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Verfahren zur Dampferzeugung in Strahlungsrohrwänden.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Dampferzeugung in Strahlungsrohrwänden, welche die Feuerkammer od. dgl. umgeben.
In vielen Feuerkammern findet eine ungleichmässige Wärmeverteilung statt, so dass auf bestimmte Rohrwände oder Rohrwandteile ein viel grösserer Wärmebetrag entfällt, als auf andere Wände oder Wandteile derselben Heizkammer. Entsprechend dieser Wärmeverteilung müssen auch die Strahlungrohrwände verschieden ausgeführt und den jeweiligen Verhältnissen angepasst sein. Die Anordnung und der Zusammenbau der Rohre muss entsprechend der besten Ausnutzung der aufgefangenen Wärme gewählt werden. Auch müssen Wasserverteilung und Wärmeaufnahme in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen.
Die Erfindung erfüllt diese Forderungen nun dadurch, dass alle Elemente der Strahlungsrohrwände, denen Wasser mittels einer Pumpe od. dgl. in einer das Verdampfungsvermögen übersteigenden Menge zugeführt wird, in gleicher Richtung durchströmt werden, wobei die verschiedenen Temperaturen ausgesetzten Elemente, zur Aufrechterhaltung eines gesicherten Betriebes, der Dampferzeugung in den einzelnen Strahlungsrohrwänden entsprechend mit untereinander verschiedenen Wassermengen beschickt werden.
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes, u. zw. zeigt Fig. 1 einen schematisch dargestellten Vertikalschnitt durch einen Dampferzeuger nach der Erfindung, die Fig. 2-8 zeigen Schnitte durch Feuerkammerwände mit verschieden angeordneten und geformten Wasserrohren. Fig. 9 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen Dampfkessel, Fig. 10 und 11 zeigen Schnitte durch die Einlaufkästen eines Kessels, insbesondere die konstruktive Ausbildung der Einmündungen der Rohre, Fig. 12 und 13 zeigen allseits von Strahlungsrohrwänden umgebene Feuerkammern. Fig. 14 und 15 zeigen Details der Fig. 13, Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Dampfkessels gemäss der Erfindung mit lotrechter Feuerkammer. Es sind zwei Reihen von Rohren 3 und 4 angeordnet, von denen die Rohre 3 im Inneren der Heizkammer liegen, wogegen die Rohre 4 in die Wand verlegt sind. Die Rohre 3 bzw. 4 sind durch je einen oberen Einlaufkasten 13 bzw. 14 und einen unteren Auslaufkasten 23 bezw. 24 verbunden. Eine Ausseheidung von Dampf findet sowohl in den unteren Sammelkästen 23 und 24, als auch in den Trommeln 6 und 26 statt, an die diese Sammelkästen angeschlossen sind.
Um den Wasserumlauf entsprechend der verschieden grossen Dampferzeugung in den zwei Rohrlagen zu regeln, sind die Sammelkästen 23 der Rohre 3 mit der Trommel 26 verbunden, die mit einem Wasserstandsregler 27 versehen ist, durch den das Absperrorgan 28 betätigt und dadurch der Wasserzufluss zu dem Hauptreservoir 6 geregelt wird, das seinerseits mit einem Wasserstandsregler 7 ausgestattet ist, der den Wasserzufluss durch das Ventil 17 einstellt. Die an die Pumpe 11 angeschlossene Pumpenleitung 16 steht über Absperrorgane 33, 43 und 34 mit den oberen Sammelkästen und 14 in Verbindung. Das Absperrorgan 43 wird durch einen Druckregler eingestellt, der durch die Druckdifferenz zwischen der Leitung 16 und dem Sammelkasten 14 betätigt wird.
Durch die Leitung 18, in die das Absperrorgan 19 eingeschaltet ist, wird der Dampfraum der Trommel 26 mit dem Sammelkasten 14 verbunden. Wird das Ventil 33 geschlossen, so kann man durch die Rohre 4 Dampf durchtreten lassen, der dann in diesen Rohren überhitzt wird.
Arbeiten beide Reihen von Rohren bei demselben Druck, so sind die Ventile 33, 34 und 43 geöffnet, wobei Wasser von der Pumpe gleichmässig durch die beiden Rohrsätze gefördert wird. Häufig ist es erwünscht, dass die Rohre 4 mit einem niederen Druck betrieben werden als die Rohre 3. In diesem Falle wird der Regler des Ventils 43 auf den entsprechenden Druckunterschied eingestellt und bewirkt dadurch bei dem Durchfluss des Wassers in den Sammelkasten 14 den gewünschten Druckabfall. Der Sammelkasten 14 wird auf diese Weise selbsttätig mit Wasser von dem gewünschten Druck versehen, wobei die Kreislaufwassermenge der erzeugten Dampfmenge entspricht.
