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Dampferzeugeranlage mit Nachschaltheizflächen Die Erfindung befaßt
sich mit Dampferzeugeranlagen, bei denen die die Feuerung verlassenden heißen Rauchgase
durch Nachschaltheizflächen geleitet werden, damit sie dort die in ihnen noch enthaltene
Wärme nutzbringend abgeben. Diese Verwertung der Abgaswärme erfolgt mit Hilfe von
Speisewasservorwärmern und Luftvorwärmern. Hierbei kommt es darauf an, daß die Ausnutzung
der Abgaswärme mit möglichst geringem Kostenaufwand, geringem Raumbedarf und großer
Nutzwirkung erfolgt.
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So sind Luftvorwärmer-Speisewasservorwärmer-Anordnungen vorgeschlagen.
worden, die aus zwei in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Heizflächenstufen
eines Luftvorwärmers sowie aus einem Speisewasservorwärmer bestehen, und zwar wird
bei diesen Anordnungen der heiße Rauchgasstrom zunächst in zwei Teilströme aufgeteilt,
von denen der eine den Speisewasservorwärmer und der andere die erste Heizflächenstufe
des Luftvorwärmers durchströmt. Hiernach werden die beiden Teilströme wieder miteinander
vereinigt, und der gesamte Rauchgasstrom durchströmt alsdann die zweite Heizflächenstufe
des Luftvorwärmers. Für die heiße Luftvorwärmerstufe werden dabei Rekuperativvorwärmer
benutzt, während für die kalte Stufe sowohl Rekuperativ- als auch Regenerativ-Luftvorwärmer
bekannt sind.
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Bei dem vorgenannten Vorschlag handelt es sich aber offensichtlich
nicht um die Behandlung einer
tatsächlich ausgeführten Anlage. Es
ist vielmehr im Zuge einer theoretischen Überprüfung der verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten,
die sich bei Luftvorwärmung und Speisewasservorwärmung schaffen ließen, unter anderem
auch die vorgenannte Kombination erörtert worden, jedoch mit der Feststellung, daß
diese Kombination keine Vorteile bringt, sondern nur Nachteile. Die Nachteile werden
hauptsächlich in der verwickelten Bauweise, höheren Anlagekosten und auch in der
erschwerten Bedienung gesehen. In die Praxis hat diese Kombination Eingang offenbar
nicht finden können.
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Demgegenüber ist die Erfindung von der an sich allerdings schon bekannt
gewesenen Tatsache ausgegangen., daß eine zweistufige Luftvorwärmung zur Erzielung
höherer Lufttemperaturen bedeutungsvoll sein könne. Die technische Entwicklung im
Kesselbau, der Übergang nämlich von der Rostzur Staubfeuerung, steigerte das Bedürfnis
nach höherer Luftaufwärmung. Die hohen Speisewassertemperaturen, die durch die weitgehende
Verwendung von Regenerativdampf in den vergangenen Jahren erzielt wurden, förderten
das Bestreben nach höherer Luftaufwärmung weiter. So war der Anstoß gegeben, trotz
der erwähnten Nachteile die mehrstufigeLuftvorwärmungaufzugreifen und hierfür nach
einer brauchbaren Lösung zu suchen. Die Lösung dieser Aufgabe ist beispielsweise
für eine besondere Form der Staubfeuerung; die sogenannten Schmelzfeuerungen, sehr
wichtig, die nicht nur bei Normalbetrieb, sondern auch bei abnehmender Belastung
hohe Lufttemperaturen benötigen, damit die hohen Feuerraumtemperaturen, die zum
Schmelzen der Schlacke notwendig sind, aufrechterhalten werden. Hohe Lufttemperaturen
sind auch bei Ölfeuerungen anwendbar und gestatten auch hier z. B. den Vorteil auszunutzen,
daß infolge der höheren Temperatur im Feuerraum kleinere Heizflächen ausreichen.
In allen diesen Fällen ist andererseits aber aus wirtschaftlichen. Gründen eine
möglichst niedrige Abgastemperatur anzustreben.
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Diese Tatsache, daß einerseits sehr hohe Lufttemperaturen und andererseits
möglichst niedrige Abgastemperaturen angestrebt werden müssen, ließ erkennen, daß
diesen einander entgegengerichteten Forderungen nicht mit einer einzigen Luftvorwärm-erstufe
Rechnung getragen werden könnte. Somit stellte sich die Aufgabe, die Möglichkeit
zu einer zweistufigen Luftvorwärmung zu schaffen und dabei die Nachteile der erwähnten,
früher vorgeschlagenen Kombination zu vermeiden. Diese Aufgabe ist durch die Erfindung
gelöst.
