Einrichtung zum Speisen von Dampfkesseln, besonders Hochdruckkesseln. Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Einrichtung zum Speisen von Dampf kesseln, besonders Hochdruckkesseln.
Die Erfindung hat den Zweck, eine Ein richtung zu schaffen, die es ermöglicht, die gesamten, vom Kessel während des Betriebes benötigten Speisewassermengen in denselben einzuführen, ohne dass dazu eine Hochdruck Speisepumpe erforderlich ist, die gegen den hohen Kesseldruck arbeiten müsste.
Ein weiterer Zweck der Erfindung be- @teht darin, eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, einen Teil .des im Kessel erzeugten Hochdruckdampfers für die Zu führung des Speisewassers zum Kessel zu verwenden, und zwar in Kombination mit einer Vorrichtung, mit deren Hilfe fast die gesamte Wärme, die nach Entleerung des Speisebehälters vom Speisewasser in dem zu entfernenden Abdampf vorhanden ist, wie dergewonnen werden kann.
Diese Zwecke werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zwischen den Kessel und eine mit höherem als Atmosphärendruck, aber geringerem als Kesseldruck wirkende Speisepumpe in die Speiseleitung mindestens ein nach Art von Rückspeisern wirkenden Speisebehälter und mindestens ein gegen die Atmosphäre abgeschlossener Wärmeaus- tauscher eingebaut sind, welch letzterer durch den Abdampf des jeweils benutzten Speisebehälters beheizt wird,
so dass das unter Überdruck stehende Speisewasser im Wärmeaustauscher vor der Einführung in den Kessel annähernd die gesamte Abdampf wärme des zur Förderung verwendeten Hoch druckdampfes aufnimmt, dieser im Speise behälter unter den Druck des Speisewassers ohne Wärmeverlust entspannt und dieses an nähernd auf Kesseltemperatur erhitzt wird.
Die neue Einrichtung kann, je nach den Verhältnissen in verschiedener Weise ausge führt werden.
Auf der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, ge mäss welcher eine Speisepumpe, ein Wärme- austauscher und ein Speisebehälter in Reihe angeordnet sind; Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung, die sich besonders in Fällen eignet, in denen der Kessel grosse Mengen Speisewassers verlangt;
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, gemäss welchem die Erhitzung des Speisewassers stufenweise erfolgt, und Fig. 4 ein Beispiel, ,das für Fälle be stimmt ist, bei denen überhitzter Kessel dampf zur Förderung des Speisewassers be nutzt wird.
In Fig. 1 bedeutet l einen Dampfkessel, der sein Speisewasser aus dem offenen Be hälter 2 bezieht. 5 ist die Speisepumpe. In die Speiseleitung sind in Reihe der gegen die Atmosphäre abgeschlossene Wärmeaus- tauscher 3 und ein Behälter 4 eingebaut, welch letzterer den eigentlichen Speise behälter bildet.
Die Druckleitung 6 der Speisepumpe 5 ist an den Boden des Wärme- austauschers 3 angeschlossen, während oben von demselben eine mit Rückschlagventil 7 versehene Leitung 8 ausgeht, die an den Boden des Speisebehälters 4 angeschlossen ist. Im Speisebehälter 4 ist ein unten offener Isolierzylinder 9 angeordnet, der von der Decke bis annähernd zum. Boden des Be hälters reicht. Eine Leitung 11, die vom Boden des Behälters 4 ausgeht und mit einem Ventil 10 versehen ist, ist an den Wasser raum des Kessels 1 angeschlossen.
Vom Dampfraum des Kessels 1 geht eine mit Ven til 12 versehene Leitung 13 aus, die oben in den Behälter 4, bezw. den darin befindlichen Isolierzylinder 9 mündet, während eine oben vom Behälter 4, bezw. dem Zylinder 9 aus- ,gehende Leitung 15 mit Ventil 14 zu einer Heizschlange 1-6 führt, die im Wärmeaus- tauscher 3 angeordnet ist. Das andere Ende der Heizschlange 16 führt zu einem Kon denstopf 17, von dem aus das Kondensat in .den Behälter 2 abgeführt wird.
Die Ventile 10, 12 und 14 werden durch Drucköl oder dergleichen betätigt, das durch Pumpen 18 und 19 einem Druckölbehälter 20 entnommen wird. Die Ölwege werden durch Steuerkolben 21 und 22 bestimmt, die ihrerseits durch Schwimmer 23 gesteuert werden. Die Schwimmer 23 sind auf den Steuerkolben stangen 24 verschiebbar, die oben und unten mit Anschlägen 25 und 26 versehen sind, so dass die Steuerkolben 21, 22 in den Zylindern 27 und 28 auf- und abwärts bewegt werden können, wobei ihr Gewicht durch Federn 29 ausgeglichen wird.
Die Ventilkörper 30, von denen nur der des Ventils 12 sichtbar ist, sind starr mit in Zylindern 35 verschiebbaren Kolben 34 verbunden und stehen unter dem Einfluss von Federn 31, durch welche die Ventile für gewöhnlich geschlossen gehalten werden. Unterhalb der Kolben 34 münden Ölleitungen 36, 36', von denen :die erstere an den Zylinder 27 angeschlossen ist und mit- telst des Steuerkolbens 21 sowohl mit der Druckleitung 37 der Ölpumpe 18, wie auch mit einer Nebenleitung der Ablaufleitung 38 verbunden werden kann.
Die Ölleitung 36' ist an den .Zylinder<B>28</B> angeschlossen und kann durch den Steuerkolben 22 entweder mit der Druckleitung 40 der Ölpumpe 19 oder mit der Ablaufleitung 41 verbunden werden.
