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Wasserrohrdampfkessel Die Erfindung bezieht sich auf Konstruktion
und Betrieb eines Wasserrohrdampfkessels mit Überhitzer, bestehend aus einer Gruppe
von Wasserrohren, einem Überhitzer, voneinander unabhängig befeuerten Brennkammern
auf einer Seite der Wasserrohre und einem gemeinsamen Rauchgasauslaß auf der anderen
Seite der Wasserrohre, und ist besonders brauchbar als Dampferzeuger mit Überhitzer
für Schiffe.
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Die Aufgabe der Erfindung ist ein Wasserrohrkessel mit Überhitzer
von solcher Bauart zu schaffen, daß eine wirkungsvolle Beeinflussung der Überhitzungstemperatur
über ein weites Belastungsgebiet und gleicher Weise Schutz des Überhitzers während
des Anfahrens und in Schwachlastzeiten erzielt wird. Weiter ist Zweck der Erfindung,
daß die gewünschte Überhitzungstemperatur mit einem Überhitzer mäßiger Größe erreicht
wird bei Gastemperattiren von solcher Höhe, daß der Überhitzer ganz aus Kohlenstoffstahl
hergestellt werden kann oder nur zum geringen Teil aus hitzebeständigem legierten
Stahl.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Überhitzer von der Hauptbrennkammer
durch Verdampfungsro'hre getrennt ist und daß eine Hilfsbrennkammer von der Hauptbrennkammer
durch eine zweite Gruppe von Verdampfungsrohren getrennt ist in der Weise, daß die
in der Hilfsbrennkammer erzeugten Gase auf ihrem Weg zu dem Gasauslaß durch beide
Rohrgruppen hindurch strömen, bevor sie den Überhitzer erreichen, so daß für eine
gegebene Gesamtfeuerleistung der Brennkammern die Überhitzung um so größer ist,
je größer die Belastung der Hauptbrennkammer im Verhältnis zu derjenigen der Hilf
sbrennkammer ist.
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Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel,
welches
in den Abbildungen dargestellt ist, beschrieben.
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Fig. i ist ein Längsschnitt durch einen Schiffswasserrohrkessel mit
Überhitzer; Fig. 2 ist ein Querschnitt in etwas größerem Maßstabe nach der Linie
2-2 von Fig. i.
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Der dargestellte Kessel hat ein Gehäuse von ungefähr rechteckigem
Querschnitt, das durch innere und äußere Stirnwände io und i i, innere und äußere
Rückwände 12 und 13, innere und äußere Seitenwände 14 und 15 einerseits und 18 und
i9 andererseits gebildet wird. Die inneren und äußeren Seitenwände 14, 15 setzen
sich als innere und äußere Wände 16, 17 einer geneigten Feuerraumdecke fort. Die
mit Abstand voneinander verlegten Wände der Anlage dienen als Strömungskanäle für
die Verbrennungsluft. Diese tritt durch eine Öffnung 27 im rückwärtigen Teil des
Gehäuses in den Zwischenraum zwischen den Rückwänden 12, 13 und fließt dann durch
die Zwischenräume zwischen der inneren und äußeren Seitenwand 14 und 15, der inneren
und äußeren Wand 16 und 17 und der inneren und äußeren Seitenwand 18 und i9 zu dem
Raume zwischen der inneren und äußeren Wand io und i i an der Stirnseite der Einheit,
wo sich die Brenner befinden. Beim Durchfließen dieser Räume übt die Luft eine Kühlwirkung
aus und wird erhitzt.
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Die Druckteile des Kessels umschließen eine obere waagerecht angeordnete
Kesseltrommel 20, eine seitlich versetzte untere Wassertrommel 21, welche mit der
Trommel 2o durch eine geneigte Gruppe von dampferzeugenden Rohren 22 verbunden ist,
und eine zweite untere Wassertrommel 23, die unterhalb der Trommel 2o waagerecht
angeordnet und mit ihr durch eine wesentlich lotrechte Gruppe von Rohren 24 verbunden
ist. Eine Reihe von Wasserrohren 25 erstreckt sich abwärts von der Trommel 20 entlang
der inneren Wand 16 der Decke und der inneren Seitenwand 14 zu einer waagerecht
angeordneten Trommel 26, ungefähr auf der Höhe der Trommel 23.
