ein einzelner Schnelldampferzeuger nicht ausreichen würde, kann, wie das Beispiel gemäß Pig. 2 zeigt, eine Vielzahl von Heißwassererzeugern parallelgeschaltet sein, wie bei diesem Beispiel mit den Heißwassererzeugern 2OA, 2OB und 2OC dargestellt. Entsprechende Verteiler und Sammler an Einlaß und Auslaß erleichtern die Parallelanordnung derartiger Schnelldampferzeuger. Wenngleich das in Fig. 2 gezeigte Beispiel drei Heißwassererzeugern aufweist, leuchtet es ein, daß abhängig vom Belastungsglied jede beliebige . Anzahl von Heißwassererzeugern parallelgeschaltet werden kann. An den Auslässen parallelgeschalteter Heißwassererzeuger können entsprechende Ausgleichs- oder Entlastungsventile vorgesehen sein, damit der Auslaß sammler von jedem , Heißwassererzeuger unter denselben Temperatur- und Druckbedingungen versorgt wird. -

Die Heißwassererzeuger sind, wie bereits erwähnt, mit jedem beliebigen fossilen Brennstoff heizbar. Das im System benutzte Wasser soll entgast, enthärtet und, wenn nötig, _ύ: noch anderweitig behandelt sein.

Als Luft-Brennstoff-Stellglied 38 kann jeder beliebige Typ in Betracht gezogen werden, der die notwendige, ausreichend kurze Ansprechzeit aufweist, um die rasche Temperaturerhöhung der Flüssigkeit im Wärmeaustauscher des Heißwassererzeugers zu ermöglichen und auch Blasenkeimung zu verhindern. Hat das Stellglied beispielsweise ein vollständiges Arbeitsspiel in zwei Sekunden oder weniger, dann weist es die für den Heißwassererzeuger nach der Erfindung ' benötigte kurze Ansprechzeit auf. Das Übergangsverhalten muß schneller sein als die Wärmeaufnahmekapazitat des Färmeaustauschers des Heißwassererzeugers.

Pig. 5 zeigt eine übliche Siedekurve für dsi Siedeverlauf bei Heißwassererzeugern. Die meisten Heißwasseranlagen arbeiten in einem Zustand unstetigen Gleichgewichtes, bei

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dem mehrere der in I¹Xg. 5 dargestellten Siedebereiche durchlaufen werden. Eine Anlage sollte in dem. mit 51 bezeichneten Bereich "beginnenden punktfö'rmigen Siedens oder Verdampf ens mit Blasenbildung arbeiten, der unmittelbar vor dem Punkt A liegt, in dem puriktförmiges Sieden eintritt, und den Bereich bildet, in dem die wirksamste Wärmeübertragung zur Verfügung steht. Die Anlage-nach der Erfindung arbeitet im Punkt B. Überschreiten der maximalen Wärmeleistung kann dazu führen, daß die Anlage in den Bereichen unstabilen Siedens arbeitet, was Beschädigung oder Zerstörung der Wärmeaustauschflächen zur Folge hat. Im !Diagramm der Pig. 5 ist über der Temperaturänderung der Wärmefluß aufgetragen.

Die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung ist abhängig vom maximalen Wärmefluß, den der Wärme austauscher des Heißwassererzeugers aufnehmen kann, ohne sich in den Bereich des punktförmigen Siedens oder in noch weiter fortgeschrittene, den beteiligten Drucken entsprechende Siedestadien zu bewegen. In Pig. 6 ist das Temperatur-Zeit-Verhalten eines Heißwassererzeugers nach der Erfindung dargestellt, wobei über der Zeit in s die Wassertemperatur am Erhitzerauslaß aufgetragen ist. Wie aus dieser Grafik zu erkennen, beträgt die Zeit zum Übergang von niedriger Brennleistung zu hoher Brennleistung oder voller Brennleistung (100?S) des Heißwasser er zeugers etwa 40 s, wobei die Temperatur bei niedriger Brennleistung etwa 300,5 ⁰C und bei hoher Brennleistung etwa 330,5 ⁰C beträgt. In ähnlicher Weise ist die Geschwindigkeit des Temperaturabfalls von dem vom Wärmeaustauscher aufnehmbaren maximalen Färmestrom abhängig. Der "Auslösepunkt¹¹ A und der Normalbetrieb-Punkt B sind ebenfalls eingezeichnet.

