Zweck der Erfindung ist es, eine Lösung zu finden, die die Thermoschockbelastung des Düsenstockes verhindert oder erheblich mindert.

Die Lösung besteht darin, daß um den Düsenstock beabstandet ein Mantelrohr gelegt ist und der Zwischenraum zwischen diesen eingangsseitig mit einer zustromseitigen Zwischendampfleitung des Überhitzers gedrosselt und/oder gesteuert verbunden ist und das Mantelrohr dazu axial versetzt mindestens eine Austrittsöffnung in die Hauptdampfleitung und koaxial zu den Düsenbohrungen Durchtrittsöffnungen für das Einspritzwasser aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Einspritzkühlwasser wird gewöhnlich auf 180° C erhitzt vom Speisewasser eines Heizkessels abgezweigt, in dessen Heizregister das Speisewasser verdampft wird und als Sattdampf bei ca. 350° C anschließend einem Überhitzer zugeführt wird, den der trockene, überhitzte Dampf mit 550°–800° C verläßt. Wenn kein Dampf abgenommen wird, wird auch kein Einspritzwasser zugeführt, so daß sich der Düsenstock auf die Temperatur von 550°–800° C aufheizt. Durch die Zuführung von etwa 350° C heißem Dampf aus der Zwischenleitung vor dem Überhitzer, in den Mantel des Düsenstockes und eventuell auch in den Düsenstock selbst, wird dieser in einem ersten Schritt durch Dampfaufheizung nach und nach auf diese mittlere Temperatur des Zwischendampfes gebracht. Wenn danach das kältere Kühlwasser mit 180° C eingeleitet wird, ist der weitere Temperaturabfall moderater und nicht so materialbelastend.

Das Einleiten des Zwischendampfes kann entweder ständig über eine Drossel und ein Rückschlagventil erfolgen, wobei immer, wenn etwas Dampf abgenommen wird, der Temperaturangleichvorgang des Düsenstockes stattfindet, bis bei größerem Dampfbedarf das Einspritzwasser zugesteuert wird. Der Zwischendampf wird in verschiedenen Ausführungen der Vorrichtung entweder nur in dem Mantelbereich um den Düsenstock herum oder durch den Mantelbereich und den Düsenstock parallel oder durch den Düsenstock bis nahe an dessen Ende geführt, wo er von einem in eine Extremstellung gesteuerten Kolben in den Mantelbereich übertritt, von wo er in umgekehrter Richtung bis an eine Austrittsöffnung geleitet den Düsenstock umspült. Der Zwischendampfstrom wird in einer weiteren Ausführung über ein gesteuertes Ventil kurzzeitig vor der Einsteuerung des Einspritzwassers in den Düsenstock bzw. dessen Mantel eingespeist.

Der Wärmeübergang vom Zwischendampf auf den Düsenstock und den Mantel ist wesentlich geringer als der vom Wasser; deshalb findet die Abkühlung bis zur Zwischendampftemperatur langsamer statt als von dieser bis zur Wassertemperatur.

In einer weiteren Ausführung wird auch dieser zweite Temperaturabfall verlangsamt, indem eine angemessene Menge des Einspritzwassers mit dem Zwischendampf in einem Wärmetauscher vorgeheizt wird, wobei das Einspritzwasser bis nahe an den kritischen Punkt aufgeheizt werden kann. Der Querschnitt und die Wasserführung des Einspritzwassers im Wärmetauscher sind so gestaltet, daß bei der Abführung des Wassers in den Düsenstock ein stetiger Temperaturabfall des austretenden Wassers auftritt.

Eine Kesselpumpe 1 drückt Kesselspeisewasser durch den Siederohrverdampfer 2, der mit Turbinenabgasen 10 beheizt wird. Der erzeugte Sattdampf wird über die Hauptdampfleitung, die Zwischen- oder Sattdampfleitung 3, in den Überhitzer 4 geführt. Dort wird er mit Turbinenabgasen 10 und bei Bedarf durch die Abgase 11 eines Zusatzbrenners in Heißdampf umgeformt und über die Heißdampfleitung 5 dem Dampfkühler 6 zugeführt, wo er durch Einspritzen von Kesselspeisewasser in den geforderten Dampfzustand umgeformt und über die Dampfleitung 7 dem Verbraucher zugeführt wird.

Da der Dampfdruck in diesem Dampfkühler 6 niedriger ist als hinter der Speisewasserpumpe, genügt für die Dosierung des Einspritzwassers ein erstes Motorregelventil 9, M1.

In einer ersten Ausführung der Vorrichtung wird das Druckgefälle über den Überhitzer 4 dazu genutzt, über ein weiteres Motorventil 8, M2 oder eine Drossel mit einem Rückschlagventil in ein um den Düsenstock 20 angeordnetes Mantelrohr 24 des Einspritzkühlers – siehe 2 – Zwischendampf als Kühldampf über den Flansch 29 einzublasen, wobei im Mantelraum 30 ein Dampfkühlfilm entsteht, der einen wirksamen langsamen Temperaturausgleich schafft, bevor die Wasserzufuhr über das genannte erste Motorventil 9 eingeschaltet wird.