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Die beschriebenen Gruppen von Dampferzeugungsrohren umschließen in
Verbindung mit der Stirn- und Rückwand eine Hauptbrennkammer 30 zwischen den Rohrgruppen
22 und 24 und eine Hilfsbrennkammer 3i zwischen der Rohrgruppe 24 und der Reihe
25. Die Brennkammern 30 und 31 werden unabhängig voneinander befeuert durch
besondere Gruppen von Brennern 33 und 34 für flÜssigen Brennstoff, von denen jeder
Brenner so angeordnet ist, daß er durch eine entsprechende Brenneröffnung 35 in
der inneren Wand io waagerecht ausbläst. Wie dargestellt, sind die vier Brenner
33 so angeordnet, daß sie in den unteren Teil der Brennkammer 3o blasen, davon drei
in einer Reihe parallel zur Rohrgruppe 22, während die vier Brenner 34 in einer
Reihe übereinander angeordnet sind parallel zu und ungefähr in der Mitte zwischen
der Rohrgruppe 24 und den Teilen der Rohre 25 auf der inneren Seite der Wand 14.
In jedem Falle sind die Brenner mit genügendem Abstand von den Dampf erzeugenden
Rohren verlegt, um Flammenberührung zu vermeiden und günstige Zündungs-und Verbrennungsbedingungen
zu erreichen, ohne Rücksicht auf die Zahl der Brenner, die sich in Betrieb hefinden.
Die Zahl der Brenner und ihre Anordnung ist abhängig von der Leistung und der erforderlichen
Dampftemperatur.
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Der obere Teil des Gehäuses ist an der äußeren Seite der Rohrgruppe
22 mit einer Heizgasaustrittsöffnung 4o versehen, durch welche alle Heizgase strömen,
welche in der Einheit erzeugt werden. Eine Nachheizfläche, etwa ein Speisewasservorwärmer
oder ein Lufterhitzer 41, ist in dem Gasaustritt 4o ungefähr auf der Höhe der Trommel
20 angeordnet.
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Die beschriebene Anordnung der Brennkammer, der dampferzeugenden Teile
und des Heizgasauslasses ist besonders geeignet für Schiffsbetriebe mit Rücksicht
auf die paarweise Anordnung solcher Kessel und die möglichst getrennte Anordnung
von Decksöffnungen für die nicht dargestellten Rauchgaskanäle zum Schornstein.
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Die oberen Enden der Rohre der Gruppen 22 und 24 und der Rohre 25
sind so gebogen. daß sie radial in die Wand der Trommel 20 eintreten, und sind ungefähr
gleichmäßig über den gesamten Umfang der T roinmel verteilt, der innerhalb des Gehäuses
liegt. Auf diese Weise wird eine günstige Spannungsverteilung und zugleich ein Schutz
der Trommel gegen die heißen Gase erzielt. Die Teile der Trommel 21 lind 23, welche
innerhalb des Gehäuses liegen, sind in gleicher Weise geschützt. Der \\'asserumlauf
im Kessel wird durch Fallrohre 4.4, 45 und 46 unterstützt, die von der Trommel 2o
ausgehen und innerhalb des Luftraumes zwischen der inneren und äußeren Stirnwand
und der inneren und äußeren Rück wand liegen. Die Fallrohre 44 führen zur Trommel
26, die Fallrohre 45 zu der Trommel 23 und die Fallrohre 46 zu der Trommel 21. Die
Wandrohre 25 können auch bis zu der Trommel 23 erstreckt werden, wenn man die Trommel
26 und die Fallrohre 44 vermeiden will.