In der dargestellten Lage der SeUwim- mer 2-3 befinden sich die Steuerkolben 21 und 2,2 in Tiefstellung. Infolgedessen ist .die Druckleitung 37 der Ölpumpe 18 abge sperrt, während der Raum unter den Kolben 34 der Ventile 10 und 12 über die Leitungen 36, die Leitung 39 und -den Raum über dem Kolben 21 des Zylinders 27 mit der Ab laufleitung 38 in Verbindung steht. Das Öl unter den Kolben. 34 wird daher durch -die Federn 31 verdrängt, und die Ventile 10 und 12 werden geschlossen.
Anderseits wird der Druckölweg durch den Zylinder 28 in der dargestellten Stellung .des Kolbens 22 offen gehalfen, während die Ablaufleitung 41 ge schlossen ist. Der Kolben 34 des Ventils 14 steht also unter dem Einfluss des durch die Pumpe 19 geförderten Drucköls, und das Ventil 14 wird offen gehalten.
Während der Abwärtsbewegung der Schwimmer 23 hat sich der Isolierzylinder 9 des Speisebehälters mit Dampf gefüllt, wie aus den folgenden Erläuterungen ersichtlich sein wird. Dieser Dampf strömt durch ,das offene Ventil 14 zur Heizschlange 16 des Wärmeaustauschers 3, der mit. Wasser gefüllt ist und unter dem Druck der Pumpe 5 steht. Dieser Druck ist höher als Atmosphärendruck, aber wesent lich niedriger als der Druck im Kessel 1.
Mittelst der Heizschlange im Wärmeaus- tauscher 3 wird das in diesem befindliche Was3er hoch erhitzt, so dass der Dampfdruck im Zylinder 9 allmählich sinkt. Sobald er so niedrig wird, dass der Druck der Pumpe 5 überwiegt, öffnet sich das Rückschlag- ventil 7 der Leitung B. Infolgedessen wird das im Wärmeaustauscher 3 hoch erhitzte Wasser durch das von .der Pumpe von unten eingeführte kältere Wasser verdrängt, so dass der Zylinder 9 des Speiseapparates mit diesem hocherhitzten Wasser gefüllt wird.
Dabei steigen -die Schwimmer 23, und sobald sie die Anschläge 26 der Kolbenstangen 24 erreichen, werden die Kolben 21 und 22 ver schoben. Infolgedessen ändern sich die Stiö- mungswege des Drucköls, so dass die Ventile 10 und 12 geöffnet werden, während das Ventil 14 schliesst. Es fliesst dann Dampf aus dem Kessel 1 in den Zylinder 9 des Speisebehälters 4, und das in diesem befind liche heisse Wasser wird nach dem Kessel verdrängt.
Gleichzeitig wird das Rück- j#3hlagvontil 7 unter dem Einfluss des hohen Druckes des in den Speisebehälter einströmen den Kesseldampfes geschlossen. Die wieder nach unten gehenden Schwimmer 23 stossen dabei schliesslich gegen die Anschläge 25 der Kolbenstangen 24 und verursachen eine rückläufige Verschiebung der Kolben 21 und 22. Die Ventile 10, 12 und 14 werden also wieder umgesteuert, und- die eben beschrie- benen Vorgänge beginnen aufs neue.
Auf diese Weise wird der grösste Teil der in dem Abdampf des Speisebehälters 4, 9 enthalten gewesenen Wärme in dem gegen die Atmo sphäre geschlossenen Wärmeaustauscher 3 wiedergewonnen.
Wenn der Kesseldampf beispielsweise einen Druck von 40 atm hat, und der Druck der Pumpe 5 nur 2 atm beträgt, kann das Speisewasser im Wärmeanstauscher 3 auf 115 C erhitzt werden.
Der Isolierzylinder 9 schützt -dabei die Wände des Speisebehälters 4 gegen die Ein flüsse der Temperaturänderungen, welche durch die abwechselnden Füllungen -des Speisebehälters mit Dampf und mit Wasser verursacht werden.
Der Wärm-eaustauscher kann, falls es gewünscht wird, auch in der vom .Speise- behälter zum Kessel führenden Leitung an geordnet sein.
Dabei können zum Beispiel in Fällen, wo .der Kessel grosse Mengen Speisewasser erfor dert, vorteilhaft zwei .Speisebehälter ange ordnet werden, die abwechselnd betrieben werden.
Ein Beispiel dieser Ausführung zeigt die Fig. 2.
An -den Boden zweier Speisebehälter 4' und 4", die in gleicher Weise ausgebildet sind, wie der vorgeschriebene, sind die Zweig leitungen 6' bezw. 6" einer gemeinsauren! Speisepumpe 5' angeschlossen, wobei in den Leitungen 6' und 6" die Rückschlagventile 7' und T' angeordnet sind.
Dampfleitungen 13' und 13", die mit den Ventilen 12' und 12" versehen sind, sind mit einem Ende an den Kessel 1 und mit .dem andern Ende oben an die Speisebehälter 4' bezw. 4" angeschlos- seu. Leitungen 11' bezw. 11", die unten von den Speisebehältern ausgehen und mit Ven tilen 10' bezw. 10" versehen sind, führen zu einem gemeinsamen Wärmeaustauscher 3', während Leitungen 15' bezw. 15", die oben von den Speisebehältern ausgehen und mit Ventilen 14' bezw. 14" versehen sind, an eine gemeinsame,
im Wärmeaustauscher 3' angeordnete Heizschlange 16' angeschlossen sind. Die Ventile 10', 10", 12', 12", 14' und 14" werden durch Drucköl gesteuert, das durch Pumpen 42 und 43 einem ()1- behälter 44, bezw. durch Pumpen 45 und 46 einem Ölbehälter 47 entnommen wird.
Die Ölwege werden durch Ventile bestimmt, die, wie weiter unten erläutert sein wird, teils durch Schwimmer gesteuert werden und teils durch Dampfdruck, wobei jedem .der Speise- Behälter jeweils nur ein Schwimmer zuge ordnet ist. So führt ,die Druckleitung 48 der Ölpumpe 42 über ein Ventil 49, das durch den Schwimmer 23' in seiner tiefsten Stellung offen gehalten wird, zum Zylinder 35 des zum Ventil 14' gehörenden, nicht er sichtlichen Kolbens, der in gleicher Weise an geordnet ist, wie der Kolben 34 des Ventils 12 in Fig. 1.
