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Schutzvorrichtung für Rauchgasspeisewasservorwärmer Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Vermeidung eines infolge Dampf- bzw. Gasbildung oder
Undichtigkeiten eingetretenen Wassermangels in Rauchgasvorwärmern, bei denen die
Speisung durch ein vor dem Rauchgasvorwärmer angeordnetes Kesselspeiseventil oder
einen selbsttätig bewegten Kesselspeiseregler o. dgl. unterbrochen werden kann.
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Die Erfindung bezieht sich daher auf eine Schutzvorrichtung für Rauchgasvorwärmer,
bei der ein an sich bekannter, zwischen Dampfkessel.und Vorwärmer in die Speiseleitung
eingeschalteter Entdämpfer mit einem Schwimmerregler versehen ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Schwimmer in Abhängigkeit vom
Wasserspiegel im Schwimmerbehälter die Dampfableitung vom Rauchgasvorwärmer zum
Kessel und die Wasserzufuhr zum Rauchgasvorwärmer selbsttätig regelt.
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Die Schwimmereinrichtung besteht aus zwei durch einen zweiarmigen
Hebel verbundenen Verdrängungsschwimmern verschiedenen Rauminhalts und spezifischen
Gewichtes, so daß beide Schwimmkörper bei tiefstem Wasserstand gleichzeitig aus
der Flüssigkeit heraustreten und bei höchstem Wasserstand von ihr überflutet werden.
Um jede Vorbelastung des Verdrängungsschwimmerpaares selbst bei Druckschwankungen
zu vermeiden, ist der Kolben durch Herstellung einer Verbindung zwischen Kolbenstirnfläche
und Entdämpfer auch in der Längsrichtung entlastet.
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Bei einer Verschiebung des Kolbens werden die in dem Zweifachregelglied
angeordneten, voneinander getrennten Durchlässe derart zueinander eingestellt, daß
durch einen Weg die Verbindung zwischen dem Dampfraum des Schwimmerbehälters und
dem das Dampferzeugers hergestellt und durch den anderen Weg dem Vorwärmer Wasser
zugeführt wird.
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Durch die vorstehend beschriebene Schutzvorrichtung wird bei einem
Wasserverlust im Rauchgasvorwärmer z. B. infolge Verdampfung o. dgl.. ein Nachfüllen
des Vorwärmers so frühzeitig bewirkt, daß die Wasserverbindung zwischen Kesselwasser
und dem Wasser im Vorwärmer nicht unterbrochen wird. Durch die unmittelbare Verbindung
des Kesseldampfraumes mit. dem Dampfraum der Vorwärmerschutzvorrichtung und dadurch
auch mit dem Rauchgasvorwärmer findet zwischen diesem ein Druckausgleich statt,
so daß eine teilweise Verdampfung seines Wasserinhaltes ,selbst bei auftretenden
Undichtigkeiten infolge Entspannung nicht eintreten kann.
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Es ist bekannt, die Vorwärmer vor plötzlichen Pumpenstößen und Wasserschlägen
dadurch zu schützen, daß die Speiseventile oder selbsttätige Regler vor dem Vorwärmer
angeordnet werden. Beim Schließen des Speiseventils
bleibt jedoch
das Wasser im Speisewasservorwärmer stehen, während die Rauchgase den Vorwärmer
weiter beheizen und je nach Dauer der Unterbrechung und der im Vorwärmer bereits
herrschenden Flüssigkeitstemperatur das Wasser im Vorwärmer zur Verdampfung bringen.
Es entsteht alsdann zwischen dem Wasser im Kessel und im Vorwärmer ein Dampf- bzw.
Gaspolster. Bei dem nachfolgenden plötzlichen Wiederbeginn der Kesselspeisung strömt
das Speisewasser mit erhöhter Geschwindigkeit durch den Vorwärmer, schiebt den gebildeten
Dampf vor sich her in den Dampfkessel und verursacht die bekannten Wasserschläge,
welche zu den obenerwähnten Betriebsstörungen, wenn nicht gar zur Zerstörung des
Vorwärmers mit gleichzeitiger Explosion desselben führen. Ein Wassermangel im Vorwärmer
oder das obenerwähnte Polster kann auch infolge Gasabscheidungen, Undichtigkeiten
o. dgl. entstehen, welche dieselben zerstörenden Wirkungen auslösen. Die nachteiligen
Folgen dieser Gas- bzw. Dampfansammlungen bzw. Wasserverluste in Vorwärmern hat
man bisher dadurch zu beseitigen versucht, daß ein am Vorwärmer und Dampfkessel
angeschlossener, unter gleichem Druck stehender und in seiner Höhenlage durch Federn,
Gewichte ausgeglichener Wasserbehälter mit einem Ventil der Umgehungsleitung derart
gekuppelt ist, daß die bei Dampfbildung oder Undichtigkeiten eintretende W asserspiegelsenkung
eine Gewichtsveränderung des Wasserbehälters hervoruft, die ein Schließen oder Öffnen
des Umgehungsventils bewirkt.
