DE1138795B - Anordnung zur Regelung der Endtemperatur des Arbeitsmittels eines aus mehreren hinter-einandergeschalteten Heizflaechengruppen aufgebauten, mittels gasfoermiger Mittel beheizten Waermeaustauschers, insbesondere eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

M33382Ia/13g

ANMKLDETAG: 27. FEBRUAR 1957

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 31. OKTOBER 1962

Bei Wärmeaustauschern, die von einem gasförmigen Mittel beheizt werden, insbesondere Zwangdurchlauf-Dampferzeugern, ist es bekannt, die Heizflächen des Wärmeaustauschers in Berührungs- und Strahlungsheizflächen aufzuteilen, um bei unterschiedlichen Belastungen die Endtemperatur des Arbeitsmittels auf einen bestimmten Sollwert zu halten. Da Strahlungs- und Berührungsheizflächen gegenläufige Temperaturcharakteristiken aufweisen, d.h. daß die Temperaturcharakteristik der Strahlungsheizfläche bei sinkender Last ansteigt und die der Berührungsheizfläche abfällt, kann hiermit die Gesamtcharakteristik des Wärmeaustauschers vergleichmäßigt werden.

Bei einem bekannten Naturumlauf-Dampferzeuger mit einem in eine Strahlungsheizfläche und eine Berührungsheizfläche aufgeteilten Überhitzer soll die Endtemperatur des Dampfes dadurch konstant gehalten werden, daß mittels schwenkbarer Brenner das Wärmeangebot bei Laständerung zugunsten der einen oder anderen Heizfläche verlagert wird.

Bekannt ist ferner ein Naturumlauf-Dampferzeuger, bei dem der Überhitzer in zwei Heizflächengruppen aufgeteilt ist, wobei jede Heizfläehengruppe aus zwei mit einem Teilstrom des Arbeitsmediums beaufschlagten Heizflächen besteht. Mittels Temperaturfühler am Austritt der letzten Heizflächengruppen wird ein Regler beeinflußt, der jeder Heizfläche der Gruppe eine entsprchend seiner Wärmebelastung bemessene Arbeitsmittelmenge zuteilt, so daß das Arbeitsmittel aus beiden Heizflächen mit gleicher Temperatur austritt. Die Konstanthaltung der Endtemperatur des Arbeitsmittels wird dadurch erreicht, daß zwischen den Heizflächengruppen ein Heißdampfkühler eingeschaltet ist, dem in Abhängigkeit von der Endtemperatur eine entsprechende Teilmenge des aus den Heizflächen der ersten Gruppe austretenden Arbeitsmittels zugeführt wird.

Bei den beiden bekannten Dampferzeugern wird eine Temperaturregelung nur für eine Heizflächengruppe vorgenommen. Beiden Dampferzeugern ist der Nachteil gemeinsam, daß der Wirkstoff der ersten bzw. einzigen Heizflächengruppe für die höchste Temperatur der jeweiligen Charakteristik ausgelegt werden muß, was entweder hochwertigen Werkstoff oder eine Vergrößerung der Heizflächen und damit höheren Druckverlust bedingt. Ferner stellt die Anordnung eines gesonderten Heißdampfkühlers einen Mehraufwand dar.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung eines aus mehreren hmtereinandergeschalteten Heizflächengruppen aufgebauten, mittels gasförmiger Anordnung zur Regelung der Endtemperatur des Arbeitsmittels eines aus mehreren hinter-

einandergeschalteten Heizflächengruppen aufgebauten, mittels gasförmiger Mittel

beheizten Wärmeaustauschers, insbesondere eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers

Anmelder:

