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Verfahren zum Betriebe von Hochdruck-Röhrenkesselanlagen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Hochdruck-Röhrenkesselanlagen, die ohne
Wasserumlauf und ohne Dampfbildung durch Entspannen überhitzten Wassers -arbeiten
und bei denen das Kesselwasser im Überschuß über die zu verdampfende Wassermenge
zugeführt und nach Trennung vom Dampf aus dem Dampferzeuger wieder abgeleitet wird.
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Bei Hochdruck-Röhrenkesselanlagen, die sich durch ihre Einfachheit
und durch den Fortfall der Explosionsgefahr auszeichnen, treten eine Reihe schwerwiegender
Nachteile auf, die die Einführung der Kessel in größerem Maße bisher verhinderten.
Die unvermeidbar im Speisewasser enthaltenen Härtebildner und Salze gehen teils
als Staub mit dem Dampfe mit und können die Kraftmaschinen schädigen, teils brennen
sie in den Rohren fest und bewirken unter Umständen deren baldige Zerstörung. Diese
Übelstände treten besonders heftig bei stark verringerter Kesselbelastung auf. Weder
durch weitgehende Reinigung des Speisewassers noch durch Erzeugung des Dampfes bei
überkritischem Druck oder durch Anordnung spiraliger oder sonstiger Einbauten in
den Rohren konnten die Übelstände bisher in ihrer Gesamtheit beseitigt werden.
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Die Erfindung bezweckt, die geschilderten Mängel zu beseitigen. Sie
besteht darin, daß die Größe des Wasserüberschusses entsprechend der Menge und Beschaffenheit
der im Speisewasser gelösten Stoffe so gewählt wird, daß beim Durchfließen des Wassers
durch den Kessel die Löslichkeitsgrenze dieser Stoffe nicht unterschritten wird
und diese Stoffe auch nach dem Durchfließen durch den Kessel in dem vom Dampf getrennten
Überschußwasser, das aus dem Verwendungsbereich der Kesselanlage weggeführt und,
z. B. auf Schiffen, nach See abgeleitet wird, in gelöster Form enthalten sind, wobei
die Löslichkeit' schwer löslicher oder bei Erwärmung leicht ausfallender Stoffe
in bekannter Weise, z. B. durch geringen Säurezusatz zum Speisewasser, zuvor vergrößert
werden kann.
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An sich ist es bereits bekannt, einen ohne Wasserumlauf arbeitenden
Röhrendampferzeuger besonderer Bauart mit einem Wasserüberschuß zu betreiben. Der
Wasserüberschuß soll hierbei aber zur Dampfbildung herangezogen werden, wenn die
Belastung ansteigt.
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Durch die Erfindung soll demgegenüber erreicht werden, daß an keiner
Stelle der Dainpferzeugungsanlage hochkonzentrierte Lösungen entstehen können, die
zur Bildung von Kesselsteinansätzen oder zu Schädigungen des Kesselbaustoffes Anlaß
geben. Andererseits wird hierdurch aber das übliche Einhalten einer bestimmten
Mindestalkalität
zum Abschwächen des Sauerstoffangriffs unmöglich gemacht. Es wird daher eine an
sich bekannte Einrichtung zum Entgasen des Speisewassers dem Dampferzeuger vorgeschaltet
und in geeigneter Weise in die gesamte Dampferzeugungsanlage eingefügt.
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Erfindungsgemäß wird außerdem das Verhältnis des Wasserüberschusses
zu der erzeugten Dampfmenge mit abnehmenderKesselbelastung vergrößert. Hierdurch
soll auch bei geringen Kesselbelastungen eine genügend gute Benetzung und Durchspülung
der Rohrschlangen erreicht werden.
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Durch die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen können alle
eingangs erwähnten Nachteile vermieden werden. Der geregelte geringe Wasserüberschuß
verhütet sowohl die Überhitzung von Teilen der Verdampfungsheizfläche als auch die
Bildung von Ansätzen in den Rohren; er reicht ferner zum Aufnehmen und Abführen
des zusammen mit dem Überschußwasser aus dem Dampf ausgeschiedenen Staubes aus.