Eine Ablaufleitung 50 führt von dem Zylinder 35 zum Ölbehälter 44 über ein Ventil 51, das durch den .Schwimmer 23' in seiner Tiefstellung geschlossen ge halten wird. Ausserdem steuert der .Schwim mer 23' ein Ventil 52, das in der Ablauf leitung 53 eines Zylinders 35 eingebaut ist, der den Steuerkolben des Ventils 10' ent hält, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass das Ventil 52 in der Tiefststellung des Schwimmers 23' offen gehalten wird.
An die Ablaufleitung 53 ist die Ablaufleitung 54 eines zum Ventil 12' gehörigen Zylinders 35 angeschlossen. Zu den Zylindern 35 der Ventile 10' und 12' führt ausserdem die Druckleitung 55 der Ölpumpe 45 über ein Ventil 56, 57, welches als Membranventil ausgebildet ist, wie das Membranventil 59, 60 der Druckleitung 58 der Ölpumpe 43. Die Membran des Ventils 56, 57 kann durch den Druck des Dampfes beeinflusst werden, der zeitweise den Speisebehälter 4" füllt.
In gleicher Weise führt die Druck leitung 58 der Ölpumpe 43 über das Mem- branventil 59, 60 zu den Zylindern 35 der Ventile 10" und 12", während die Ablauf leitungen 61, 62 dieser Zylinder zum Öl behälter 47 über ein Ventil 63 führen. Letzteres wird durch den Schwimmer 23" des Speisebehälters 4" gesteuert und in dessen Tiefststellung offen gehalten.
Der Schwimmer 23" dient auch zur Steuerung der Ventile 64, 65, von denen ersteres in der Druckleitung 66 der Ölpumpe 46 angeordnet ist, die zum Zylinder 35 des Ventils 14" führt, während das Ventil 65 in der Ab- laufleitung 67 dieses Zylinders sich befindet.
Wenn, wie dargestellt ist, der Schwim mer 23' seine tiefste Lage einnimmt, ist der Isolierzylinder 9' des Speisebehälters 4' mit Dampf gefüllt. Dabei sind die Ventile 49 und 52 offen, während das Ventil 51 ge schlossen ist. Das Drucköl unter den zu den Ventilen 10' und 12' gehörenden Kolben ent weicht durch die Leitungen 53 und 54, so dass diese Ventile unter dem Einfluss von Federn geschlossen gehalten werden. (Ver gleiche Fig. 1, Feder 3.1 des zum Ventil 12 gehörenden Kolbens 34.) Die Druckleitung 48 der Ölpumpe 42 hingegen, welche zum Zylinder 35 des Ventils 14' führt, ist offen, und die Ablaufleitung 50 wird durch das Ventil 51 geschlossen gehalten.
Da also das Ventil 141 offen ist, strömt Dampf vom Speisebehälter 4' durch die Leitung 15' in die Heizschlange 16' des Wärmeaustauschers 3'. Das in dieser Heizschlange entstehende Kondensat wird durch einen nicht dargestell ten Kondenstopf abgeschieden. Der Wärme- austauscher 3' ist mit Wasser gefüllt, das vorher aus dem Speisebehälter 4' verdrängt worden ist, und dieses Wasser wird nun durch die Wärme des Abdampfes, der aus dem Speisebehälter 4' durch die Heizschlange 16' strömt, hoch erhitzt.
Infolgedessen sinkt der Dampfdruck im Speisebehälter 4', und so bald die Temperatur des im Wärmeaus- tauscher 3' befindlichen Wassers eine ge wünschte Höhe erreicht hat, öffnet sich das Membranventil 59, 60, dessen Membran 60 über die Leitung 68 unter dem Einfluss des Dampfdruckes im Speisebehälter 4' gehalten wird. Das durch die Pumpe 43 geförderte Öl fliesst durch die Leitung 58 und durch das offene Ventil 59 in die Zylinder 35 der Ven tile 10" und 12", die zum Speisebehälter 4" gehören. Dieser Speisebehälter ist mit Was ser gefüllt, so dass der Schwimmer 23" sich in der Höchstlage befindet. Dabei sind die Ventile 63 und 64 geschlossen, während das Ventil 65 offen ist.
Die von den Zylindern 35 der Ventile 10" und 12" ausgehenden Ablaufleitungen 61 und 62 sind daher ge schlossen, und die Ventile 10", 12" werden durch das von der Pumpe 43 geförderte Öl offengehalten. Vom Kessel 1 strömt daher Dampf in den Speisebehälter 4", und das darin enthaltene Wasser wird durch die Leitung 11" in den Wärmeaustauscher 3' verdrängt, aus dem das heisse Wasser, das vorher durch den Abdampf des Speisebehäl ters 4' erhitzt worden ist, in den Kessel ver drängt wird. Gleichzeitig öffnet das Rück schlagventil 7' der Zweigleitung 6', und der Speisebehälter 4' wird durch die Pumpe 5' mit Wasser gefüllt.
Während dieser Zeit ist das Membranventil 50y 57, das über die Leitung 69 unter dem Einfluss des Dampfes im Speisebehälter 4" gehalten wird, geschlos sen, so dass das durch die Pumpe 45 ge förderte Öl nicht zu den Zylindern 35 der Ventile 10' und 12' gelangen kann und diese geschlossen sind. Während der Füllung des Speisebehälters 4' mit Wasser -steigt. der Schwimmer 23', und beim Übergang in die Höchstlage werden die ölventile 49, 52 ge schlossen, während das Ülventil 51 der Ab laufleitung 50 geöffnet wird. Das 01 ent weicht aus dem zum Ventil 14' gehörenden Zylinder 35, und dieses Ventil wird ge schlossen.