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Der Boden der Brennkammern 30 und 31 wird von einem feuerfesten
Belag 58 gebildet, dessen Seitenwände aufwärts zu den anliegenden Trommeln 28 und
21 bzw. zu den Trommeln 28 und 26 gerichtet sind. Zusätzliche feuerfeste 'Mauerfläche
in der Brennkammer 30 wird gebildet durch eine kurze lotrechte Trennwand
59, welche sich Von der Trommel 23 aufwärts erstreckt etwa bis zur Mittellinie des
oberen Brenners 33. Die Wand wird gebildet, indem die entsprechenden Teile der Rohre
der Gruppe 24 mit Stiften versehen und der Zwischenraum mit feuerfester Klasse ausgefüllt
werden. Die Wand 59 dient im Betrieb> dazu. die Heizgase der Brennkammer 31 von
der Hauptzünd- und Verbrennungszone der Brennkammer 3o abzulenken. Infolge der geringen
Höhe der Zuglenkwand ist ein genügender Gasdurchtrittsduerschnitt in der Rohrgruppe
24 für die aus der Brennkammer 31 strömenden Gase frei, so daß geringer Druckverlust
in der Rohrgruppe 24 entsteht.
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In manchen Kesseln dieser Bauform mit zwei voneinander unabhängigen
Brennkammern ist die Dampfüberhitzung erzeugt worden mit Hilfe von
Überhitzerrohren,welche
innerhalb der Rohrgruppe 24 in dem Raum angeordnet waren, der gemäß der Zeichnung
von den Rohren kleinen Durchmessers eingenommen wird (Fig. 2). Bei dieser Anordnung
ist eine große Überhitzerheizfläche erforderlich, weil nur die Heizgase der Hilfsbrennkammer
31, also nur ein Teil der im Kessel erzeugten Verbrennungsgase den Cberhitzer durchströmen.
In solchen Anlagen ist es außerdem notwendig, hochlegierten hitzebeständigen Stahl
für die Überhitzerrohre zu verwenden, um sie gegen die hohen Temperaturen zu schützen,
welchen sie ausgesetzt sein können.
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In der dargestellten Dampferzeugereinheit wird die ganze Überhitzung
in einem Berührungsüberhitzer bewirkt, der in dem Raume 62 zwischen den Wasserrohren
großen Durchmessers 6o und den Rohren kleinen Durchmessers 61 der Rohrgruppe 22
angeordnet ist. Der Überhitzer wird gebildet von mehreren U-förmig gelogenen Rohren
51, welche sich waagerecht erstrecken und mit ihren Enden in geneigten Sammlern
52 und 53 befestigt sind, die parallel zli der Rohrgruppe 22 verlaufen und sich
zwischen den Doppelwänden auf der Rückseite des Kessels befinden. Wie dargestellt,
sind die Sammler zwischen der inneren und äußeren Rückwand 12 und 13 angeordnet
und die Teile der inneren und äußeren Stirnwand io und i i, welche dem Überhitzer
gegenüberliegen, sind abnehmbar angeordnet, um das Auswechseln von Überhitzerrohren
zu erleichtern. Die Oberhitzerrohre werden von Platten 55 getragen, welche von einigen
Rohren 54 großen Durchmessers unterstützt werden, die sich innerhalb der Überhitzerschleife
befinden und die Trommeln 20 und 21 verbinden. Die Überhitzersammler 52, 53 sind
durch Querwände unterteilt, um einen Dreizugweg für den Dampf zu erzielen, der als
Sattdampf von dem Dampfaustritt 56 der Trommel 20 in den oberen Teil des Sammlers
52 eintritt und von dem unteren Teil des Sammlers 53 zur Verwendungsstelle strömt.
Die Zahl der Querzüge des Dampfes in dem Cberhitzer und die darauf bezügliche Anordnung
im Gaszug ist abhängig von der Belastung und der gewünschten Dampftemperatur. Zusätzlich
an dem Hauptdampfauslaß 56 an der Trommel 20 ist ein besonderer Auslaß 57 vorgesehen
für die Entnahme von Sattdampf aus der Trommel.
