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Verfahren zum Betriebe einer Kesselanlage mit Speiseraumspeicher.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betriebe einer Dampfkesselanlage
mit Speiseraumspeicher. An sich ist die Wärmespeicherung in der Dampfwirtschaft
mittels Speiseraumspeicher bereits bekannt geworden. Die Wärmespeicherung hat bekanntlich
ganz allgemein die Aufgabe, den Betrieb der normalen Kesselanlage unabhängig von
der wechselnden Dampfentnahme zu machen, um auf diese Weise den Betrieb vollkommen
gleichmäßig aufrechtzuerhalten. Bei dem bisherigen Betriebe einer Kesselanlage mit
Speiseraumspeicher hat man so verfahren, daß während der Periode großen Dampfverbrauchs,
wenn also mehr Dampf als normal entnommen wird, die Wasserspeisung für die gesamte
Kesselanlage unterbrochen und die gesamte Kesselanlage aus dem im Speicher auf Sättigungstemperatur
aufbereiteten Wasser in sämtliche Kessel verspeist wird. Da das normale Speisewasser
bei regelrechtem Betriebe durch die Vorwärmer zugeführt wird, so ist. es als übelstand
zu bezeichnen, wenn die normale Speisung überhaupt unterbrochen wird. Diesen Nachteil
beseitigt diese Erfindung. Sie besteht darin, einen Speiseraumspeicher vorzusehen,
der nur mit einem geringen Teil der zur normalen Kesselanlage gehörigen Kessel bzw.
mit einem einzigen Kesselblock der normalen Kesselanlage in Verbindung steht, wobei
die Verbindung des Speiseraumspeichers mit dem einen Kesselblock der Kessielanlage
so geregelt wird, daß der besagte Kesselblock mit den anderen Kesselblöcken bzw.
Kesselbatterien auf die gemeinsamen Dampfsammler stets parallel arbeitet. Die Kessel
dieses Blockes erhalten während der mittleren Belastungsperiode genau wie alle anderen
Kessel der Kesselanlage ihr Wasser mittels automatischer Speiseregler von ihrem
zugehörigen Vorwärmer. Dabei wird das Wasser des letzten Kesselblockes, also der
letzten vier Kessel, d. h. eines geringen Teiles der gesamten Kesselanlage, mittels
einer Pumpe in den Speiseraumspeicher und von dort in den angeschlossenen Kesselblock
im Kreislauf getrieben, so daß das in dem Speiseraum- . speicher vorhandene Wasser
dieselbe Sättigungstemperatur und damit auch denselben Wärmeinhalt bekommt, wie
das in dem Kesselraum befindliche. In der einen Rohrleitung, die die Verbindung
zwischen dem Speiseraumspeicher und dem letzten Kesselblock herstellt, ist ein.
Wechselventil eingeschaltet, welches elektrisch abhängig von dem durch die höhere
Belastung des Netzes hervorgerufenen höheren Stromdurchgang oder abhängig von der
schwankenden Dampfspannung bewegt wird. Die Stellung dieses Wechselventils ist während
der mittleren Belastungsperiode so, daß das Wasser in den Kesseln und dem Speicher
andauernd zirkulieren kann. Setzt aber nun die Hochbelastungsp,eriode ein, so wird
das Wechselventil so beeinflußt, daß es in diesem Moment das Wasser von den Kesseln
nach dem Speicher allmählich absperrt, während es den Zutritt des Speisewassers
von dem Vorwärmer nach dem Speicher in gleichem Verhältnis eröffnet, wodurch die
Speisung der an den Speicher angeschlossenen vier Kessel nicht mehr direkt durch
die automatischen Speiseregler erfolgt, sondern indirekt durch den Speiseraumspeicher
vermittels des Wechselventils. Zur Verhütung einer Überspeisung durch das
Wechselventil