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Die Nachteile derartiger Einrichtungen bestehen in ihrer absatzweisen
Arbeitsweise, die einerseits dadurch bedingt ist, daß zur Betätigung des Umgehungsventils
entweder der Behälter oder sein Gegengewicht schwerer sein muß und der jeweils überwiegende
Teil bei kleinster Gewichtsveränderung die A4bsicht hat, das Ventil entweder vollständig
zu öffnen bzw. zu schließen, andererseits wird der Wasserspiegel im Behälter infolge
Leitungswiderstände und kleinerer Druckunterschiede dem Wasserspiegel im Rauchgasvorwärmer
ständig voraus- oder nacheilen. Dasselbe stellt sich auch dadurch ein, daß durch
den Anschluß federnder Rohrbogen zusätzliche Kräfte ausgelöst werden, deren Größen
meist unbestimmbar sind und durch die wechselnden Betriebsverhältnisse sehr unterschiedlich
sein können.
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Die vorliegende Erfindung ist für alle Vorwärmerbauarten, insbesondere
für die zur Zeit immer mehr zur Verwendung kommenden Rippenrohrvorwänner geeignet,
bei denen infolge des kleinen Wasserinhaltes und vergrößerter Heizfläche die Gefahr
einer Dampfbildung bzw. Entblößung der Heizfläche sehr groß ist; desgleichen für
alle mit Wasser gefüllten Behälter oder Speicher, die bei ununterbrochener Wärmezufuhr
einer absatzweisen Wasserentnahme ausgesetzt sind.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen in einer Ausführung beispielsweise
dargestellt. Abb. i zeigt die neue Schutzvorrichtung im Längsschnitt mit den unteren
Verbindungswegen des Schwimmerbehälters.
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Abb. 2 ist ein Schnitt durch das Regelglied mit den oberen Verbindungswegen.
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Abb.3 und 4 zeigen den Steuerkolben und Abb. 5, 6 und 7 die ihn umgebende
Zylinderhülse mit den Verbindungswegen.
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Abb. 8 und g sind Querschnitte durch das Regelglied.
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Abb. io ist eine schematische Gesamtansicht der Anlage mit eingebauter
Schutzvorrichtung.
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Die Schemazeichnung Abb. io zeigt die zwischen Dampferzeuger a und
dem Vorwärmer c in der Speiseleitung f angeordnete Vorwärmerschutzvorrichtung u
mit einem Zweifachregelglied e, welches einerseits durch die Verbindungsleitung
i mit dem Dampferzeuger a, andererseits durch die Speisewasserdruckleitung Z mittels
Verbindungsleitung n mit dem Vorwärmer c verbunden ist.
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Das Zweifachregelgliedwird durch Schwimmereinrichtung g und g1 und
Gestänge s und t vom Wasserspiegel 8 gesteuert und verhindert bei Schlußstellung
des Wasserweges einen Wasserübertritt von der Schutzvorrichtung nach dem Dampferzeuger
a. Bei Öffnung des Regelgliedes wird die Wasserzuführung in den Vorwärmer c sowie
Dampfabführung aus dem Vorwärmer c in den Dampferzeuger a ermöglicht.
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Findet bei Unterbrechung der Speisewasserzufuhr, beispielsweise durch
einen vom Kesselwasserstand selbsttätig geregelten Speisewasserregler b, eine Dampfbildung
im Vorwärmer c infolge ständiger Wärmezufuhr statt, so wird der im Vorwärmer sich
bildende Dampf nach der Vorwärmerschutzvorrichtung it aufsteigen und den Wasserspiegel
in derselben so weit absenken, bis die durch die Wasserspiegelabsenkung hervorgerufene
Gewichtsverschiebung der Schwimmereinrichtung g und g1 den Kolben q des Zweifachregelgliedes
e so weit nach aufwärts verschoben hat, daß zunächst der Dampfweg 3, 2-, w, 3 geöffnet
wird und der sich im Vorwärmerschutzapparat bzw. Vorwärmer o. dgl. angesammelte
Dampf o. dgl. nach dein Dampferzeuger a übergeleitet und ein den Wasserübertritt
nach dem Vorwäriner ermöglichender Druckausgleich zwischen Vorwärmer c und Dampferzeuger
a hergestellt wird (Abb. i).