Im Gegensatz dazu öffnet der Schwimmer 23" des Speisebehälters 4" beim Übergang in die Tiefstlage die blventile 63, 6-1, während das Ölventil 65 geschlossen wird, so dass nun mit Bezug auf den Speise behälter 4" dieselben Vorgänge herbeige führt werden, die vorher durch den Schwim mer 23' mit Bezug auf den Speisebehälter 4' herbeigeführt worden sind.
Wenn dann, in folge der Erhitzung de-; Wassers im Wärme austauscher 3', der Dampfdruck im Speise- behälter 4" unter den Druck der Pumpe 5' gesunken ist., wobei die gewünschte Tem peratur des Speisewassers erreicht ist, öffnet sich das Membranventil 56, 57, und das durch die Pumpe 45 geförderte, durch dieses Ventil durchgehende Drucköl öffnet die zum Speisebehälter 4' gehörenden Ventile 10', 12'.
Das in diesem Speisebehälter befindliche Wasser wird nun in den Wärmea.ustauscher 3' verdrängt, aus dem das heisse Wasser in den Kessel 1 verdrängt wird. Auf diese Weise werden die Speisebehälter 4' und 4" abwechselnd während des ganzen Kessel betriebes betrieben. Der Abdampf des Speisebehälters kann auch dazu benutzt werden, das Speisewasser stufenweise in einem zwei- oder mehrstufigen Wämeaus- tauscher zu erhitzen.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Art zeigt die Fig. 3, wobei die Mittel zur Steue- rung der in den Dampf- und Wasserleitun gen angeordneten Ventile weggelassen sind, da die gleichen Steuermittel verwendet wer den können, wie sie vorstehend beschrieben s,nd, oder auch andere bekannte Mittel, wie Kontaktmanometer oder dergleichen.
Gemäss Fig. 3 hat der gegen die Atmo sphäre geschlossene Wärmeaustauseher zwei Stufen 3" und 3<B>\</B>, die in Reihe in der Druck leitung 6"' einer Pumpe 5" angeordnet sind. Die Saugleitung 11"' der Pumpe ist unten an den Speisebehälter 4"' angeschlossen. In der Saugleitung 11"' ist ein Ventil 10"' vor gesehen, während in der Druckleitung 6"' ein Rückschlagventil 7"' zwischen der Pumpe 5" und der ersten Stufe des Wärmeaustausehers angeordnet ist. Oben kann der Speisebehälter durch tlie mit Ventil 12"' versehene Dampf leitung 13"' mit .dem Dampfraum des Kes sels verbunden werden.
Eine andere Dampf leitung -15"' mit Ventil 14"' führt oben vom Speisebehälter 4"' zu einer Heizschlange 16", .die in der zweiten Stufe 3"' des Wärmeaus- tauschers angeordnet und mit :dem andern Ende an einen nicht dargestellten Kondens topf angeschlossen ist. Eine Heizschlange 16"', die in der ersten Stufe 3" des Wärme- austauschers angeordnet ist, ist mit einem Ende durch .die Leitung 15"" oben an den Speisebehälter 4"' angeschlossen und mit dem andern Ende an einen nicht dargestellten Kondenstopf.
In :der Leitung 15"" ist ein Ventil 14"" vorgesehen. Schliesslich führt eine Dampfleitung 15 ""' oben vom Speise- behälter zu einer Heizschlange 16 "", die in einem V urwärmer 70 angeordnet ist, welcher in die Druckleitung 60"" der Speisepumpe 5"' eingebaut ist.
Ventile 14 ""' und 7"", von denen letzteres ein Rückschlagventil ist, sind in den Leitungen 15 ""' bezw. 6"" angeord net, und ein Kondenstopf 17' ist an das Ende der Heizschlange 16"" angeschlossen. Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn der Speisebehälter 4"' mit Wasser gefüllt ist, sind die Ventile 10"' und 12"' offen, während die andern Ventile geschlos sen sind.
Der in den Speisebehälter einstrii- mende Dampf verdrängt das darin befind liche Wasser in die erste Stufe 3" des Wärmeaustauschers, während das vorher in dieser .Stufe erhitzte Wasser in die zweite Stufe 3"' verdrängt wird, aus der das Was ser von höchster Temperatur in den Kessel 1 verdrängt wird. Die Pumpe 5" dient dabei zur Überwindung der Reibungswiderstände in den Wasserleitungen. Nachdem das Was ser aus dem Speisebehälter verdrängt ist, schliessen die Ventile 10"' und 12"', während das Ventil 14"' geöffnet wird, zum Beispiel mit Hilfe eines Kontaktmanometers.
Aus dem :Speisebehälter strömt daher Dampf in die Heizschlange 16" der zweiten Stufe des Wärmeaustauschers. Das darin befindliche Wasser, das vorher in der ersten Stufe 3" er hitzt worden ist, wird jetzt auf die ge wünschte Endtemperatur erhitzt, wobei der Dampfdruck im Speisebehälter entsprechend sinkt. Bei einem bestimmten kleineren Druck wird das Ventil 14"' geschlossen und gleichzeitig das Ventil 14"" geöffnet, so dass jetzt Dampf aus .dem Speisebehälter in die Heizschlange 16"' der ersten Stufe 3" des Wärmeaustauschers strömt.
Da diese (Stufe mit Wasser gefüllt ist, das vorher im Vor wärm-er 70 nur vorgewärmt worden ist, wird dieses Wasser jetzt auf eine mittlere Tem- p2ratur erhitzt, wobei der Druck im Speise behälter weiter sinkt. Sobald die gewünschte Temperatur dieses Wassers erreicht ist, wird das Ventil 14"" geschlossen, während gleich zeitig das Ventil 14 ""' geöffnet wird, so .dass der Rest des Abdampfes aus .dem Speise behälter in die Heizscblange 16"" des Vor wärmers 7 0 strömt.
