DE459014C - Heizungsverfahren mit erhoehtem Verbrennungsdruck fuer Wasserrohrkessel mit OEl- oder Kohlenstaubfeuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung· bezweckt die Schaffung eines Dampferzeugers von größter Leistungsfähigkeit bei geringstem Gewicht- und Raumbedarf, um insbesondere bei ortsbeweglichen Kraftanlagen, wie z. B. Lokomotiven, Lokomobilen, schnellen Wasserfahrzeugen oder dampfbetriebenen Luftfahrzeugen, eine Dampfanlage von möglichst hoher Leistung einibauen zu können. Es ist selbstverständlich, daß für diesen Zweck nur öl- oder kohlenstaubbefeuerte engrohrige Wasserrohrkessel in Frage kommen können, da derartig befeuerte Kessel bereits an sich gegenüber jeder anderen Kessel- oder Feuerungsart die höchste Wärmeübertragung pro Quadratmeter Heizfläche zulassen und das geringste Gewicht für eine gegebene Dampfleistung besitzen. Die gestellte Aufgabe wäre jedoch mit einem gewöhnlichen engrohrigen Wasserrohrkessel als an sich vergleichsweise bereits leichtestem Kesselsystem mit üblichem, verhältnismäßig niedrigem Dampfdruck und üblichem Druck im Verbrennungsraum von etwa höchstens ; 100 mm Wassersäule, wie solche z. B. bei ; Torpedobooten in Gebrauch sind, noch nicht lösbar, da auch ein derartig betriebener Kessel für eine gegebene Dampfleistung noch zu ^! schwer wird, vor allen Dingen aber zuviel Raum einnimmt.

3a Die Erfindung setzt nun hier ein, indem sie zwei einzeln für sich bekannte Merkmale vereinigt, nämlich einen Hochdruck-Wasserrohr- ; kessel und ein Heizungsverfahren mit erhöhtem, und zwar über 200 mm Wassersäule liegendem Verbrennungsdruck. Diese beiden Merkmale stehen hierbei in gewisser Wechselwirkung, so daß bei ihrer Vereinigung ein wesentlicher technischer Fortschritt im Sinne der vorliegenden Aufgabe erzielt wird.

Einerseits ermöglicht der höhere Verbrennungsdruek eine wesentlich größere Wärmeübertragung pro Quadratmeter Heizfläche beim Dampferzeuger, Überhitzer, Vorwärmer o. dgl. als bei den bisher üblichen Verbrennungsdrücken, so daß die Länge der Heizrohre, insbesondere der des Dampferzeugers, und damit auch deren Durchmesser bei üblichem Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Rohre wesentlich verkleinert werden kann. Ohne zu praktisch ungeeigneten Mitteln, wie z. B. Engersetzen der Rohre oder zu großem Verhältnis von Länge zu Durchmesser, greifen zu müssen, erhält daher der mit erhöhtem Verbrennungsdruck betriebene Wasserrohrkessel verhältnismäßig geringe Abmessungen und Gewichte. Der erhöhte Verbrennungsdruck ergibt somit eine ähnliche Leistungssteigerung bzw. Gewichtsverminderung pro Pferdestärke wie z. B. die Vorverdichtung bei Verbrennungsmotoren. Der verringerte Durchmesser der Heizrohre und damit auch des Ober- oder Unterkessels usw. erlaubt hinwiederum eine bedeutende Steigerung des Betriebsdrucks im Kessel bei Wahrung genügender

Betriebssicherheit, so daß damit erst dem Hochdruckdampf bzw. dem Hochdruck-Wasserrohrkessel das Gebiet insbesondere ortsbeweglicher Kraftanlagen, wie z. B. von Lokomotiven, Lokomobilen oder dampf betriebenen Luftfahrzeugen, in unbeschränkter und höchst erfolgreicher wirtschaftlicher Weise erschlossen wird. Der erhöhte Verbrennungsdruck erlaubt zugleich eine wesentliche Verkleinerung der Verbrennungskammer des Wasserrohrkessels, so daß hierdurch dessen Raumbedarf, insbesondere bei Kohlenstaubfeuerung, noch weiter vermindert wird. Dies ist selbstredend insbesondere bei ortsbeweglichen Kraftanlagen wichtig, um z. B. bei Turbinenlokomotiven die Unterbringung des Wasserrohrkessels samt Maschinen- und Kondensatoranlage auf einem durchlaufenden Fahrgestell zu erleichtern.