Die in Pig. 3 dargestellte Kurve bezieht sich auf die maximal zulässige Wassertemperatur am Auslaß der Rohrschlange als Punktion des Austrittsdruckes beim Hsißwassererzeuger nach der Erfindung und zeigt, welche Beziehung zwischen

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Temperatur und Druck beibehalten werden muß, um Blasenkeimung zu verhindern. Im Bereich links von der Kurve herrscht in der Rohrschlange kein Grenzschichtsieden, während im schraffiert gezeichneten Bereich rechts von der Kurve in der Rohrschlange Grenzschichtsieden stattfindet. Dieser Bereich ist zu vermeiden. Dementsprechend muß während des Anstiegs der Wassertemperatur zur Vermeidung von Sieden das Verhältnis zwischen Temperatur und Druck im Bereich links · von der Kurve liegen. Die eingezeichneten Orte für den Punkt A (Pig. 5) gelten für Wasserdurchflußmengen von 50 .bis 100$, wenn die in Pig. 7 angegebenen Brennstoffeinsätze bzw. -durchsätze eingehalten werden.

Die im Diagramm der Pig. 4 gezeichneten Kurven stellen die Grenzwerte für den Wasseraustrittsdruck und die Wasseraustrittstemperatur des Heißwassererzeugers als Punktion der Wasserdurchflußmenge dar, bei denen Grenzschichtsieden in der Rohrschlange des Heißwassererzeugers vermieden ist. Über der Austrittstemperatur am Erhitzer in G ist der absolute Austrittsdruck am Erhitzer in kp/cm aufgetragen. *>■ Die mit 55, 56 und 57 bezeichneten Kurven stellen die Wasserdurchflußmengen bei 50, 90 bzw. 100$ dar. In den Bereichen links von den Kurven findet kein Sieden statt, die jeweils rechts von den Kurven liegenden Bereiche sind Siedebereiche. Die für das stationäre System maximal zulässigen Temperaturen werden bei einem absoluten Druck von etwa 168,7 kp/cm² mit etwa 332, 336,8 und 339 ⁰C bei einer Wasserdur.chflußmenge von 50, 90 bzw. 100$ erreicht. Demzufolge ist der Grenzwert von etwa 168,7 kp/cm als "Auslöse- · punkt" bezeichnet, der einen Druck darstellt, der beibehalten oder überschritten werden muß, um den Eintritt in den in Pig. 3 schraffiert gezeichneten Siedebereich zu verhindern.

Der Betrieb des Heißwassererzeugers nach der Erfindung macht es beim Übergang von niedriger zu hoher Brennleistung

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notwendig, bei niedriger Brennleistung eine Nominal- oder Resttemperatur zu erhöhen und die Wasserdurchflußmenge auf einen der benötigten Wärmemenge entsprechenden Wert einzustellen. Dies ist in Pig. 7 dargestellt, in der über der auf das Wasser übertragenen Färme in 10 . kcal/h. die Austrittstemperatur des Erhitzers in ⁰C aufgetragen ist. Diese Kurven stellen die Brennstoffdurchsätze dar, die im Betrieb zwischen der Erhitzer-Austrittstemperatur bei niedriger Brennleistung und der maximal zulässigen Austrittstemperatur ohne Grenzschichtsieden maximal zulässig sind. Für die Wasserdurchflußmenge sind die Kurven für 50, 60, 70, 80, 85, 90, 95 und 100$ Durchsatz eingezeichnet. Die Wasserdurchflußmenge mit 100$ stellt die maximale Wärmeleistung der Anlage dar. Diese Kurven sind auf einen Schnelldampferzeuger mit einem Leistungsvermögen von etwa 3»03 »10 kcal/h bezogen. Der maximale Brennstoffdurchsatz ist von der erforderlichen Wasserdurchflußmenge abhängig. Rasche Einspeisung des richtigen Brennstoff-Luft-Gemischs bzw. dessen rasche Einstellung auf etwa 50$ der Nenn-Durchsatzkapazität des Heißwassererzeugers nach ^ύ der Erfindung führt zu einer Temperaturerhöhung entsprechend der Kurve 60, bei der das angestrebte Färmestromvermögen bei etwa 330,5 C erreicht ist. Die zugehörigen Regeleinrichtungen für das Brennstoff-Luft-Gemisch schalten ab und unterbrechen dadurch die Wärmezufuhr. Bei dieser Wasserdurchflußmenge führt eine höhere Temperatur als etwa 336 ⁰C zum Sieden. Des weiteren ist es nicht möglich, die maximale Brennleistung höher zu legen. Die Zeit, die zur Erreichung des Temperaturpunktes von etwa 330,5 ⁰C benötigt wird, beträgt etwa 50 s.