Gleichzeitig wird das Ventil 7 "" geöffnet, so .dass der Speisebehälter 4"' -durch .die Pumpe 5"' wieder mit Wasser gefüllt wird und der ganze Rest des Ab dampfes aus dem ,Speisebehälter in die Heiz- sch.lange des Vorwärmers 70 verdrängt wird. Wenn der Speisebehälter wieder gefüllt ist; werden die Ventile 14 ""' und 7"" geschlos sen und die Ventile 10 "' und 12 "' geöffnet, so .dass dieselben Vorgänge wieder erfolgen, die eben beschrieben worden sind.
Wenn der Speisebehälter zum Beispiel Dampf von etwa 150 atm, 340 C aufgenom men hat, enthält er 95 kg Dampf mit einem Wärmeinhalt von etwa 613 Kalorien/kg. Der Druck im 'Speisebehälter möge während der Erhitzung des Wassers in der zweiten Stufe des Wärmeaustauschers auf 100 atm sinken. Dann werden sich in der Heizschlange 16" an Kondensat 40 kg ergeben, mit einem Wärmeinhalt von 330 Kalorien/kg. Dieses Kondenswasser kann als Speisewasser ver wendet weiden.
Im Speisebehälter bleiben 55 kg Dampf von 100 atm, 640 C und mit einem Wärmeinhalt von 640 Kalorien/kg, und dieser Dampf mag im Druck durch Er hitzung des Wassers in der ersten Stufe des Wärmeaustauschers auf 30 atm, 233 C herabgesetzt werden. Der Rest des Ab dampfes wird dann dazu benutzt, das Wasser im Vorwärmer 70 vorzuwärmen.
Wenn das in die erste Stufe des Wärme- austauschers eintretende Wasser eine Tem peratur von 200 C hat, kann es in dieser Stufe auf eine mittlere Temperatur von 215 C gebracht werden. In der zweiten Stufe wird die Temperatur dann auf 290 C erhöht.
Hat das in,die erste Stufe 3" eintretende Wasser eine geringere Temperatur als 200' C, so kann .der Dampfdruck in dieser Stufe auf weniger als 30 atm herabgemindert werden. Der Druck der Pumpe 5"' ist dann entsprechend kleiner.
Man kann auch die Wiederfüllung des Speisebehälters durch die Pumpe 5"' aus einem geschlossenen, mit vorgewärmtem Wassergefüllten Behälter vornehmen, an den oben eine vom Speisebehälter ausgehende, mit Absperrventil versehene Leitung ange schlossen ist, .die bei .der Füllung geöffnet wird und aus dem obern Teil des Speise behälters in den obern Teil des Hilfsbehälters Dampf übertreten lä.sst. Die Speisepumpe braucht dann, da zwischen diesem Hilfs- Behälter und dem Speisebehälter Druckaus gleich -eseha.ffen ist, nur die Leitungswider stände zu überwinden.
Man verwendet dabei vorteilhaft. zwei oder mehrere geschlossene Vorratsbehälter für das vorgewärmte Wasser und benutzt nach Entleerung des einen den darin befindlichen Dampf zur Vorwärmung des Wassers eines andern, zum Beispiel in einem L mwälzwärmeaustauscher, so dass nach beendeter Vorwärmung in dem von Wasser leeren Vorratsbehälter nur noch ein geringer Druck herrscht und eine zur Wie- derfiillung dieses Behälters mit Wasser die nende Pumpe nur gegen diesen geringen Druck zu arbeiten braucht.
In Fällen, wo der im Kessel 1 erzeugte Dampf überhitzt wird, kann der Wärme- inlialt: des zum Speisen verwendeten Teils, soweit die Überhitzungswärme in Betracht lwmmt, zur Erzeugung von ,Sattdampf im Kessel selbst verwendet werden.
Dies ist aus Fig. d ersichtlich, welche an sieh die gleiche Ausführung zeigt, wie Fig. 3, gemäss welcher aber eine Kühlschlange 71 im Kessel 1 angeordnet ist, und zwar zwischen der Heizschlange<B>16"</B> und dem Speise behälter. Durch diese Kühlschlange wird ein Teil des Wärmeinhaltes des aus dem Speise behälter ausströmenden Abdampfes dem Kesselwasser zugeführt und zur Erzeugung von ,Saudampf verwendet, bevor ,der Dampf in den Wä,rmeaustauscher 3"' gelangt.
Falls es gewünscht wird, kann der den \peisebehälter verlassende, überhitzte Dampf vor der Einführung in den Wärmeaustauscher auch zum Betrieb einer Dampfmaschine be nutzt werden. Auch kann er einem zwischen Speisebehälter und Wärmeaustauscher ange ordneten Dampfspeicher zugeführt werden und auf diese Weise kann die Erhitzung des Wassers im Wärmeaustauscher kontinuier lich vorgenommen werden.
Equipment for feeding steam boilers, especially high pressure boilers. The subject of the invention is a device for feeding steam boilers, especially high pressure boilers.
The invention has the purpose of creating a device that makes it possible to introduce the entire amount of feed water required by the boiler during operation into the same without a high pressure feed pump is required, which would have to work against the high boiler pressure.
Another purpose of the invention is to provide a device that makes it possible to use part of the high-pressure steam generated in the boiler for supplying the feed water to the boiler, in combination with a device with the aid of which Almost all of the heat that is present in the exhaust steam to be removed after the feed container has been emptied from the feed water, as can be recovered.
According to the invention, these purposes are achieved in that between the boiler and a feed pump acting at a higher than atmospheric pressure but lower than the boiler pressure, at least one feed tank acting in the manner of regenerators and at least one heat exchanger closed off from the atmosphere are installed in the feed line, which is the latter is heated by the exhaust steam of the respective feed container used,
so that the pressurized feed water in the heat exchanger before it is introduced into the boiler absorbs almost all of the exhaust heat of the high-pressure steam used for conveying, this is expanded in the feed tank under the pressure of the feed water without heat loss and this is heated to almost the boiler temperature.