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Bei weiterer Aufwärtsbewegung des Kolbens
q wird
der Wasserweg 2, y, r; y, 2 geöffnet und durch das Überströmen des Wassers aus der
unter höherem Druck stehenden Speiseleitung z der Ersatz des verdampften Wassers
bewirkt.
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Der Dampfweg 3, z, w, 3 bleibt so lange geöffnet, bis der Wasserersatz
vollendet ist, und wird durch den Kolben q so frühzeitig abgeschlossen, daß in der
Vorwärmerschutzvorrichtung et aus Sicherheitsgründen ein Dampf-bzw. Luftpolster
gebildet wird. Die öffnungs-und Schließbewegungen des Kolbens q, Schiebers o. dgl.
werden durch die beiden Stellschrauben k begrenzt.
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In gleicher Weise wird jeder aus anderen Ursachen im Vorwärmer eintretende
Wasserverlust durch die beschriebene Einrichtung ersetzt.
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In den Abb. z bis 9 ist das Zweifachregelglied e in einer Äusführung
beispielsweise dargestellt. Der besseren Verständlichkeit wegen ist das Zweifachregelglied
in den Abb. i und 2 derart dargestellt, daß der Wasserweg 2, y, y, 2 gerade zu öffnen
beginnt, während der Dampfweg 3, z, w, 3 bereits geöffnet bzw. vorgeeilt ist; dagegen
ist in Abb. 9 der Wasserweg 2, y, r, 2 ganz geöffnet dargestellt. Das Zweifachregelglied
besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse v mit fünf Stutzen, einer mit Zwischenraum
im Gehäuse v eingesetzten Buchse x, dein Kolben q mit den Nuten r für den Wasserdurchfluß,
den radialen Aussparungen oder Durchbohrungen w und der axialen Durchbohrung w1
zur Herstellung der Dampfverbindung 3, z, w, 3, dem Verschlußdeckel v1 mit Druckausgleichrohr
i1 zwischen dem Raum q1 und dem Schwimmerbehälter u. -Der Zwischenraum zwischen
Buchse x und Gehäuse v dient zur Entlastung und freien Ausdehnungsmöglichkeit der
Buchse. Gegen den oberen Teil des Gehäuses v ist die Buchse x
mittels
Stopfbuche x1 abgedichtet. Der untere Teil der Buchse ist mittels einer zweiten
Stopfbuchse oder durchbohrten Verschraubung p derart mit dem Gehäuse befestigt und
abgedichtet, daß die Abdichtung der Buchse x mit dem Gehäuse v unabhängig
von der Abdichtung des Flanschenpaares 15, 16 vorgenommen werden kann.
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Die an dem Gehäuse v angegossenen Stutzen o, h dienen zum Anschluß
der Rohrleitungen i, C, n an die voneinander getrennten Wege 2, y, r,
2 und 3, z, w, 3; der eine Stutzen des letzten Weges dient in diesem Falle gleichzeitig
zur Befestigung des Zweifachregelgliedes e an dem Schwimmerbehälter u. Der Dampfweg
braucht jedoch nicht durch den Befestigungsstutzen zu führen, sondern kann ähnlich
wie der Wasserweg auch über einen weiteren Stutzen und eine Verbindungsleitung mit
dein Schwimmerbehälter gebildet werden. In gleicher Weise kann das Regelglied anstatt
mit zwei Durchlässen mit mehreren, ebenfalls voneinander getrennten Durchlässen
versehen werden. Der fünfte Stutzen dient zur Aufnahme des Abschlußdeckels v, Um
den Kolben bei beliebig hohen Betriebsdrücken in radialer Richtung vollständig zu
entlasten, sind die Durchbohrungen oder Aussparungen w doppelseitig, und zwar gegenüberliegend
angeordnet. Falls der Apparat nur für geringe Betriebsdrücke Verwendung finden soll,
genügt eine einseitige Anordnung der Durchbohrungen w.
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Um den Kolben q auch in der LängsrichtÜng vollständig zu entlasten,
ist zwischen Kolbenstirnfläche q1 und Schwimmerbehältentt mittels Verbindungsleitung
il ein Druckausgleich hergestellt. Die Verbindungsleitung i1 kann auch durch eine
den Kolben in Längsrichtung" durchdringende Bohrung ersetzt werden.