Arbeiten beide Rohrsätze bei demselben Druck, so ist das Ventil 44, das in der Verbindungsleitung der Trommeln 26 und 6 liegt, offen ; wenn bei verschiedenen Drücken gearbeitet wird, oder wenn die Rohre 4 zur Überhitzung dienen, ist das Ventil 44 geschlossen.
Die Speisung der Rohre der Strahlungswand soll dabei derart erfolgen, dass den einzelnen Rohren immer mehr Wasser zugeführt wird als sie entsprechend ihrer Wärmeaufnahme verdampfen können und das Wasser an den der Feuerkammer zugekehrten Seiten der Rohre in Form einer zusammenhängenden Schicht herabläuft, wogegen der übrige Rohrraum freibleibt. Der sich in dieser Wassersehieht sehr rasch entwickelnde Dampf kann durch die Wasserschicht hindurch sofort in den freien Rohrraum entweichen, indem er den Dampfentnahmestellen zuströmt. Die Menge des Wassers für die einzelnen Rohre hängt ab von der Lae des Rohres im Feuerraum und den im Feuerraum herrsei) enden
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Temperaturen.
So würden beispielsweise die Rohre 3 in Fig. 1 mehr Wasser erhalten müssen als die Rohre 4, da die Rohre 3 direkt der Strahlung ausgesetzt sind. wogegen die Rohre 4 durch eine Schamottemauer od. dgl. gesehützt sind.
In den Fig. 2-8 sind einige typische Beispiele für die Anordnung der Wasserrohre dargestellt.
Nach Fig. 2 ist eine Reihe von in beträchtlichem Abstand voneinander angeordneten Rohren in die Wand verlegt. Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei in die Wand verlegte Reihen von Rohren, die nach Fig. 3 gegeneinander versetzt sind. Nach Fig. 5 sind zwei gegeneinander versetzte Rohrsätze vorgesehen, die vor der Feuerkammerwand liegen. Fig. 6 zeigt in die Wand verlegte, eng aneinander anschliessende Rohre, in den Fig. 7 und 8 sind mit Rippen versehene Rohre dargestellt, u. zw. liegt eine Reihe von Rohren vor der Heizkammerwand und eine zweite Reihe in die Wand verlegt.
Fig. 9 zeigt die Vereinigung einer Wasserrohrwand mit einem Dampferzeuger bekannter Bauart (deutsche Patentschrift Nr. 414322), dessen Rohre in derselben Weise gespeist werden, wie die Rohre der Wasserrohrwand. Die Ausführung der Wasserwand mit den Sammelkästen 13 und 23 und den Rohren 3 und 4 entspricht der früheren Ausführungsform. Der zweite Dampferzeuger besteht ebenfalls aus den Sammelkästen 83 und 84, die durch Rohre 80 verbunden sind. Der untere Sammelkasten ist mit einem Wasserstandsregler 81 versehen, der das in der Speisewasserleitung liegende Ventil 82 steuert. In dieser Leitung ist noch ein zweites Ventil 17 angeordnet, das durch den Wasserstandsregler 7 gesteuert wird.
Der Sammelkasten 84 des zweiten Dampferzeugers steht mit dem oberen Sammelkasten 1. 3 der Wasserrohrwand in Verbindung und die Wasserzufuhr zu dem oberen Sammelkasten 83 des Dampferzeugers erfolgt durch die Leitung 16. Das Wasser fliesst somit nacheinander durch den zweiten Dampferzeuger und die Wasserrohrwand.
Die Verteilung des Wassers über die Rohre 3 und 4 der Wasserrohrwand erfolgt erfindungsgemäss ebenfalls wieder nach der Wärmeaufnahme dieser Rohre, wie es in Fig. 1 schon erläutert wurde. Zur Ableitung des in den Sammelkasten 84 abgeschiedenen Dampfes dient die durch das Ventil 86 gesteuerte Leitung 85. Der in dem Sammelkasten 23 gesammelte Dampf wird durch die Leitung 20 und das Ventil 86' abgeführt. Um Wasser unmittelbar unter Umgehung der Wasserrohrwand aus dem Sammelkasten 84 dem Kreislauf zuzuführen, ist eine Umgehungsleitung 87 angeordnet. Diese Umgehungsleitung tritt in Tätigkeit, wenn der Wasserstand im Kasten 84 zu einem bestimmten Höchstwert ansteigt. Dieses Ansteigen kann durch eine Verringerung des in den Rohren 80 verdampften Wassers verursacht sein.