Es leuchtet ein, daß bei der Erwärmung von Wasser bei voller maximaler Brennleisturig (100$) ohne Ausbildung von Dampftaschen zwischen Druck, Temperatur und Durchflußmenge ein=bestimmte Beziehung besteht. Die nachfolgende Tabelle enthält beispielsweise Angaben über die

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Durchsatzkapazität eines Heißwassererzeugers mit den in Pig. 7 aargestellten Kennlinien:

Wasserdurchflußmenge bei maximalen Brennstoff durchsätzen in io

Mindest-Fließ- Durchsatzkapazität geschwindigkeit im Rohr im Rohr in m/s in kg/h

100

95 90

85 80 70 60 50

1,77 1,68 1,58 1,49 1,40 1,37 1,07 0,88

56 623 53 782 50 961 48 130 45 298 39 636 33 974 28 312

Die angegebenen Werte sind angenäherte Umrechnungswerte. .·

Aus dem in Pig. 8 dargestellten Blockschaltbild der Anlage ist zu entnehmen, daß der Temperaturregler 39 die Sollwert-v Temperatur erhält und ein Signal an einen Addierer-Anschluß 65 abgibt, der ein Rückkopplungssignal entsprechend der Temperatur T, des abströmenden Heißwassers erhält, die mit dem Temperaturmeßinstrument 41 im Auslaß 26'. des Wärmeaustauschers 24 gemessen wird. Die Summe aus dem Rückkopplungssignal und dem vom Temperaturregler 39 gelieferten Signal wird dem Servomotor oder Stellglied 38 zugeführt, das die Betriebsstellung des Dosierventils 31 und der Absperrklappe 34 reguliert. Aus der Betriebsstellung des Dosierventils 31 und der Absperrklappe 34 · ergeben sich das Gewicht bzw. die Masse und die Temperatur der Rauchgase im Verbrennungsteil 21 und im Wärmeaustauscher 24. Das Belastungsglied 47, das Färme abführt und dadurch die Temperatur des in den Wärmeaustauscher einfließenden Heißwassers bestimmt, hat Einfluß auf den Gesamtbetrieb der Anlage.

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Die Antwort auf die Sollwertänderung des Temperaturreglers 39 während einer Temperaturerhöhung ist in Pig. 9, 10 und 11 in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet. Gemäß· Pig. ist die Steuersignaländerung der Sollwert-Temperatur T

über dem vollen Bereich der angestrebten Temperaturerhöhung von etwa 300,5 auf etwa 330,5 ⁰C verstärkt. Pig. 10

zeigt die Beziehung zwischen Temperatur T- und Gewicht bzw.

ig

Masse W» der Rauchgase und der Betriebsstellung der Absperrklappe 34 und des Dosierventils 31. Der Anstieg der Temperatur T, des aus dem Wärmeaustauscher 24 abströmenden Heißwassers ist in Pig. 11 dargestellt. Es sei auf eine tote Zone 68 hingewiesen, die mit dem Bezugszeichen 69 auch in Pig. 6 eingezeichnet ist.

Die Laständerung des Wärmeaustauschers 24, die durch einen Temperaturabfall angezeigt wird, ist in Pig. 12, 13 und 14 als Auswirkung auf die Temperatur des in den Wärmeaustauscher einfließenden Heißwassers, auf die Temperatur des aus dem Wärmeaustauscher abströmenden Heißwassers bzw. auf Temperatur und Gewicht bzw. Masse der Rauchgase im Verbrennungsteil _ύ und Wärmeaustauscherteil dargestellt.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß sich der Heißwassererzeuger nach der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens der Schockprüfung von Hochleistungs-Rohrleitungs-Bauteilen einsetzen läßt, wobei die Erzeugung eines maximalen Wärmestroms ohne Blasenkeimung angestrebt wird, damit eine große Lebensdauer des Heißwassererzeugers und des Wärmeaustauschers gewährleistet ist.