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Die Durchbohrungen oder Aussparungen y und z der Buchse
x stimmen mit den Durchbohrungen oder Aussparungen r und
w des Kolbens q derart überein, daß der Kolben q in Verbindung mit der Buchse
x die eigentlichen- Abschlüsse der Dampf- und Wasserwege bilden.
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Die Wasserdurchlässe r und die Dampfdurchlässe w im Kolben
q sowie die Wasserdurchlässe y und die Dampfdurchlässe z in der Buchse x
sind zweckmäßigerweise derart bemessen und zueinander versetzt angeordnet, daß beim
Schließen des Wasserweges der Dampfabschluß nacheilt, beim Öffnen des Wasserweges
der Dampfabschluß voreilt.
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Der Zweck dieser Einrichtung ist einerseits, daß vor Beginn des Wasserzuflusses
in der Vorwärmerschutzvorrichtung iz ein Druckausgleich mit dem Dampferzeuger a,
hergestellt, andererseits ein Dampfpolster gebildet wird. Erforderlichenfalls kann
aber die Voreilung des Dampfabschlusses bzw. Nacheilung auch fortfallen.
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Das Zweifachregelglied e ist in den Zeichnungen als Kolbenschieber
mit einer der Schwimmerbewegung gleichgerichteten Bewegungsrichtung dargestellt.
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Für den gleichen Zweck können jedoch Zweifachregelglieder mit Flachschiebern
oder Drehschiebern mit einer zur Schwimmerbewegung beliebigen Bewegungsrichtung
Verwendung finden.
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Der Fall, daß ein einziges Ventil, welches die Dampfabführung steuern
muß, genügt, ist bei Langrohrspeisewasservorwärmern möglich, wenn der Speisewasserregler
zwischen dem Ekonomiser und dem Kessel liegt. Der Vor wärmer ist dann dauernd mit
der Speisewasserleitung verbunden. Da die
Rohre vertikal angeordnet
sind, sammelt sich der Dampf im oberen Teil und kann in bekannter Weise durch das
vom Schwimmer gesteuerte Ventil abgelassen werden.
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Auch wenn der Dampfabscheider der Vorwärmerschutzvorrichtung als Vorratsbehälter
so groß bemessen ist, daß das im Ekonomiser verdampfte Wasser aus ihm ersetzt werdenkann,
während die Speisung unterbrochen wird, ist nur das Ventil erforderlich, das für
die Abführung des Dampfes sorgen muß.
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Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß die Regelung des Dampfweges
3, z, w, 3 und des Wasserweges z., q, r, a durch ein vereinigtes Zweifachregulierglied
erfolgt; an dessen Stelle können auch zwei normale, unabhängig voneinander ausgebildete
und arbeitende Abschlußglieder treten, die einzeln oder auch zusammen von einem
Verdrängungsschwimmerpaar gesteuert werden können.
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Der Kolben q, Schieber o. dgl. wird in Abhängigkeit von den Schwankungen
des Wasserspiegels 8 durch ein Schwimmerpaar g und g1 mit Gestänge s und t bewegt
und ist in üblicher Weise gegen Verdrehung gesichert.
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Die zwei Verdrängungsschwimmer sind mit verschiedenen spezifischen
Gewichten ausgeführt. Durch die verschiedenen Rauminhalte der Schwimmer g und g1
wirkt der Auftrieb und das Eigengewicht derselben wechselweise derart aufeinander,
daß mittels Balken t auf die Stange s eine wechselnde Kraft zum Offn en 'bzw. Schließen
des Regelgliedes e hervorgerufen wird.
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Da ferner beide Schwimmkörper in die Flüssigkeit eintauchen, kann
die bei größeren Druckschwankungen entstehende Veränderung des spezifischen Gewichtes
der Flüssigkeit keinen Einfluß auf die Betätigungskraft ausüben.
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Damit innerhalb des Kolbenhubes zum Öffnen und Schließen des Regelgliedes
e ein Maximum an Kraft erzielt wird, sind beide Schwimmkörper g, g1 derart bemessen
und angeordnet, daß ihre Ober- und Unterkanten 1z, 13 an den Endpunkten des Hubes
in einer Ebene liegen und jeweils gleichzeitig aus der Flüssigkeit treten bzw. von
dieser überflutet werden.
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Mit Rücksicht auf etwaige Ausführungsungenauigkeiten sind die Angriffspunkte
der Stange s am Kolben q und erforderlichenfalls auch am Balken t als Kugelgelenke
d auszubilden.