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Die Erfindung bezieht sich also auf eine Luftvorwärmer-Speisewasservorwärmer-Anordnung
in Dampferzeugeranlagen, bestehend aus zwei in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden
Heizflächenstufen eines Luftvorwärmers und einem Speisewasservorwärmer, bei welcher
der heiße Rauchgasstrom zunächst in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der
eine den Speisewasservärwärmer und der ändere die erste Heizflächensttife' des Luftvorwätmerg
durchströmt, und bei welcher hierauf nach Vereinigung der beiden Teilströme der
gesamte Rauchgasstrom die zweite Heizflächenstufe des Luftvorwärmers durchströmt.
Das wesentliche Merkmal der Luftvorwärmer-Speisew asservorwärmer-Anordnung gemäß
der Erfindung, durch das diese sich gegenüber den bekannten, mit Rekuperatoren arbeitenden
Anordnungen der vorgenannten Art unterscheidet, besteht darin, daß als Luftvorwärmer
ein an sich bekannter Regenerativ-Luftvorwärmer zur Anwendung gelangt, dessen umlaufender
Speicherkörper in zwei hintereinandergeschaltete und auf derselben Welle mit Abstand
voneinander befestigte Heizflächenstufen aufgeteilt ist, und daß der Rauchgasstrom
durch Überhitzer strömend zur ersten Luftvorwärmerstufe gelangt und ein Zweigstrom
des Rauchgases durch einen der ersten Heizflächenstufe des Luftvorwärmers parallel
geschalteten Speisewasservorwärmer strömend zwischen die Heizflächenstufen des Luftvorwärmers
einmündet, wobei die Aufteilung des Rauchgasstromes in der Weise erfolgt, daß der
Wasserwert des die heiße Luftvorwärmerstufe durchströmenden Teilstromes etwa ebenso
groß ist wie derjenige des Luftstromes oder kleiner als dieser.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Luftvorwärmer - Speisewasservorwärmer
- Anordnung unter Verwendung der an sich anderweitig bekannten Luftvorwärmerkonstruktion
mit unterteilter Speichermasse ergibt sich gegenüber der eingangs erwähnten bekannten
Anordnung eine wesentliche Vereinfachung und Verbilligung. Auch wird der Raumbedarf
geringer. Weiterhin wird hierbei von denjenigen vorteilhaften Eigenschaften Gebrauch
gemacht, die an sich die Anordnung von zwei Heizflächenstufen auf einer gemeinsamen
Drehachse in gemeinsamem Gehäuse gegenüber zwei selbständigen Luftvorwärmern mit
sich bringt.
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Als Unterschied gegenüber einer anderen Anordnung, die Gegenstand
eines älteren Patents (Patent 935 273) ist, nämlich mit zwei selbständigen Rotoren
in Abstand voneinander auf gemeinsamer Drehachse, ist hervorzuheben, daß dort der
Speisewasservorwärmer im Rauchgasstrom zwischen den beiden Rotoren angeordnet ist,
also im Zuge des gesamten Rauchgasstromes, d. h. in Reihe zwischen den beiden Rotoren.
Schaltungsmäßig ist es allerdings gleichgültig, ob er nun wirklich auch räumlich
zwischen diesen beiden Rotoren liegt oder ob er aus Bemessungsgründen vielleicht
nach außerhalb herausgezogen ist. Es findet also zwischen den beiden Rotoren eine
Ausnutzung der Rauchgaswärme durch den Speisewasservorwärmer statt. Dadurch wird
zwischen den beiden Rotoren ein erhebliches Wärmegefälle geschaffen, wie es ja auch
als Grundgedanke des älteren Patents .ausdrücklich gefordert ist. Hierbei müssen
entweder der Speisewasservorwärmer oder aber, zumindest seine Anschlüsse räumlich
in der Trennzone zwischen den beiden Rotoren ruhend angeordnet sein. Bei dieser
vorpatentierten-Anlage bedeutet die Vereinigung det beiden funktionell selbständigen
Luft-'
vorwärmer miteinander keine nennenswerte Ersparnis gegenüber
zwei baulich selbständigen Luftvorwärmern.
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Bei der Dampferzeugeranlage gemäß der Erfindung erfolgt die Aufteilung
des Rauchgasstromes in die beiden Teilströme, die die erste Heizflächenstufe und
den Speisewasservorwärmer parallel zueinander durchströmen, in der Weise, daß der
Wasserwert des die heiße Luftvorwärmerstufe durchströmenden Teilstromes etwa ebenso
groß ist wie derjenige des Luftstromes oder kleiner als dieser. Hierdurch wird ermöglicht,
die Heißluft bei gleicher Abgastemperatur höher aufzuwärmen, als es bei einstufiger
Vorwärmung aus physikalischen Gründen möglich ist. Es sind nämlich der Heißlufttemperatur
nach oben nur dann keine physikalischen Grenzen gesetzt, wenn die Rauchgasabkühlung
in ° C gleich oder größer ist als die Luftaufwärmung des Vorwärmers bzw. der betreffenden
Vorwärmerstufe. Da nun aber die in dieser Stufe vom Rauchgas an die Luft zu übertragende
Wärmemenge sowohl gleich ist dem Produkt aus dem Wasserwert dieses Rauchgasteilstromes
und seiner Abkühlung in ° C als auch dem Produkt aus dem Wasserwert des aufzuwärmenden
Luftstromes und dessen Aufwärmung in' C, so folgt daraus, daß die Rauchgasabkühlung
nur dann gleich oder größer ist als die Luftaufwärmung in dieser Stufe, wenn der
Wasserwert des Rauchgasteilstromes gleich oderkleiner ist als derjenige desLuftst.romes.Unter
»Wasserwert« wird hierbei diejenige Wassermenge verstanden, die der je Zeiteinheit
durchströmenden Menge an Luft bzw. Rauchgas hinsichtlich der Wärmekapazität äquivalent
ist, so daß die Temperatur dieser gedachten Wassermenge sich also bei Zuführung
einer bestimmten Wärmemenge um den gleichen Betrag erhöhen würde wie diejenige der
betreffenden Gasmenge bei Zuführung der gleichen Wärmemenge.