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In der beschriebenen Konstruktion und Anordnung der Teile kann der
Kessel durch Betrieb mit einem oder mit mehreren Brennern entweder in der Hauptbrennkammer
30 oder der Hilfsbrennkammer 31 angefahren werden. Es ist indessen vorzuziehen,
einen oder mehrere der Brenner 34 der Hilfsbrennkammer 31 für das Anfahren zu benutzen
wegen des zusätzlichen Schutzes für den Cberhitzer, den die Rohrgruppe 2.4 in dem
Heizgasstrom von der Hilfsbrennkammer 31 darstellt. Wenn die Brenner 33 der Hauptbrennkammer
30 benutzt werden, muß besondere Vorsicht beobachtet werden beim Hochfahren
des Kessels auf Druck und Temperatur, damit die Rohre der Rohrgruppe 6o auf der
Feuerseite des überhitzers die Temperatur der Heizgase entsprechend herabsetzen,
bevor diese in Berührung mit den Cberhitzerrohren 51 kommen. Angenommen, daß das
Anfahren durch Benutzung von einem oder mehreren der Brenner 34 der Hilfsbrennkammer
31 erfolgt, so werden die Heizgase, welche von der Hilfsbrennkammer 31 durch die
Hauptbrennkammer 3o strömen, durch Berührung mit den dampferzeugenden Rohren 24
und 6o und Überhitzerrohren 5 i in ihrer Temperatur herabgesetzt. In dem Maße, wie
die Menge des Dampfes, die durch den Überhitzer strömt, wächst, können die Brenner
33 der Hauptbrennkammer 3o in Betrieb genommen werden, wie auch zusätzliche Brenner
34 in der Hilfsbrennkammer 31.
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`'Während des Betriebes kann die Temperatur der Gase, die den Überhitzer
bestreichen, in weitem Maßstabe verändert werden, da,die Gase, welche in der Hauptbrennkammer
30 erzeugt werden, nur die vier Rohrreihen der Rohre 6o bestreichen, bevor
sie mit dem Überhitzer in Berührung kommen, während die in der Hilfsbrennkammer
erzeugten Gase sowohl durch die Rohrgruppe 24 als auch über die Rohre 6o strömen,
bevor sie den Überhitzer erreichen.
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Üblicherweise wird während des Regelbetriebes der größere Teil des
Brennstoffes in der Hauptbrennkammer 30 verbrannt werden. Es kann daher über
einen großen Belastungsbereich die gesamte oder annähernd die gesamte benötigte
Brennstoffmenge in der Hauptbrennkammer 30 verfeuert werden, um den Dampfbedarf
zu decken, während bei den höheren Belastungen die Hilfsbrennkammer 31 in Betrieb
genommen werden kann, um die Dampfleistung des Kessels zu erhöhen oder die Rauchgastemperatur
zur Regelung der Dampftemperatur zu senken. Durch passende Abstimmung der Zuführung
von Brennstoff zu den Brennkammern 30 und 31 kann eine gleichbleibende Überhitzungstemperatur
über einen großen Bereich der Betriebsbelastungen aufrechterhalten werden. Jedem
Dampfbedarf innerhalb der normalen Leistungsfähigkeit der Einheit kann durch entsprechende
Befeuerung der beiden Brennkammern nachgekommen werden.
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Bei Teillasten, wenn nur einer oder wenige Brenner 34 der Hilfsbrennkammer
31 allein benutzt werden, kann der gesamte im Kessel erzeugte Dampf ohne oder fast
ohne Überhitzung entnommen werden, und zwar als reiner Sattdampf aus der Trommel
20 unmittelbar durch den Sattdampfauslaß 57, bei geringer Last als annähernder Sattdampf
auch dann, wenn der gesamte Dampf durch den Überhitzer geleitet wird, und bei höherer
Belastung mit sehr niedriger Überhitzungstemperatur infolge der verhältnismäßig
großen wärmeaufnehmenden Heizfläche zwischen der Hilfsbrennkammer 21 und dem Überhitzer.
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Die geringen Gastemperaturen im Gebiet des Überhitzers bewirken eine
geringe Rohrwandtemperatur und gestatten die Verwendung von Kohlenstoffstahl oder
niedrig legiertem Stahl für diese Rohre.
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Die Rohrgruppe zwischen den beiden Brennkammern, welche aus lotrechten
Rohren gebildet wird, verbessert die Wärmeausnutzung, vermindert den Raumbedarf
für eine gegebene Dampfleitung und bewirkt verbesserten Schutz für die damit verbundenen
Trommeln,
und das Fehlen der Überhitzersammler auf einer Seite der Rohrgruppe gestattet eine
bessere Anordnung der Fallrohre.