Es wird daher ein grösserer Betrag von Ubersehusswasser in die Kasten 84 fliessen. Die Umgehungsleitung 87 gestattet es nun, dieses Wasser unmittelbar der Pumpe zuzuführen, ohne dass es die Rohre der Wasserrohrwand durchfliesst.
Der Sammelkasten 84 ist mit einem Wasserstandsregler 1. 32 versehen, der das Ventil 131 steuert, welches in der die Sammelkästen 83 und 84 verbindenden Umgehungsleitung 130 liegt. Ist der Wasserverbrauch der Wasserrohrwand ein grösserer, als der normalen im Kreislauf befindlichen Wassermenge entspricht, so sinkt der Wasserspiegel in dem Sammelkasten 84 und betätigt bei einer gewissen Grenze durch den Regler 132 das Ventil 131, so dass Wasser durch die Umgehungsleitung fliesst und der Wasserstand in dem Sammelkasten 84 aufrecht erhalten wird. Auf diese Weise wird eine zu geringe Belieferung der Wasserrohrwand mit Wasser verhindert.
Statt das Wasser nacheinander die Kühlvorrichtung und den Dampferzeuger durchlaufen zu lassen, können für die beiden Einheiten auch getrennte Wasserkreisläufe vorgesehen sein. Es kann auch eine der Einheiten als Überhitzer und die andere als Dampferzeuger oder die eine als Speisewasservorwärmer und die andere als Dampferzeuger wirken.
In Fig. 10 ist ein Einlaufkasten 13 dargestellt, wie er zweckmässig bei einem Dampferzeuger nach der Erfindung verwendet wird. In ihm ist eine Spritzplatte 35 eingelegt, die Öffnungen 36 aufweist, durch die das Wasser in die Rohre spritzt, was zur Herstellung einer gleichmässigen Verteilung des Wassers und zur Bildung einer Schicht erforderlich ist. Statt dessen kann man auch in die Rohre, wie es Fig. 11 darstellt, Pfropfen 88 einsetzen, die mit engen Bohrungen 89 versehen sind. Durch die verschiedene Bemessung der Bohrungen 89 in Fig. 11 bzw. 36 in Fig. 10, wird die den einzelnen Rohren zuzuteilende Wassermenge eingestellt.
Ist eine Feuerkammer an allen vier Seiten mit Wänden umgeben, so können alle diese Wände mit Strahlungswänden nach der Erfindung versehen sein. Die Fig. 12 und 13 zeigen zwei solche Ausführungsformen. Nach Fig. 12 ist ausser den Strahlungsrohrwänden mit lotrechten Rohren 3 und 4 eine Strahlungsrohrwand mit nur schwach geneigten Rohren 93 vorgesehen, die zum Schutz der Decke 88 der Feuerkammer dienen. Die zu dieser Wand gehörenden Sammelkästen 95 und 96 sind durch die Leitungen 97 und 98 mit der Umlaufwasserzuführung und der Dampfableitung der lotrechten Wasserrohrwand verbunden. Zum Schutz des Bodens der Heizkammer dient eine Wasserrohrwand, die aus den Sammelkästenl0l und 102 und aus den Rohren 100 besteht. 112 ist eine Dampf und Wasser führende Verbindungsleitung zwischen den Sammelkästen 107 und 6.
Die beiden vorderen Sammelkästen 96 und 102 sind durch die Leitung 99 und die Sammelkästen 23 sind mit dem Sammelkasten 102 und 6 durch die Leitungen 103 verbunden. Der Sammelkasten 101 ist durch die Leitung 104 an den Kreislauf angeschlossen. Der in dem Sammelkasten 102 gesammelte Dampf entweicht durch die Leitung 20,
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der von den Sammelkästen 23 der Dampf durch die Leitung 105 zugeführt wird. Die Speisewassermenge wird durch den Wasserstandsregler 7 geregelt, der ein in der Leitung 17 liegendes Ventil steuert. Die Wasserrohrwände der Seitenwände bestehen aus den oberen und unteren Sammelkästen 106 und 107 und den Rohren 108. Die Wasserzuführung erfolgt von der Leitung 16 durch die Zweigleitung 109. Die Bemessung der Wassermenge für die einzelnen Rohre im Feuerraum ist bei dieser Ausführung besonders zu beachten.