ist ein im Speicher befindlicher Schwimmer in elektrischer Verbindung mit einem
besonderen Absperrventil in diese Leitung eingebaut. Statt eines elektrisch gesteuerten
Wechselventils können auch zwei Ventile verwandt werden, wie auf der Zeichnung angedeutet
ist, wobei das eine in die Umwälzleitung und. das andere in die Speisewasserleitung,
die von dem Vorwärmer kommt, eingebaut wird. Die Umwälzpumpe bekommt dann bei der
Hochbelastungsperiode ihr _i'asser von dem Vorwärmer durch das zweite Ventil, welches
ebenfalls in Abhängigkeit von der Stromstärke bzw. Dampfspannung reguliert wird,
derart, daß es in dem ':Maße, wie das ersterwähnte Ventil in der Un:-wälzleitung
schließt, seinerseits öffnet.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Mit i sind die verschiedenen Kesselblocks bezeichnet, die, wie im
Ausführungsbeispiel gezeigt, normalerweise aus je vier Einzelkesseln 2 gebildet
werden: Im übrigen ist die Zahl der zu einem Block vereinigten Kessel ganz beliebig,
üblich sind bisher Blocks in den Grenzen von einem bis vier Kesseln. Jeder Kessel
aller Kesselblocks ist mit einem Wasserspeiserohr 3 ausgerüstet, welches an die
gemeinsame Kesselspeiseleitung 4. angeschlossen ist. Wie bereits vorher erwähnt,
erfolgt die Speisung eines jeden Kessels von seinem zugehörigen Vorwärmer mittels
Hannemann- oder sonstigen selbsttätigen Reglers aus. Von dem Dampfdom eines jeden
Kessels führt eine Dampfleitung 5 zu dem gemeinsamen Dampfsammelrohr 6. Die als
Kessel ausgebildeten Speiseraumspeicher sind ohne Feuerungen und mit 7 bezeichnet,
und diese Speiseraumspeicherkessel sind durch Rohrleitungen mit einem zweckmäßignächstliegenden
Block der Kesselanlage verbunden. Von jedem Kessel des Speis-eraumspeichers führt
ein Anschluß an eine gemeinsame Leitung 8 zu jedem Kessel des angeschlossenen Kesselblockes
und von diesem iviederumeine Leitung 9 zu jedem Kessel des Speiseraumspeichers.
In die untere Leitung ist eine elektrisch angetriebene Umwälzpumpe io eingeschaltet.
Ferner ist an die Leitung g eine Leitung i i angeschlossen, die unmittelbar von
der gemeinsamen Speiseleitung der Kessel kommt. In diese Leitung ist ein Absperrventil
oder Schieber 12 eingebaut, der durch eine elektrische Vorrichtung 13 bewegt wird,
die abhängig ist von dem Stand des Wassers in dem Kessel des Speiseraumspeichers
und bewegt wird durch einen Schwimmer i -i. In der Leitung i i und der Leitung 9,
also in der Speiseleitung und der Umwälzleitung, sind zwei Ventile bzw. Absperrschieber
15, 16 eingebaut, die durch einen Elektromotor 17 bewegt werden, der von einer Schaltvorrichtung
i 8 abhängt, die ihrerseits durch eine Einrichtung i9 bewegt wird und von der Dampfspannung
in der Dampfsammelleitung abhängig ist. Mit 2o sind sogenannte Gentrup-Schieber
bezeichnet, die ebenfalls abhängig von der Dampfspannung in der Dampfsammelleitung
sind und dementsprechend bewegt werden.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist kurz folgende Beim normalen
Betriebe werden sämtliche Kessel :z der Kesselanlage durch die Speiseleitung 3 mittels
Hannemann- oder eines anderen selbsttätigen Reglers von den Vorwärmern regelmäßig
gespeist, dabei wird durch die Umwälzpumpe io unter Vermittlung der Rohrleitungen
8, 9 das Wasser aus den Kesseln 7 des Speiseraumspeichters in die angeschlossenen
Kessel e des einen Blockes hinübergedrückt und von diesem in Kreislauf umgewälzt.