Durch das, wie üblich, zwischen der Verdampfungs- und der Überhitzerheizfläche erfolgende
Abscheiden des Wasserüberschusses wird das Mitreißen von Wasser in den Überhitzer
auch bei Belastungsstößen vermieden. Der im Abscheider oder einem damit verbundenen
Gefäß sich einstellende Wasserspiegel kann. in bekannter Weise wie bei den üblichen
Dampfkesseln zur Überwachung und Regelung der Speisung benutzt werden. Die bisher
sehr schwierige Speisewasserfrage wird auf einfachste Weise gelöst. Wenn beispielsweise
von einer gemäß der Erfindung arbeitenden Schiffskesselanlage in einem bestimmten
Zeitabschnitt ioo kg Dampf erzeugt werden, dann werden gleichzeitig iio kg Speisewasser,
die sich aus 95 kg zurückgewonnenem Kondensat und 15 kg Seewasser zusammensetzen,
in den Kessel gespeist, und es werden iö kg Wasser mit der anderthalbfachen Salzkonzentration
des Seewassers wieder nach See abgeleitet. Die Zunahme der Konzentration ist so
gering, daß Salzausscheidungen im Kessel oder Abscheider nicht auftreten können.
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Infolge ihrer Unempfindlichkeit gegen ungeeignetes Speisewasser können
die gemäß der Erfindung arbeitenden Dampferzeuger sogar in Dampfanlagen, wo sich
bereits andere Kessel der üblichen Bauart befinden, zum Erzeugen des für die anderen
Kessel erforderlichen Zusatzwassers dienen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Kessels, der gemäß
der Erfindung arbeitet, in einem Schnitt veranschaulicht.
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Der Feuerraum i wird durch eine Reihe von Ölbrennern 2 beheizt und
setzt sich nach oben in einem sich teils stufenweise, teils stetig verengenden Rauchgaszug
3, 5 mit Luftvorwärmer4 fort. Ein Gebläse 6 drückt die Verbrennungsluft durch den
Luftvorwärmer 4 und die beiderseitigen Heißluftleitungen 7 zu den Ölbrennern 2.
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Durch die Leitung 8 gelangt das von der nicht dargestellten Kraftmaschinenanlage
zurückgewonnene Kondensat in einen Sammelbehälter g. Soweit das Kondensat zur Speisung
des Kessels nicht ausreicht, wird ihm durch Leitung io Rohwasser aus einem Behälter
ii mit Zuführungsleitung 12 zugesetzt. Falls das Rohwasser viel Bicarbonate und
andere schon bei Erwärmung ausfallende Bestandteile enthält, kann ihm aus einem
Behälter 13 zur Erhöhung der Löslichkeit jener Bestandteile in üblicher Weise Säure
in regelbarer Menge zugesetzt werden. Eine Pumpe 14 fördert das Speisewassergemisch
aus dem Behälter g durch eine Leitung 15 in einen Entgaser und Mischvorwärmer 16,
dem durch eine Leitung i7 mit Regelventil 18 Abdampf zugeführt wird. In die Leitung
15 ist ein Wärmeaustauscher 22 eingeschaltet, worin das aus dem Kessel abfließende
Überschußwasser, bevor es bei 23 abläuft, den letzten Teil seiner Wärme an das Speisewassergemisch
abgibt.
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Aus dem Entgaser und Mischvorwärmer wird das gasfreie Speisewassergemisch
von der Speisepumpe 24 mit einem Druck von z. B. i2o atü durch die Leitungen 25
und 26 in den Speisewasservorwärmer 27 gedrückt, der sich im obersten Teil des Rauchgaszuges
3 befindet. Die Speiseleitung 25 mündet in einen Wärmeaustauscher 34, worin das
aus dem Kessel abfließende Überschußwasser den größten Teil seiner Wärme in an sich
bekannter Weise durch Heizflächen hindurch ah das Speisewasser abgibt. Aus dem Speisewasservorwärmer
27, der aus Sammelkästen 35 und 36 und diese verbindenden Rohrschlangen 37 besteht,
gelangt das auf z. B. Zoo ° vorgewärmte Speisewasser in die aus Rohrbündeln 40 mit
Eintrittssammelkasten 39, Zwischensammelkästen 43 und Austrittssammelkasten 44 bestehende
Strahlungsheizfläche des Dampferzeugers, die vor den Wänden 38, 41, 42 des Feuerraumes
i hängend angeordnet ist. Das aus den Sammelkästen 44 austretende Dampfwassergemisch
gelangt dann in die erste, aus Rohren 49 und 51 mit Zwischensammelkästen 5o bestehende
Gruppe der Berührungsheizfläche und von dort in den über der Mitte der Vorderwand
42 auf der Hängedecke 48 liegenden Sammelkasten 52.