The new facility can be implemented in different ways, depending on the circumstances.
Some examples are shown in the drawing. 1 shows an embodiment according to which a feed pump, a heat exchanger and a feed container are arranged in series; Fig. 2 shows another embodiment which is particularly suitable in cases in which the boiler requires large amounts of feed water;
Fig. 3 shows an example according to which the heating of the feed water takes place in stages, and Fig. 4 shows an example that is true for cases in which superheated boiler steam is used to promote the feed water.
In Fig. 1, l means a steam boiler that draws its feed water from the open container 2. Be. 5 is the feed pump. The heat exchanger 3, which is sealed off from the atmosphere, and a container 4 are installed in series in the feed line, the latter forming the actual feed container.
The pressure line 6 of the feed pump 5 is connected to the bottom of the heat exchanger 3, while at the top of the same a line 8 provided with a check valve 7 and connected to the bottom of the feed container 4 extends. In the feed container 4, an insulating cylinder 9 open at the bottom is arranged, which extends from the ceiling to approximately. Bottom of the container is enough. A line 11, which extends from the bottom of the container 4 and is provided with a valve 10, is connected to the water space of the boiler 1.
From the steam chamber of the boiler 1 is provided with a Ven valve 12 line 13, the top of the container 4, respectively. the insulating cylinder 9 located therein opens, while a top of the container 4, respectively. Line 15 with valve 14 going out from cylinder 9 leads to a heating coil 1-6, which is arranged in heat exchanger 3. The other end of the heating coil 16 leads to a Kon denstopf 17, from which the condensate in .den container 2 is discharged.
The valves 10, 12 and 14 are actuated by pressurized oil or the like, which is taken from a pressurized oil container 20 by pumps 18 and 19. The oil paths are determined by control pistons 21 and 22, which in turn are controlled by floats 23. The floats 23 are slidable on the control piston rods 24, which are provided with stops 25 and 26 at the top and bottom, so that the control pistons 21, 22 can be moved up and down in the cylinders 27 and 28, their weight being controlled by springs 29 is balanced.
The valve bodies 30, of which only that of the valve 12 is visible, are rigidly connected to pistons 34 displaceable in cylinders 35 and are under the influence of springs 31, by means of which the valves are usually kept closed. Oil lines 36, 36 'open below the piston 34, of which: the former is connected to the cylinder 27 and can be connected to the pressure line 37 of the oil pump 18 as well as to a secondary line of the drain line 38 by means of the control piston 21.
The oil line 36 ′ is connected to the cylinder 28 and can be connected by the control piston 22 either to the pressure line 40 of the oil pump 19 or to the drain line 41.
In the position of SeUwimmers 2-3 shown, control pistons 21 and 2, 2 are in the low position. As a result, the pressure line 37 of the oil pump 18 is blocked, while the space under the piston 34 of the valves 10 and 12 via the lines 36, the line 39 and the space above the piston 21 of the cylinder 27 with the discharge line 38 in connection stands. The oil under the piston. 34 is therefore displaced by the springs 31, and the valves 10 and 12 are closed.
On the other hand, the pressure oil path through the cylinder 28 in the illustrated position of the piston 22 is helped open, while the drain line 41 is closed. The piston 34 of the valve 14 is therefore under the influence of the pressure oil delivered by the pump 19, and the valve 14 is kept open.
During the downward movement of the floats 23, the insulating cylinder 9 of the feed container has filled with steam, as will be apparent from the following explanations. This steam flows through the open valve 14 to the heating coil 16 of the heat exchanger 3, which is with. Water is filled and is under the pressure of the pump 5. This pressure is higher than atmospheric pressure, but wesent Lich lower than the pressure in boiler 1.
By means of the heating coil in the heat exchanger 3, the water located in this is heated to a high level, so that the vapor pressure in the cylinder 9 gradually decreases. As soon as it becomes so low that the pressure of the pump 5 predominates, the check valve 7 of the line B opens. As a result, the water heated to a high level in the heat exchanger 3 is displaced by the colder water introduced from below by the pump, so that the Cylinder 9 of the feeding apparatus is filled with this highly heated water.
The floats 23 rise, and as soon as they reach the stops 26 of the piston rods 24, the pistons 21 and 22 are pushed ver. As a result, the flow paths of the pressure oil change, so that the valves 10 and 12 are opened while the valve 14 closes. Steam then flows from the boiler 1 into the cylinder 9 of the feed container 4, and the hot water contained in this is displaced after the boiler.
At the same time, the return valve 7 is closed under the influence of the high pressure of the boiler steam flowing into the feed container. The floats 23, which go down again, finally hit the stops 25 of the piston rods 24 and cause the pistons 21 and 22 to move backwards. The valves 10, 12 and 14 are thus reversed again and the processes just described begin new.
In this way, most of the heat contained in the exhaust steam from the feed container 4, 9 is recovered in the heat exchanger 3 which is closed against the atmosphere.
For example, if the boiler steam has a pressure of 40 atm and the pressure of the pump 5 is only 2 atm, the feed water in the heat exchanger 3 can be heated to 115 ° C.
The insulating cylinder 9 protects the walls of the feed container 4 against the influence of the temperature changes caused by the alternating fillings of the feed container with steam and water.
If desired, the heat exchanger can also be arranged in the line leading from the feed tank to the boiler.
For example, in cases where the boiler requires large amounts of feed water, it is advantageous to arrange two feed tanks that are operated alternately.
An example of this embodiment is shown in FIG. 2.
At the bottom of two food containers 4 'and 4 ", which are designed in the same way as the prescribed one, the branch lines 6' and 6" of a common! Feed pump 5 'connected, the check valves 7' and T 'being arranged in lines 6' and 6 ".