Maschinenfabrik Buckau R. Wolf

Aktiengesellschaft, Neuß/Rhein, Aachener Allee 6

Dipl.-Ing. Wolfgang Kalide, Neuß/Rhein, ist als Erfinder genannt worden

Mittel beheizten Wärmeaustauschers, insbesondere eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers, zur Regelung der Endtemperatur des Arbeitsmittels, bei der jede Gruppe aus mindestens zwei parallel geschalteten Heizflächen besteht. Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Dampferzeuger dadurch, daß innerhalb jeder Gruppe die parallel geschalteten Heizflächen in an sich bekannter Weise teils Strahlungsund teils Berührungsheizfläche sind und daß der Arbeitsmittelstrom einerseits auf die Berührungsund andererseits auf die Strahlungsheizfläche jeder Gruppe in an sich bekannter Weise so aufgeteilt wird, daß für jede Gruppe die Temperaturen des Arbeitsmittels am Austritt der beiden Heizflächen gleich hoch sind.

Die Mischung und Abführung der Teilmengen aus den parallel geschalteten Heizflächen kann dadurch erfolgen, daß die Teilmengen nach Austritt aus den Heizflächen in einen an die Abführleitung angeschlossenen Wirbelkopf geleitet werden, in dem die Teilströme zunächst unabhängig voneinander parallel geführt und dann mit entgegengesetztem Drall miteinander vermischt werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform eines solchen Mischers besteht nach der Erfindung darin, daß in die an die eine Heizfläche angeschlossene Abführleitung die an die andere Heizfläche angeschlossene Abführleitung konzentrisch unter Belassung eines Ringspaltes eingeführt ist und in diesen und die letztgenannte

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Abfuhrleitung Wirbelbleche eingesetzt sind, deren die der Wärmeaufnahme entsprechende Teilmenge Drallrichtung entgegengesetzt ist, wobei in vorteil- zugeführt wird.

halter Weise hinter den Wirbelblechen des Innenroh- Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch

res ein Einsatzkörper vorgesehen ist, der das aus- dargestellt und zwar zeigt:

fließende Medium nach außen lenkt. 5 Abb. 1 das Schaltbild eines Dampferzeugers,

Die Anordnung nach der Erfindung hat den Vor- Abb. 2 einen Mischkopf im lotrechten Schnitt,

teil, daß jede Heizfläche nicht mehr eine bestimmte, Abb. 3 einen Schnitt in Richtung III-III der

sondern entsprechend der jeweils unterschiedlichen Abb. 2.

Durchflußmenge eine unendliche Anzahl von Charak- In Abb. 1 sind die drei Überhitzerstufen 1, 2 und 3

teristiken aufweist. Aus jeder dieser unendlich vielen io eines Dampferzeugers dargestellt. Jede Überhitzer-Charakteristiken wird durch die Parallelschaltung von stufe ist aufgeteilt in eine Strahlungsheizfläche S₁ bzw. Strahlungs- mit Berührungsheizfläche und durch die S₂ bzw. S₃ und eine Berührungsheizfläche B₁ bzw. B₂ Verteilung der Durchflußmenge in Abhängigkeit von bzw. B_s, die im Dampfstrom innerhalb jeder Überden Austrittstemperaturen immer der Temperatur- hitzerstufe parallel geschaltet sind. Die im Dampfpunkt eingestellt, der das Optimum der gerade gefah- 15 erzeuger erzeugte Gesamtdampfmenge strömt der renen Last für die betreffende Heizfläche darstellt. ersten Überhitzerstufe 1 von einer Sammelleitung α Über den gesamten Lastbereich ist diese optimale über einen Drehschieber D₁ zu, der dazu dient, die Temperatur annähernd gleich, so daß der Werkstoff ankommende Gesamtdampfmenge auf die Strahlungsder Heizflächen nicht mehr für die Übertemperatur heizfläche S₁ und die Berührungsheizfläche B₁ aufausgelegt zu werden braucht. 20 zuteilen. Um dies zu erreichen, ist am Austritt der Weiterhin ist jede Heizfläche nur noch für eine Heizflächen S₁, B₁ je ein Temperatuxmeßglied T_{1 a}, Teilmenge der Maximalleistung auszulegen, so daß T_lb vorgesehen, die beide die Meßwerte auf einen die Zahl der parallelen Stränge in dieser Heizfläche A ,-Regler R₁ bekannter Bauart übertragen. In dem kleiner und die Temperaturverteihing in den Strängen Regler R₁ werden die beiden Temperaturen mitekibesser ist. 25 ander verglichen und bei Temperaturunterschieden Weitere Vorteile bietet die Erfindung darin, daß der Drehschieber D₁ verstellt, so daß jeder der beiden bei Dampferzeugern, die mit zwei grundverschiedenen Heizflächen S₁, B₁ ein entsprechend bemessener Brennstoffen, wie z. B. Kohle und Gichtgas einzeln Dampfteilstrom zugeteilt wird. Entsprechend dieser oder in beliebigem Mengenverhältnis beheizt werden, Teilstrommenge wird die Austrittstemperatur der keine Temperaturbeeinflussung der Endtemperatur 30 beiden Heizflächen S₁, B₁ so lange beeinflußt, bis sie erfolgt, wenn beim Abschalten einer der beiden beide den gleichen Wert angenommen haben. Hinter Brennstoffsorten sich die Hauptwärmeabgabe vom den Temperaturmeßgliedern werden die aus den Strahlungs- in den Berührungsteil des Dampferzeugers Heizflächen S₁, B₁ austretenden Teilmengen in dem verschiebt oder umgekehrt, da sich dann auch sofort Wirbelniisehkopf M₁ wieder miteinander vermischt die Durchflußmenge von der Strahlungs- in die Be- 35 und der nachfolgenden Überhitzerstufe 2 in der rührungsheizfläche verlagert, oder umgekehrt. gleichen Weise zugeführt. Entsprechende Bezugs-