Das Ventil
16 ist dabei geöffnet, das Ventil 15 geschlossen. Sobald die Periode
der hohen Belastung eintritt, wird durch die Vorrichtung i g, 18 der Elektromotor
17 in Tätigkeit gesetzt, und während er das Ventil 16 schließt, öffnet er gleichzeitig
das Ventil 15. Jetzt drückt die Umwälzpumpe i o durch das Rohr 9 Speisewasser in
den unteren Teil der Speiseraumspeicher 7, welches direkt von der gemeinsamen Speiseleitung
1 herkommt. Gleichzeitig fließt von den oberen Anschlüssen der Speiseraumspeicher
7 in normaler Weise das heiße '\@"asser der Kessel ? in die Kessel e des angeschlossenen
Blockes hinüber. Die Größe der Kessel ? bzw. des Speiseraumspeichers ist dabei so
gewählt, daß das heiße Wasser der Kessel ? für die Speisung der Kessel 2 des angeschlossenen
Blockes für die Zeit der hohen Belastungsperiode ausreicht, so daß das frische Speisewasser
nicht aus den Kesseln 7 in die Kessel 2 hinübergelangen kann. Normalerweise wird
der Speicher etwa 5o Prozent größer gemacht, als für eine Stunde Belastungsperiode
erforderlich wäre. Während dieses Vorganges ist die Speisung für die Kessel 2 des
angeschlossenen Blockes von der Speiseleitung aus unterbrochen, während alle anderen
Kessel in normaler Weise weitergespeist werden. Sobald die Periode der hohen - Belastung
zu Ende ist, wird durch die Vorrichtungen 18, 19 die Schaltung so bewirkt, daß jetzt
das Ventil 15 geschlossen und das Ventil 16 gleichzeitig wieder geöffnet wird; worauf
dann der norrrale Umlauf zwischen den Speicherkesseln 7 und den angeschlossenen
Kesseln 2 wiederhergestellt -wird und die Kessel 2 dieses Blockes ebenfalls weder
in normaler Weise von der gemeinsamen Speiseleitung gespeist
werden.
Die Vorteile, die hierdurch erzielt werden, sollen an der Hand eines Beispieles
rechnerisch verfolgt werden. Es sei angenommen, daß zur Dampferzeugung folgende
Kessel zur Verfügung stehen
| 4 Steilrohrkessel . . je 5oo qm - 2 ooo qm (5 Blocks) |
| 2o Flammrohrkessel - 150 - -- 3000
- |
| 5 ooo qm |
oder 3 Steilrohrkessel und 6 Block Flammrohrkessel. Zur konstanten Dampferzeugung
sollen hiervon dienen die vier Steilrohrkessel und vier Blocks der Flammrohrkessel,
während der fünfte Block in Verbindung mit einem Speiseraumspeicher den durch die
Belastungsschwankungen der Zentrale erforderlichen Mehrdampf erzeuzen soll.
A
| - L @r@@@rvrir@, |
| i. Mittlere $t@a-s |
Belastung: etwa 20 00o kW.
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Betriebsdruck der Kesselanlage: 14Atm. ü. Die Speisung der Kessel
erfolgt aus den Vorwärmern mittels Hannemann-Reglers bei einer Temperatur des Kesselspeisewassers
von etwa i 2o° C. Die Kesselfeuerungen müssen demnach leisten: Dampf von 1,l Atm.
ü. hat rund 67o W. E. und rund 20o W. E. im Wasser. Wasser von i 2o° C hat rund
i 21 W.E., folglich 670--120= 55o W. E. pro Kilogramm Dampf. 2ooookW. pro Stunde
zu erzeugen, erfordern demnach bei rund 6,5 kg Dampfverbrauch pro kWh.
130 000 kg Dampf mit einem Wärmeinhalt von 71 500
000 W. E. Zur Erzeugung
dieser 13 ooo kg Dampf sind folgende Kessel erforderlich:
| 4 Steilrohrkessel je 5oo qm Heizfläche - 2 ooo qm und 25 kg/qm
- 50 000 kg |
| 16 Flammrohrkessel - =5o - - - 2 400 - - 20 - = 6o 6oo - |
| 4 - - 1 50 - - = 6oo - - 17 - -_ Io 200 - |
| - =2o 8oo kg, |
| rund =3o ooo kg. |
II. Hochbelastungsperiode. Belastung etwa 22 5oo kW . Gesamtleistung eine Stunde,
also Mehrleistung während einer Stunde 25ookW. Mehrbedarf an Dampf: 25oo # 6,5 =
rund 16 ooo kg. Diese 16 ooo kg sollen in dem einen Block mit vier Kesseln, welche
während der mittleren Betriebsperiode nur mit 16 kg/qm belastet sind, erzeugt werden,
und zwar unter Zuhilfenahme des aufgespeicherten Wassers mit Zoo W. E. Diese müssen
demnach maximal leisten:
| x. Wie vorher ....... 9 Zoo kg |
| 2. 2 5oo kW. 6,5 kg... 16000 - |
| während einer Stunde: 25 Zoo kg Dampf. |
Obwohl die Verdampfung von jetzt ab mit Wasser von Zoo W. E. gegenüber 121 vorher
erfolgt, müssen die Feuer trotzdem, um den Mehrdampf von 16 ooo kg zu erzeugen,
entsprechendmehr herangezogenwerden. Diehierfür erforderliche Regulierung der vier
Feuer erfolgt ebenfalls elektrisch, abhängig von dem Mehrstrom des Netzes oder dem
Sinken der Spannung im Dampfsammler. Angenommen, die vier Feuer leisten während
der mittleren Belastungsperiode 16 kg; qm, dann erzeugen sie i6 . 6oo . 55o= 5 28o
ooo W. E.