Anderseits ist die Anwendung eines Heizungsverfahrens mit erhöhtem Verbrennungsdruck unbedingt an einen Wasserrohrkessel gebunden, da dieser infolge seines geordneten und daher möglichen schnellen Wasserumlaufs die Übertragung einer größeren Wärmemenge pro Quadratmeter Heizfläche auch tatsächlich gestattet, ohne ein Durchbrennen der am meisten beheizten Heizflächenteiie befürchten zu müssen. Die Verwendung eines Wasserrohrkessels ist daher um so mehr eine zwangläufig zu erhöhtem Verbrennungsdruck gehörige Notwendigkeit, je höher mit 'dem Dampf- und Verbrennungsdruck gegangen wird.

^-Die Höhe des Verbrennungsdruckes soll nach der Erfindung wesentlich über dem bisher für Wasserrohrkessel üblichen Betrag liegen, also mindestens 200 mm Wassersäule betragen, kann jedoch im Grenzfall bis mehrere Atmosphären Überdruck erreichen. Um ein angenähertes ziffernmäßiges Bild über den mit der Erfindung erreichten Fortschritt zu gewinnen, sei z. B. angenommen, daß der Verbrennungsdruck um etwa 1 Atm. gegenüber dem üblichen, verhältnismäßig nur wenig über der Atmosphäre liegenden Betrag gesteigert - wird. Entsprechend der angenähert doppelt so hohen Wärmeübergangsziffer kann daher in diesem Fall die Heizfläche annähernd auf die Hälfte verringert und gleichzeitig der Dampfdruck bei gleichem Verhältnis von . Länge zu Durchmesser der Heizrohre und gleicher Rohrwandstärke um mindestens etwa 40 Prozent (entsprechend der Wurzel aus . dem Verkleinerungsverhältnis) gesteigert werden. In Wirklichkeit ist jedoch die Verbesserung bzw. mögliche Drucksteigerung im Kessel eine weit größere und tritt dieselbe auch bereits bei erheblich geringerer Steigerung So des Verbrennungsdruckes ein, da dann die bisherigen Unterdruckgebiete im Heizgaszug bei den üblichen Verbrennungsdrücken und Gasgeschwindigkeiten z. B. auf der Rückseite der Heizrohre oder an Stellen von Richtungsänderungen der Heizgase mit Sicherheit un- terdrückt werden und daher die ganze Heizfläche in einem weit größeren Maße tatsächlich ausgenutzt wird.

Der erhöhte Druck im Verbrennungsraum soll nach der Erfindung durch Aufstau der Verbrennungsgase erzielt werden, und zwar durch einen entweder am Ende des Heizgaszuges oder bereits innerhalb desselben z. B. hinter dem Überhitzer befindlichen Widerstand. Ein solcher kann z. B. durch mehr oder weniger weites Einschieben der Rohre des Überhitzers zwischen die des Dampferzeugers erreicht werden oder durch ein Regelungsglied'oder durch eine Abgasturbine zum Antrieb eines Gebläses zur Vorverdichtung der Verbrennungsluft u. dgl., wobei derartige Mittel gegebenenfalls auch vereinigt angewandt werden können.

In der Zeichnung ist ein- Ausführungsbeispiel für den Fall einer Lokomotive sehematisch dargestellt, wobei selbstredend die Gesamtanordnung oder Form oder Bauweise des Hochdruck-Wasserrohrkessels oder dessen Überhitzer für das vorliegende Heizungsverfahren belanglos ist. 9"

Es bezeichnet 1 den Dampferzeuger, 2 einen nachgeschalteten Überhitzer, 3 einen Luftvorwärmer und 4 das Kesselgehäuse. 5 ist die Verbrennungskammer, in die von der Luftvorkammer 6 die Verbrennungsluft und 9§ durch, die Düse 7 der Brennstoff zuströmt.