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Die Zeichnung stellt einige Anlagen gemäß der Erfindung dar.
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Fig. i zeigt in vereinfachter Form eine Gesamtanlage gemäß der Erfindung;
Fig. 2 und 3 stellen in Seitenansicht bzw. Aufsicht, zum Teil im Schnitt, den zweistufigen
umlaufenden Regenerativ-Luftvorwärmer für sich allein dar; Fig. q. und 5 zeigen
eine andere Ausführungsform eines solchen Vorwärmers, und zwar mit angebautem Speisewasservorwärmer.
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Bei der Dampfkesse,lanlage gemäß Fig. i strömen die heißen Rauchgase
aus dem Feuerraum F zunächst durch einen Überhitzer U und einen Speisewasservorwärmer
E i. Dann erfolgt die Aufteilung in die beiden Teilströme. Der eine Teilstrom führt
unmittelbar zum Luftvorwärmer, und zwar zur Heizflächenstufe L2, der andere zum
Speisewasservorwärmer E2. Diese beiden Zweige werden zweckmäßigerweise so bemessen,
daß der Widerstandsbeiwert in dem durch die heiße Luftvorwärmerstufe L 2 führenden
Zweig des Rauchgasstromes größer ist als in dem parallel dazu durch den Speisewasservorwärmer
E 2 führenden Stromzweig. In diesen zweiten Kanal ist, und zwar vor dem Speisewasservorwärmer
E2, die Drosselklappe D eingebaut, die zur wahlweisen Regelung des Verhältnisses
der beiden Teilströme zueinander dient.
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Der den Speisewasservorwärmer E 2 verlassende Rauchgas-Teilstrom wird
hinter der Stufe L2 wieder dem Luftvorwärmer zugeführt, so daß er sich dort mit
dem anderen Teilstrom vereinigt. Der gesamte Rauchgasstrom strömt dann durch die
Luftvorwärmerstufe I_ i weiter, um in dieser anderen Heizflächenstufe auf die gewünschte
niedrige Abgastemperatur abgekühlt zu werden.
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Der in, dieser Gesamtdarstellung in vereinfachter Form veranschaulichte,
mit zwei Heizflächenstufen ausgestattete Luftvorwärmer ist in den folgenden Figuren
genauer dargestellt.
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Fig. 2 und 3 zeigen einen solchen Vorwärmer in Seitenansicht bzw.
in Aufsicht, und zwar teilweise im Schnitt. Aus diesen Darstellungen ist die Anordnung
des Rotors, der die beiden Heizflächenstufen L i und L 2 enthält,
auf einer gemeinsamen Drehachse A erkennbar. Die Strömungsrichtung der Luft von
unten nach oben ist auf der linken Seite der Fig. 2 durch Pfeile angedeutet. Der
eine Rauchgas-Teilstrom wird der oberen Heizflächenstufe L2 unmittelbar zugeführt.
Die von rechts ankommende Leitung stellt die den Speisewasservorwärmer E2 (Fig.
i) verlassende Zweigleitung dar und mündet zwischen beiden Stufen Li und L2 ein,
so daß die Heizflächenstufe L i wieder die beiden miteinander vereinigten Rauchgas-Teilströme
führt.
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In den Fig. q. und 5 ist eine andere Ausführungsform eines mit zwei
Heizflächenstufen ausgestatteten, umlaufenden Regenerativ-Luftvorwärmers dargestellt,
und zwar ebenfalls in Seitenansicht bzw. Aufsicht, teilweise im Schnitt. In seinen
Grundzügen stimmt dieser Vorwärmer mit demjenigen nach Fig. 2 und 3 überein. Der
Hauptunterschied besteht darin, daß hier der Speisewasservorwärmer E2 gleich an
den Ljungström-Luftvorwärmer angebaut ist, so daß V orwärmer und Speisewasservorwärmer
ein einheitliches Gesamtaggregat bilden.