Steam lines 13 'and 13 ", which are provided with the valves 12' and 12", are at one end to the boiler 1 and with .dem other end at the top of the feed container 4 'respectively. 4 "connected lines 11 'and 11", which extend from the bottom of the food containers and with valves 10' and. 10 "are provided, lead to a common heat exchanger 3 ', while lines 15' and 15", which go out from the top of the feed containers and with valves 14 'respectively. 14 "are provided to a common,
in the heat exchanger 3 'arranged heating coil 16' are connected. The valves 10 ', 10 ", 12', 12", 14 'and 14 "are controlled by pressure oil which is taken from a () 1 container 44 by pumps 42 and 43 and an oil container 47 by pumps 45 and 46, respectively .
The oil paths are determined by valves, which, as will be explained below, are partly controlled by floats and partly by steam pressure, with only one float assigned to each of the feed containers. So leads, the pressure line 48 of the oil pump 42 via a valve 49, which is held open by the float 23 'in its lowest position, to the cylinder 35 of the valve 14' belonging, not he visible piston, which is arranged in the same way such as piston 34 of valve 12 in FIG. 1.
A drain line 50 leads from the cylinder 35 to the oil tank 44 via a valve 51, which is kept closed by the float 23 'in its low position. In addition, the .Swim mer 23 'controls a valve 52, which is installed in the drain line 53 of a cylinder 35, which holds the control piston of the valve 10' ent, the arrangement being such that the valve 52 is in the lowest position of the float 23 'is kept open.
The drain line 54 of a cylinder 35 belonging to the valve 12 'is connected to the drain line 53. The pressure line 55 of the oil pump 45 also leads to the cylinders 35 of the valves 10 'and 12' via a valve 56, 57, which is designed as a diaphragm valve, like the diaphragm valve 59, 60 of the pressure line 58 of the oil pump 43. The diaphragm of the valve 56 , 57 can be influenced by the pressure of the steam which temporarily fills the feed container 4 ″.
In the same way, the pressure line 58 of the oil pump 43 leads via the diaphragm valve 59, 60 to the cylinders 35 of the valves 10 ″ and 12 ″, while the drain lines 61, 62 of these cylinders lead to the oil container 47 via a valve 63. The latter is controlled by the float 23 "of the food container 4" and kept open in its lowest position.
The float 23 ″ also serves to control the valves 64, 65, of which the first is arranged in the pressure line 66 of the oil pump 46, which leads to the cylinder 35 of the valve 14 ″, while the valve 65 is in the drain line 67 of this cylinder is located.
When, as shown, the swimmer 23 'occupies its lowest position, the insulating cylinder 9' of the feed container 4 'is filled with steam. The valves 49 and 52 are open, while the valve 51 is closed ge. The pressure oil under the pistons belonging to the valves 10 'and 12' escapes through the lines 53 and 54, so that these valves are kept closed under the influence of springs. (Compare FIG. 1, spring 3.1 of the piston 34 belonging to the valve 12.) The pressure line 48 of the oil pump 42, on the other hand, which leads to the cylinder 35 of the valve 14 ', is open and the drain line 50 is kept closed by the valve 51 .
Since the valve 141 is open, steam flows from the feed container 4 'through the line 15' into the heating coil 16 'of the heat exchanger 3'. The resulting condensate in this heating coil is separated by a not dargestell th condensate trap. The heat exchanger 3 'is filled with water that has previously been displaced from the feed container 4', and this water is now heated up by the heat of the exhaust steam flowing from the feed container 4 'through the heating coil 16'.
As a result, the vapor pressure in the feed container 4 'drops, and as soon as the temperature of the water in the heat exchanger 3' has reached a desired level, the membrane valve 59, 60, the membrane 60 of which opens via the line 68 under the influence of the vapor pressure is held in the feed container 4 '. The oil delivered by the pump 43 flows through the line 58 and through the open valve 59 into the cylinders 35 of the valves 10 "and 12", which belong to the feed container 4 ". This feed container is filled with water, so that the float 23 "is in the highest position. The valves 63 and 64 are closed while the valve 65 is open.
The drain lines 61 and 62 emanating from the cylinders 35 of the valves 10 "and 12" are therefore closed, and the valves 10 ", 12" are kept open by the oil delivered by the pump 43. From the boiler 1, steam therefore flows into the feed container 4 ", and the water contained therein is displaced through the line 11" into the heat exchanger 3 ', from which the hot water, which has previously been heated by the exhaust steam of the Speisebehäl age 4', is displaced into the boiler. At the same time the check valve 7 'of the branch line 6' opens, and the feed container 4 'is filled with water by the pump 5'.
During this time, the diaphragm valve 50y 57, which is held in the feed container 4 ″ via the line 69 under the influence of the steam, is closed so that the oil delivered by the pump 45 does not reach the cylinders 35 of the valves 10 ′ and 12 'and these are closed. While the feed container 4' is being filled with water, the float 23 'rises, and when moving to the highest position, the oil valves 49, 52 are closed, while the oil valve 51 of the drainage line 50 is opened The 01 escapes from the cylinder 35 belonging to the valve 14 ', and this valve is closed.
In contrast to this, the float 23 "of the feed container 4" opens the valve 63, 6-1 during the transition to the lowest position, while the oil valve 65 is closed, so that the same processes are brought about with respect to the feed container 4 " have previously been brought about by the swimmer 23 'with respect to the feed container 4'.
If then, as a result of the heating de-; Water in the heat exchanger 3 ', the vapor pressure in the feed tank 4 "has fallen below the pressure of the pump 5'. When the desired temperature of the feed water is reached, the diaphragm valve 56, 57 opens, and that through the pump 45 Pumped pressure oil passing through this valve opens the valves 10 ', 12' belonging to the feed container 4 '.
The water in this feed container is now displaced into the heat exchanger 3 ', from which the hot water is displaced into the boiler 1. In this way, the feed containers 4 'and 4 "are operated alternately during the entire boiler operation. The exhaust steam from the feed container can also be used to heat the feed water in stages in a two-stage or multi-stage heat exchanger.