8 bezeichnet ein rein- oder mehrstufiges Gebläse zur Verdichtung der Verbrennungsluft,

9 dessen antreibende Dampfturbine. In der Abgaskammer 10 werden die Heizgase durch ίσο ein die Auslaßöffnung 11 mehr oder weniger schließendes Regelungsglied 12 aufgestaut, wobei in dem dargestellten Beispiel für eine etwaige selbsttätige Regelung des -Verbrennungsdruckes auf stets gleiche Höhe auch bei wechselnder Belastung des Kesseis ein Kraftkolben 13 vorgesehen ist, der einerseits

z. B. durch .eine Rohrleitung 14 mit einer geeigneten Stelle des Heizgaszuges oder mit der Verbrennungskammer 5 oder bereits mit der Luftvorkammer 6 in Verbindung steht und unter Druck gesetzt ist, während als Gegenkraft eine Feder 15 dient, deren Spannung entsprechend dem einzuhaltenden Verbrennungsdruck" z. B. durch das Handrad 16 mit Rechts- und Linksgewinde oder durcheine andere Einrichtung geregelt werden kann. Mit den gespannten Heizgasen wird in dem gezeichneten Beispiel eine Abgaspropellerturbine 17 betrieben, mit der, der Ein- fachheit halber unmittelbar gekuppelt^ ein Schraubenradgebläse 18 verbunden sein kann.

Durch dieses werden die Widerstände des Luftvorwärmers 3 überwunden, und es wird bereits eine gewisse Vorverdichtung der Verbrennungsluft erzielt. Dem Gebläse 18 strömt hierbei die Frischluft 2. B. durch einen auf dem Dach 19 der Lokomotive angebrachten und mit Schlitzen 20 versehenen Kasten 21 zu. Die vorverdichtete Luft durchströmt dann im Gegenstrom zu den Heizgasen den Luftvorwärmer 3 und tritt von da durch den Kanal 22 nach dem Gebläse 8. Von letzterem strömt die verdichtete Luft durch den Kanal 23 nach der Luftvorkammer 6. Gegebenenfalls kann der Luftvorwärmer 3 auch hinter dem Gebläse 8 eingeschaltet sein, so daß letzteres eine Luftmenge geringerer Temperatur zu fördern hat.

In der Zeichnung ist noch ein Beispiel der Erfindung für den Fall angedeutet, daß der Aufstau der Heizgase bereits innerhalb des Heizgaszuges, und zwar hinter dem Dampferzeuger i, erfolgt. Zu diesem Zweck ist der Oberkessel 24 des Überhitzers drehbar gelagert, so daß durch Drehen desselben um

as seine Achse das Rohrbündel des Überhitzers mehr oder weniger weit zwischen die entsprechend gestellten Rohre des Dampferzeugers ι eingeschoben werden kann. Mit 25 ist hierbei strichpunktiert eine gewisse Stellung des Überhitzers angedeutet. Eine derartige Regelung, die gegebenenfalls mit einer solchen am Ende des Heizgaszuges vereinigt sein kann, hätte den Vorteil, daß bei geringerer Belastung des Kessels bei weiterem

Einschieben entsprechend dem zunehmenden 35 Stauwiderstand auch die Rohre des Überhitzers, wie es für diesen Fall für die Erzielung einer annähernd gleich hohen Überhitzung des Dampfes zweckmäßig, näher an die Feuerung herangerückt werden. 26 be- 40 zeichnet den Bedienungsboden der Lokomotive, 27 deren Rückwand, 28 den Heizgasaustritt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Heizungsverfahren mit erhöhtem Verbrennungsdruck für Wasserrohrkessel mit Öl- oder Kohlenstaubfeuerung, insbesondere für ortsbewegliche Kraftanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß Hoehdruck-Wasserrohrkessel mit über 200 mm Wassersäule Verbrennungsdruck durch Aufstau der Verbrennungsgase¹ betrieben werden.
2. 2. Heizungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufstau der Verbrennungsgase durch mehr oder weniger weites Einschieben der Rohre des Überhitzers zwischen die des Dampferzeugers erfolgt.
3. 3. Heizungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufstau der Verbrennungsgase allein oder zusammen mit einem am Ende des Heizgaszuges angebrachten Regelungsglied durch eine Abgasturbine zum Antrieb eines Gebläses zur Vorverdichtung der Verbrennungsluft erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.