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Setzt die Hochbelastungsperiode ein, so können sie jetzt mehr leisten,
ohne verändert zu werden, da Wasser von 2oo° aus dem Speicher kommt. 5 28o ooo -
(r6 # 6oo # 470 = 4 500 000) --_ 78o ooo W. E. mehr. Erforderlich sind, da eine
kWh. 430o Cal. erfordert, insgesamt 4 300 # 2 500 =- 1o 75o 00o Cal. Demnach müssen
- die Feuer mehr erzeugen: 10 750 000 - (5 28o ooo + 780 00o) - 4
69o ooo oder pro Quadratmeter
d. i. insgesamt 16+ 11,6=27,6 kg Dampf pro Quadratmeter Heizfläche.
Wie vorher ausgeführt, soll gemäß der Erfindung der Speiseraumspeicher nur mit einem
verhältnismäßig geringen Teil der gesamten Kesselanlage in Verbindung stehen bzw.
an diesen angeschlossen sein. Wie groß der Teil der Kesselanlage gewählt wird, hängt
von den jeweiligen Umständen ab. Die Größe des Speichers und des an diesen angeschlossenen
Teiles der Kesselanlage stehen in Wechselbeziehungen. Je größer der angeschlossene
Teil der Kesselanlage ist, um so größer muß auch der Speiseraumspeicher gemacht
werden und um so weniger werden die Feuer dieses angeschlossenen Teiles während
der Hochbela.stungsperiode beansprucht. Dadurch soll erreicht werden, daß alle Feuer
des nicht angeschlossenen Teiles der Kesselanlage ganz unabhängig von den angeschlossenen
Kesseln bei schwankender Belastung völlig konstant gehalten werden können, wobei
auch die Kesselspeisung des nicht angeschlossenen Teiles völlig. unverändert in
der normalen Weise erfolgt, während die Speisung des angeschlossenen Teiles zu Zeiten
der Hochbelastungsperiode nicht in die Kessel, sondern durch den Speicher erfolgt,
so daß die Speisung als solche ebenfalls nicht unterbrochen wird wie bei anderen
Verfahren. 111. Größe des Speichers. Beim Umschalten des Wechselventils bei j höherer
Belastung wird dem Speicher von jetzt ab Wasser mit einem Wärmeinhalt von 121 W.
E. .zugeführt. Jetzt muß der Rauminhalt des Speichers so groß sein, daß dieses kältere
Wasser vor Beendigung der Hochbelastungsperiode die Kessel durch die Wälzpumpe noch
nicht erreicht. Es müssen 250o kW. mehr geleistet werden. Um i kWh. zu erzeugen,
braucht man rund 5000 W. E. j (genau ¢300). Wird jetzt hierfür das Speicherwasser
benutzt, brauchen die Feuer zur Verdampfung von i kg Wasser,statt 55o W. E. nur
rund 670 - 200 = 470 W. E. pro Kilogramm Dampf zu leisten, entsprechend rund
8o W. E. weniger. Diese 8o W. E. können demnach zur Verdampfung herangezogen werden.
Das Äquivalent für i kWh. an Wärmeeinheiten des Speicherwassers ist demnach: j 5000
: 8o = 62,5 kg Speicherwasser.
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Für 25oo kWh. wird eine Wassermenge von 2500.62,5 =rund 155 cbm Wasser
im Spei-(-her erforderlich.
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Beim Wechsel in der Zuführung von dem mit Sättigungstemperatur (2oo°)
vorhandenen Wasser in solches von kälterem Speisewasser (i 2o°) entsteht in dem
Speicher eine scharfe Grenze, welche sich im Laufe des Auftriebes zu einer breiteren
Übergangszone entwickelt, die durch eine gewisse Abkühlung des heißen ZVassers durch
das kältere hervorgerufen wird. Um dieses durch die Übergangszone hervorgerufene
Defizit an heißem Wasser (200°) zu berücksichtigen, muß der Speicher diesem Defizit
entsprechend einen größeren Rauminhalt bekommen. In vorliegendem Falle muß der Speicher
etwa 25 bis 5o Prozent größer gebaut werden als für die im obigen Beispiel errechnete
Menge von 15 5 cbm.