/Ansprüche

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Claims

A. N S. P. R- Ü. C. H E

■ 1../ Heißwassererzeuger mit großem Regelbereich zum raschen Erhöhen der Temperatur von Heißwasser bis ungefähr zum Punkt der theoretischen maximalen Wärmeaufname und Temperaturerhöhung ohne keimförmiges Sieden bzw. ohne Blasenkeimung, mit •einem Gehäuse mit miteinander verbundenen, im wesentlichen zylindrischen Rohrschlagen- und Verbrennungsteilen, einer ringförmig-wendeiförmigen Rohrschlange im Rohrschlangenteil, die einen offenen zentralen Bereich zur Aufnahme von Verbrennungsgasen aufweist, einen WasserStrömungsweg bildet und die Mindestwassermenge aufnimmt, -sowie mit einem Einlaß und einem Auslaß für die Rohrschlange, gekennzeichnet durch

- eine an den Einlaß (25) und den Auslaß (26) angeschlossene Rohrleitung (45) mit einem Belastungsglied (47) in Gestalt * eines Wärmeaustauschers, die einen in sich geschlossenen WasserStrömungsweg bildet,

- eine Pumpe (46) in der Rohrleitung (45), die einen konstanten Wasserumlauf durch die geschlossene Schleife erzwingt,

- eine Vorrichtung zum Zuführen von Brennstoff und Luft mit Regelvorrichtungen (31, 34) für Brennstoff und Luft, die im Zusammenwirken miteinander dem Verbrennungsteil (21) das richtige Brennstoff-Luft-Gemisch zuführen,

- ein schnellansprechendes Stellglied (38) für die Brennstoff- und Luft-Regelvorrichtungen (31 , 34) , -

- und durch einen Temperaturregler (39), der dem Stellglied

(38) Betätigungssignale in Abhängigkeit von einem Sollwert und von der Wassertemperatur am Auslaß (26) der Rohrschlange

(24) zuführt, um eine rasche Erhöhung der Temperatur des abströmenden Wassers ohne keimförmiges Sieden zu bewirken.

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2. Heißwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zum Zuführen von Brennstoff und Luft einen Brenner für fossilen Brennstoff and ein Gebläse (32) aufweist.

3. Heißwassererzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der von der Pumpe (46) in der Rohrleitung (45) aufrechterhaltene .Druck die Wassertemperatur knapp unter dem WErt des keimförmigen Siedens hält.

4. Heißwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtungen (31, 34) ein Brennstoff-Dosierventil (31) aufweisen.

5. Heißwassererzeuger nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

- eine das Gebläse (32) mit dem Verbrennungsteil (21) verbindende Leitung (33) mit einer Absperrklappe (34) zum Regulieren der Verbrennungsluft,

- eine oberhalb der Absperrklappe (34) abzweigende Leitung (3 5) für Verbrennungsnebenluft, mit der sich ständig eine kleine Luftmenge unterhalb des Ventils (31) in die Brennstoffleitung (30) einleiten läßt, um bei niedriger Brennleistung die Verbrennungsstabilität zu erhalten,

und eine im Gehäuse (20) zwischen dem Verbrennungsteil (21) und dem Rohrschlangenteil (22) angeordnete Drossel (23) , die die Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsteil (21) in den zentralen Bereich der Rohrschlange (24) richtet.

6. Heißwassererzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das schnellansprechende Brennstoff-Luft-Stellglied (38) an das Brennstoff-Dosierventil (31) und an die Luft-Absperrklappe (34) angeschlossen ist.

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7. Heißwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelhereich etwa 1:24 beträgt.

8. Heißwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennz eichnet, daß er mit Erdgas heizbar ist".

9. Heißwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennleistung derart bemessen ist, daß eine Spitzentemperatur des Wassers am Auslaß (26) der Rohrschlange (24) in weniger als einer Minute erreichbar ist.

10. Verfahren zur Schockprüfung eines Rohrleitungs-Fertigteiles unter Verwendung eines Heißwassererzeugers, g e k e η' η zeichnet durch die folgenden Arbeitsschritte:

- Einbauen des Fertigteiles in eine Wasserleitung,

- Anschließen der Wasserleitung an eine Rohrschlange des Heißwassererzeugers, ' ύ

- Umwälzen des Wassers durch die Leitung und durch die Rohrschlange des Heißwassererzeugers,

- und Hochfahren des Heißwassererzeugers von niedriger auf hohe Brennleistung in der Weise, daß das Wasser ' rasch und ohne keimförmiges Sieden auf einen ungefähren Punkt der theoretischen maximalen Wärmeaufnahme und Temperaturerhöhung erwärmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß im Betrieb des Heißwassererzeugers die Temperatur des aus diesem abströmenden Wassers über- ^: wacht wird, um die Erhöhung der Brennleistung so zu regeln, daß die Ausbildung von Dampftaschen im Wasser vermieden wird.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η ζ eichnet , daß beim Umwälzen des Wassers eine solche Durchflußmenge eingestellt wird, daß der im Verhältnis zur Wassertemperatur gehaltene Druck den maximalen Temperaturanstieg auf einen Punkt knapp unter dem Punkt des beginnenden keimförmigen Siedens begrenzt.

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