So nehmen beispielsweise die Rohre 93 in der Decke und 100 am Boden relativ die meiste Wärme auf, da sie der Strahlung am stärksten ausgesetzt sind und auch länger sind als die Rohre 3,4 und 108. Zur Dampfabfuhr dient die Leitung 110, die an die Ableitung 105 der Sammelkästen 23 anschliesst. Statt das Wasser gemeinsam parallel durch die Wasserrohrwände fliessen zu lassen, könnten die Wasserrohrwände auch getrennt gespeist werden, oder das Wasser könnte alle oder einzelne Wasserrohrwände nacheinander durehfliessen. Bei dieser Ausführungsform sind alle Wände gegen strahlende Wärme und Wärmeübertragung durch Leitung sehr wirksam geschützt, nur der Abzugsschacht 111 ist ohne Schutz.
Die Anordnung nach Fig. 13 entspricht im grossen und ganzen der Ausführungsform nach Fig. 12, weist aber eine günstigere Ausbildung der seitlichen Wasserrohrwände und der Wasserrohrwände für den Boden auf. Die zur Decke gehörende Wasserrohrwand besteht aus eng nebeneinanderliegenden Rohren 93, die sich auch über die Mündung des Abzugsschachtes 111 erstrecken, in diesem Teil 94 aber gegeneinander versetzt sind, um einen freien Durchtritt der Gase oder gegebenenfalls der Asche zu ermöglichen. Fig. 14 zeigt diese Anordnung in Draufsicht, Fig. 15 im Schnitt nach der Linie 23-23 der Fig. 14.
Der Wasserkreislauf ist derselbe wie in Fig. 12.
Die Rohre 108 der seitlichen Wasserrohrwände liegen nicht lotrecht, wie nach Fig. 12, sondern sind waagrecht oder schwach geneigt. Die Verbindungsleitungen für Wasser und Dampf sind ebenso wie nach Fig. 12 ausgebildet, es sind nur statt einer Dampfableitung deren zwei vorgesehen, von denen die eine an den Sammelkasten 23 und die andere an den Sammelkasten 96 angeschlossen ist. Ein Wasser- überschuss wird dem Sammelkasten 102 durch die Leitung 112 zugeführt. Die Arbeitsweise dieser Anlage ist dieselbe wie die der Anlage nach Fig. 12. Der Wärmeverlust durch die in den Abzugsschaeht eintretenden Gase und durch die auf den Abzugsschacht auftreffende strahlende Wärme wird aber durch den sieh über die Abzugsöffnung erstreckenden Teil 94 der Deckenwasserrohrwand bedeutend herabgedrückt.
In der schematischen Darstellung der Fig. 16 reichen alle Rohre in die Feuerkammer, so dass alle gleichmässig zur Wassererhitzung und Dampferzeugung herangezogen werden. Die Figur zeigt besonders deutlich die Verlegung der Rohre entsprechend der Gestalt der Feuerkammer, wobei keine Rücksicht auf die Schaffung eines Konvektionskreislaufes genommen zu werden braucht, wobei aber berücksichtigt werden muss, dass nach dem Erfindungsgedanken die richtige Verteilung des Wassers zu den einzelnen Rohren erfolgen muss, so werden beispielsweise die Rohre von Fig. 16, die dem Feuerraum zunächst liegen, eine grössere Wassermenge erhalten müssen als die weiter zurückliegenden Rohre.
Die Verschiedenheiten in der Umlaufgeschwindigkeit des Wassers, die durch die verschiedene Wärmeverteilung nötig gemacht sind, können trotz Anordnung einer einzigen Umlaufpumpe durch entsprechende Wahl der Rohrdurchmesser oder durch Anordnung von Regelventilen erreicht werden.
Auch mehrere Pumpen mit verschiedener Lieferungsmenge können verwendet werden. Um die Umlaufgeschwindigkeit oder die in bestimmte Abteilungen gelieferte Wassermenge zu verändern, kann man Wasserstandsregler oder andere Regeleinrichtungen anordnen, die entsprechend der Verdampfung oder Erwärmung in den einzelnen Abteilungen der Anlage betätigt werden. Unter Wasserrohrwänden im Sinne der Erfindung sind alle jene Konstruktionen zu verstehen, bei welchen Dampf in die Feuerung umgebenden Elementen erzeugt wird, also auch Wasserdurchströmte Feuerbuchswände, Kästen, Kammern od. dgl. wie sie bei Lokomotivfeuerungen gebräuchlich sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Dampf in Strahlungsrohrwänden, dadurch gekennzeichnet, dass alle Elemente der Strahlungswände, denen das Wasser mittels einer Pumpe od. dgl. in einer das Verdampfungsvermögen übersteigenden Menge zugeführt wird, in gleicher Richtung durchströmt werden, wobei die verschiedenen Temperaturen ausgesetzten Elemente der Dampferzeugung in den einzelnen Strahlungsrohrwänden entsprechend, mit untereinander verschiedenen Wassermengen beschickt werden.