Da in sämtlichen Heizflächen immer das Tempera- zeichen gelten sinngemäß.

turoptimum der gerade gefahrenen Last eingestellt In dem Mischkopf nach Abb. 2 und 3 sollen die

wird, ergibt sich auch ein Optimum an Wärmeaus- Dampfanteile des Strahlungsteiles S₁ und des Berühnutzung, was darin zum Ausdruck kommt, daß die 40 rungsteües B₁ zur Vermeidung von Strähnenbildung Abgastemperatur des Dampferzeugers über den Last- durch Verwirbelung auf dem kürzesten Wege verbereich annähernd konstant auf dem niedrigst erreich- mischt werden. Außerdem sollen im Mischkopf unterbaren Wert bleibt. schiedliche Austrittsdrücke der zueinander parallelen Die Sammelleitungen von und zu den einzelnen Heizflächen, die sich bei Veränderung der Durchfluß-Heizflächen haben kleineren Querschnitt und damit 45 menge einstellen, in Geschwindigkeit umgesetzt geringere Wandstärke und insgesamt geringeren werden, um auch so die Vermischung zu fördern. Um Materialverbrauch als die früher benötigten Sammel- dies zu erreichen, ist beispielsweise die Austrittsleitungen, die für die ganze Menge der Maximal- leitung b des Strahlungsteiles S₁ mit dem Abführungsleistung ausgelegt sein mußten. rohr α unmittelbar verbunden, während die Austritts-Die Hauptsammelleitungen für die Gesamtdurch- 50 leitung c des Berührungsteiles B₁ konzentrisch unter flußmenge zwischen einer Mischstelle hinter einem Belassung eines Ringspaltes d in das Austrittsrohr a geteilten Wärmeaustauscher und der Wiederaufteilung geführt ist. Am Ende der Austrittsleitung c sind vor dem nächsten geteilten Wärmeaustauscher wird Wirbelbleche e und ein konzentrisch angeordneter, durch Einbau eines Wirbelmischkopfes so kurz wie den Dampfstrom nach außen führender Einsatz / vormöglich gehalten, um Material zu sparen. 55 gesehen. Desgleichen sind in dem Ringspalt d am Beim Anfahren des Dampferzeugers bieten die in Ende des Austrittsrohres c Wirbelbleche g angeordparallele Strahlungs- und Berührungsheizflächen auf- net, deren Drallrichtung jedoch entgegengesetzt der geteilten Wärmeaustauscher den Vorteil, daß der Drallrichtung der Wirbelbleche e ist. Ferner ist an Hauptstrom der Durchflußmenge sich immer in den der Stelle der Zusammenführung der beiden Dampf-Heizflächenteil verlagert, welcher momentan die 60 ströme in dem Austrittsrohr α ein Schutzrohr h für die größte Wärmeaufnahme hat. Das kann so weit gehen, Wandung des Austrittsrohres α vorgesehen, daß die gesamte Anfahrmenge nur durch die Strah- Der Erfindungsgedanke gilt sehr allgemein. Er läßt lungsheizfläche hindurchgellt, während durch die Be- sich auf jede Wärmeaustauschstufe eines Dampfrührungsheizfläche nur eine minimale Durchfluß- erzeugers anwenden, sei es ein Speisewasservormenge hindurchgeht, so lange, bis auch in dieser 65 wärmer (Economiser) oder ein Verdampfer oder ein Heizfläche eine größere Wärmeaufnahme stattfindet, Überhitzer oder ein Zwischenüberhitzer oder auch was sich durch Steigen der Austrittstemperatur be- nur ein Teilstück eines der genannten Wärmeausmerkbar macht, worauf dann auch dieser Heizfläche tauscher, sofern die Bedingung erfüllt ist, daß diese