Das Mantelrohr 24 ist im unteren Bereich um den Düsenstock 20 durch einen Zentrieransatz 28 zentriert, der mit Öffnungen 27 für den Kühldampf versehen ist. Ferner hat das Mantelrohr 24 im Bereich der Wasseraustrittsbohrungen des Düsenstockes 22 ebenfalls große Aussparungen 25, die den Spritzvorgang nicht behindern und auch etwas Kühldampf austreten lassen.

In einer zweiten Ausführung der Vorrichtung nach 3 wird das Einspritzwasser in einem Behälter 13 mittels einer Rohrschlange durch den Zwischen- oder Sattdampf vorgewärmt, bevor er als Kühldampf dem Mantelrohr 24 zugeführt wird. Es genügt eine geringe vorgeheizte Wasserstartmenge im Wärmetauscherbehälter 13, um den Düsenstock 20 allmählich auf die Kühlwasser-Betriebstemperatur abzukühlen. Ein Kondensatableiter 12 ist an der Leitung des zum Heizen verwendeten Zwischen- oder Sattdampfes zweckmäßig, um bei Stillstand des Kühldampfstromes eine Kondensatansammlung zu vermeiden; ggf. ist ein drittes Steuerventil 14, M3, oder eine Drossel dem Wärmetauscher 13 vorgeschaltet, womit die Sattdampfzuführung dosiert wird.

Der Kühldampf wird zweckmäßigerweise als Sattdampf dem Hochdruckverdampfer 2 des Hauptkessels K entnommen. Der Kühldampf wird dabei im allgemeinen eine Temperatur von ca. 350° C aufweisen. Die Dampfaustrittstemperatur des Überhitzers liegt bei etwa 550° C. Die Temperatur des Einspritzkühlwassers liegt bei typisch 180° C. Aus vorgenannten Temperaturen lassen sich die beim Anfahre des Kühlers auftretenden Temperaturdifferenzen ableiten, denen der Düsenstock 20 des Kühlers ausgesetzt ist.

Bei den bekannten Kühlerbauarten tritt also folgendes schroffes Gefälle auf: Düsenstocktemperatur 550° C auf 180° C Einspritzwassertemperatur.

Bei den erfindungsgemäßen Lösungen ergeben sich z.B. folgende Stufungen: von der Düsenstocktemperatur 550° C erfolgt sanfte Abkühlung mit Dampf auf 350° C, danach gemäß erster Ausführung schroffe Abkühlung auf 180° C durch das Einspritzwasser oder gemäß zweiter Ausführung eine allmähliche Abkühlung durch die erfindungsgemäß im Behälter 13 vorgewärmte Startkühlwassermenge.

Das erforderliche Druckgefälle Kühldampf-Heißdampf entsteht durch den Druckabfall im Überhitzer 4, der typisch 1,5 bis 2 bar beträgt. Die Dimensionierung der Kühldampfleitung erfolgt so, daß zwischen dem Mantelrohreintritt und der Heißdampfleitung ein Druckgefälle von mindestens 0,5 bar erhalten bleibt.

In 4 ist eine Variante des Einspritzkühlers dargestellt. Hier wird zuerst der Kühldampf über das zweite Motorventil 31, M2, oder eine Drossel mit einem Rückschlagventil dem Düsenstock 20 so zugeführt, wie später des Einspritzwasser, welches über das erste Motorventil 32, M1 zugeführt wird.

Für den Abkühlvorgang wird der Steuerkolben 35 von dem Steuerantrieb 36 in das freie Ende des Düsenstockes 20 nach unten gefahren, wobei die extrem große Düsenbohrung 34 freigegeben wird. Der Kühldampf strömt als Kühlfilm zwischen dem Mantelrohr 24 und dem Düsenstock 20 nach oben und verläßt über eine Bohrung 37 nahe der Wandung 21 der Hauptdampfleitung den Kühlmantelraum. Der währenddessen außerdem aus den kleinen Wasserdüsenbohrungen 22 austretende Dampfanteil ist vernachlässigbar gering. Das Mantelrohr 24 hat Aussparungen 25 koaxial zu den Spritzbohrungen 22 des Düsenstockes 20, die gerade so groß sind, daß sie die Wasserbüschel 23 des Düsenstockes 20 nicht behindern und andererseits nicht übermäßig groß, um einen erheblichen Druckabfall des Kühldampfes zu verhindern.

Nach dem Abkühlen auf die Zwischendampftemperatur fährt der Motorantrieb 36 den Steuerkolben 35 in eine obere Stellung über der Extremstellung und versperrt die Dampfaustrittsdüse 34, das zweite Motorventil 31 schließt danach und das erste Motorventil 32 öffnet die Einspritzwasserzufuhr, und der Einspritzvorgang verläuft dann mit dem relativ kleinen zweiten Temperatursprung am Rohr 24 und am Düsenstock 20.

In Ausführungen, in denen das zweite und/oder dritte Steuerventil M2, M3; 8, 14, 31 durch eine Drossel mit einem Rückschlagventil ersetzt ist, vereinfacht sich die Steuerung. Die Zuschaltung des Kühlwassers in den Dampfumformer 6 über das erste Steuerventil M1; 9, 32 kann bei einer Dampfanforderung ohne Verzögerung erfolgen, da der Kühldampf den Düsenstock 20 dauernd auf eine mittlere Temperatur bringt und ggf. im Wärmetauscher 13 eine Startmenge des Kühlwassers vorgeheizt hält.