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Aus dem Sammelkasten 52 strömt das nun schon ziemlich dampfreiche
Dampfwassergemisch durch die Rohrleitung 53 in den unteren Sammelkasten 54 der zweiten
Gruppe der Berührungsheizfläche, die durch Rohrtafeln 55 gebildet wird. Die Rohrstränge
der Rohrtafeln 55 münden in einen Sammelkasten 56, von dem aus das Dampfwassergemisch
durch ähnliche Rohrtafeln 57 der. dritten Gruppe. der Berührungsheizfläche in einen
Sammelkasten 58 gelangt.
bie Rohrtafeln 55 und 57 sind
-am hinteren Ende an hitzebeständigen Aufhängungen 59, 6o, 61, 62, 63 aufgehängt.
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In den beiden Rohrbündeln 55 und 57 der Nachheizfläche wird das Dampfwassergemisch
bis auf den Wasserüberschuß verdampft. Dampf und Wasserüberschuß gelangen aus dem
Sammelkasten 58 durch eine Rohrleitung 64 in einen Fliehkraftabscheider 65, der
in seinem oberen Teil zahlreiche Windungen eines schraubenförmigen Dampfführungskanals
66 enthält. Dieser schraubenförmige Kanal 66 ist an dem abnehmbaren Deckel
67 des Abscheiders 65 befestigt. Die großen Wandflächen des Kanals 66 werden
durch den Wasserüberschuß besetzt gehalten, so daß an ihnen der Staubgehalt des
Dampfes haftenbleibt und vom Wasserüber-.schuß aufgenommen und fortgeschwemmt wird.
Die untersten Schraubengänge des Kanals 66 sind von außen von einem durch eine Anzahl
Öffnungen 69 mit diesen Schraubengängen in Verbindung stehenden Ringraum 68 zur
Abführung des Wasserüberschusses umgeben. Der unterste Teil des Abscheiders 65 ist
als Sammelraum 7o für das Überschußwasser ausgebildet. Zwischen diesem Sammelraum
7o und dem schraubenförmigen Kanal 66 befindet sich der Dampfraum 71 des
Abscheiders 65. Der ringförmige Kanal 68. ist durch den Dampfraum 71 hindurch bis
in den Wasserraum 7o geführt, steht aber mit dem Dampfraum 71 durch Öffnungen 72,
die gegen das Überflutetwerden mit Überschußwasser durch vorstehende Ränder 73 geschützt
sind, in Verbindung. Der Abscheider 65 ist mit einer Einrichtung 74 zum Erkennen
der Wasserstandshöhe versehen. Der trockene staubfreie Sattdampf wird über dem Wasserspiegel
des Wassersammelraumes 7o nach oben umgelenkt und durch ein in der Mitte der Schraubengänge
66 aufwärts führendes Rohr 126 der Leitung 75 und dem E intrittssammelkasten
76 des aus Rohrtafeln 77 bestehenden Ü.berhitzers zugeführt. Die Rohrtafeln
77 münden in den Heißdampfsammelkasten 78, von dem aus der Heißdampf durch die Heißdampfleitung
79 der nicht dargestellten Kraftmaschinenanlage zugeführt wird. Die Rohrtafeln 77
sind am hinteren Ende an hitzebeständigen Aufhängungen 8o aufgehängt, die an einer
Hängedecke 81 befestigt sind. Vor den Rohrtafeln 77 befindet sich ein durch eine
hitzebeständige Blechtafel abgeteilter Umgehungskanal 82, der durch eine hitzebeständige
Regelklappe 83 zwecks Regelung der Heißdampftemperatur in bekannter Weise mehr oder
weniger geschlossen werden kann.
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Das Überschußwasser wird aus dem Wassersammelraum 7o des Abscheiders
65 durch das Rohrsystem 87 des Wärmeaustauschers 34, durch die Leitungen 88 und
89 und durch das Rohrsystem 9o des Wärmeaustauschers 22 bei 23 ins Freie
geleitet. Auf diese Weise wird die ,veitestgehende Rückgewinnung der im Überschußwasser
enthaltenen Wärme erzielt.