Stufe aus mehreren 'hinteremandergeschalteten Heizflächengruppen aufgebaut ist und somit mehr als eine Verteilerstelle (D) und mehr als eine Mischstelle (M) vorgesehen sind.

Es ist möglich, jede Heizflächengruppe des Wärmeaustauschers nicht nur in eine Strahlungsheizfläche und eine Berührungsheizfläche aufzuteilen, sondern ebensogut kann er in mehrere parallele Strahlungsheizflächen und Berührungsheizflächen aufgeteilt werden.

Die Anordnung kann in Verbindung mit Dampferzeugern jeder Bauart angewendet werden, z. B. in Zwangdurchlauf- oder in Zwangumlauf- oder in Naturumlauf-Dampferzeugern, bei letzteren mit Ausnahme des Verdampfungsteiles.

Die Aufteilung der Teilmengen in die parallelen Heizflächen kann in dem bereits genannten Drehschieber oder aber auch mittels zweier oder mehrerer Regelventile, je eines für jede Strahlungs- bzw. Berührungsheizfläche, erfolgen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung eines aus mehreren hintereinandergeschalteten Heizflächengruppen aufgebauten, mittels gasförmiger Mittel beheizten Wärmeaustauschers, insbesondere eines Zwangdurchlauf-Dampferzeugers, zur Regelung der End- > temperatur des Arbeitsmittels, bei der jede Gruppe aus mindestens zwei parallel geschalteten Heizflächen besteht, dadurch gekennzeich net, daß innerhalb jeder Gruppe die parallel geschalteten Heizflächen in an sich bekannter Weise teils Strahlungs- und teils Berührungsfläche sind und daß der Arbeitsmittelstrom einerseits auf die Berührungs- und andererseits auf die Strahlungsheizfläche jeder Gruppe in an sich bekannter Weise so aufgeteilt wird, daß für jede Gruppe die Temperaturen des Arbeitsmittels am Austritt der beiden Heizflächen gleich hoch sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die an die eine Heizfläche angeschlossene Abführleitung (a) die an die andere Heizfläche angeschlossene Abführleitung (c) konzentrisch unter Belassung eines Ringspaltes (d) eingeführt ist und in diesen und die letztgenannte Abführleitung Wirbelbleche (g, e) eingesetzt sind, deren Drallrichtung entgegengesetzt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Wirbelblechen des Innenrohres ein Einsatzkörper (/) vorgesehen ist, der das ausfließende Medium nach außen lenkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 911 264, 767 278;
französische Patentschrift Nr. 758 288;
USA.-Patentschrift Nr. 2109 840.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 679/57 10.