An exemplary embodiment of this type is shown in FIG. 3, the means for controlling the valves arranged in the steam and water pipes being omitted, since the same control means can be used as described above, or others known means, such as contact pressure gauges or the like.
According to Fig. 3, the heat exchanger closed against the atmosphere has two stages 3 "and 3, which are arranged in series in the pressure line 6" of a pump 5 ". The suction line 11" 'of the The pump is connected at the bottom to the feed container 4 "'. A valve 10"' is provided in the suction line 11 "', while a check valve 7"' is arranged in the pressure line 6 "'between the pump 5" and the first stage of the heat exchanger is. At the top, the feed container can be connected to the steam chamber of the boiler through the steam line 13 "'provided with valve 12".
Another steam line -15 "'with valve 14"' leads from the top of the feed container 4 "'to a heating coil 16", which is arranged in the second stage 3 "' of the heat exchanger and with: the other end to a not shown A heating coil 16 "', which is arranged in the first stage 3" of the heat exchanger, is connected at one end through the line 15 "" to the top of the feed container 4 "' and at the other end to a condensate trap, not shown.
In: the line 15 "" a valve 14 "" is provided. Finally, a steam line 15 ″ ″ leads from the top of the feed container to a heating coil 16 ″ ″ which is arranged in a preheater 70 which is built into the pressure line 60 ″ ″ of the feed pump 5 ″ ′.
Valves 14 "" 'and 7 "", of which the latter is a check valve, are respectively in lines 15 ""'. 6 "" angeord net, and a condensation pot 17 'is connected to the end of the heating coil 16 "". The mode of operation is as follows: When the feed container 4 "'is filled with water, the valves 10"' and 12 "'are open, while the other valves are closed.
The steam flowing into the feed tank displaces the water in it into the first stage 3 "of the heat exchanger, while the water previously heated in this .Stufe is displaced into the second stage 3" ', from which the water at the highest temperature is displaced into boiler 1. The pump 5 "serves to overcome the frictional resistance in the water pipes. After the water has been displaced from the feed tank, the valves 10" 'and 12 "' close while the valve 14" 'is opened, for example with the aid of a contact manometer .
From the: feed tank, steam therefore flows into the heating coil 16 "of the second stage of the heat exchanger. The water in it, which was previously heated in the first stage 3", is now heated to the desired end temperature, with the steam pressure in the feed tank decreases accordingly. At a certain lower pressure, the valve 14 "" is closed and at the same time the valve 14 "" is opened, so that steam now flows from the feed container into the heating coil 16 "'of the first stage 3" of the heat exchanger.
Since this (stage is filled with water that was previously only preheated in the preheater 70, this water is now heated to a medium temperature, whereby the pressure in the feed container drops further. As soon as the desired temperature of this water is reached is, the valve 14 "" is closed, while at the same time the valve 14 "" 'is opened, so .that the rest of the exhaust steam from .dem feed container in the Heizscblange 16 "" of the preheater 7 0 flows.
At the same time, the valve 7 "" is opened so that the feed container 4 "" is refilled with water by the pump 5 "'and all of the remainder of the waste steam from the feed container is fed into the heating coil of the preheater 70 is displaced. When the food container is filled again; the valves 14 ″ ″ ″ and 7 ″ ″ are closed and the valves 10 ″ ″ and 12 ″ ″ opened, so that the same processes take place again that have just been described.
For example, if the feed container has absorbed steam of about 150 atm, 340 C, it will contain 95 kg of steam with a heat content of about 613 calories / kg. Let the pressure in the feed vessel drop to 100 atm while the water is being heated in the second stage of the heat exchanger. Then 40 kg of condensate will result in the heating coil 16 ″, with a heat content of 330 calories / kg. This condensed water can be used as feed water.
55 kg of steam at 100 atm, 640 C and with a heat content of 640 calories / kg remain in the feed tank, and the pressure of this steam may be reduced to 30 atm, 233 C by heating the water in the first stage of the heat exchanger. The rest of the steam is then used to preheat the water in the preheater 70.
If the water entering the first stage of the heat exchanger has a temperature of 200 C, it can be brought to an average temperature of 215 C in this stage. The temperature is then increased to 290 ° C. in the second stage.
If the water entering "the first stage 3" has a lower temperature than 200 ° C., the vapor pressure in this stage can be reduced to less than 30 atm. The pressure of the pump 5 "'is then correspondingly lower.
You can also refill the feed container by the pump 5 "'from a closed container filled with preheated water, to which a line from the feed container provided with a shut-off valve is connected at the top, which is opened during the filling and from which The upper part of the feed container lets steam pass into the upper part of the auxiliary container. The feed pump then only needs to overcome the line resistance, since there is pressure equalization between this auxiliary container and the feed container.
It is used advantageously. two or more closed storage tanks for the preheated water and, after emptying one, uses the steam contained therein to preheat the water of another, for example in a circulating heat exchanger, so that after preheating is complete, there is only a low pressure in the storage tank empty of water and one of the pumps needed to refill this container with water only needs to work against this low pressure.
In cases where the steam generated in the boiler 1 is overheated, the heat inlialt of the part used for dining, as long as the overheating heat is taken into account, can be used to generate saturated steam in the boiler itself.
This can be seen from FIG. D, which shows the same design as FIG. 3, but according to which a cooling coil 71 is arranged in the boiler 1, namely between the heating coil 16 "and the food Through this cooling coil, part of the heat content of the exhaust steam flowing out of the feed container is fed to the boiler water and used to generate "steam" before the steam reaches the heat exchanger 3 "".
If so desired, the superheated steam leaving the storage tank can also be used to operate a steam engine before it is introduced into the heat exchanger. It can also be fed to a steam accumulator arranged between the feed tank and the heat exchanger, and in this way the water in the heat exchanger can be heated continuously.