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Anordnung der Heizfläche im Strahlungsteil von schachtförmigen Dampferzeugern mit Zwangs- durclaut des Arbeitsmittels.
Das Kennzeichen, durch das sieh viele neuzeitliche Dampferzeuger grundsätzlich von den früher üblichen Bauformen unterscheiden, besteht darin, dass ein grosser Teil der mit dem Brennstoff zugeführten Wärme unmittelbar als Strahlungswärme nutzbar gemacht wird. Man schützt nicht mehr die Rohre vor einer unmittelbaren Einwirkung der strahlenden Wärme, sondern kleidet den Brennraum mit Rohren aus und schafft auf diese Weise die Möglichkeit einer sehr grossen Heizflächenbelastung. Betriebserfahrungen haben nun gezeigt, dass der mit Rohren ausgekleidete Brennraum bei Dampferzeugern mit Zwangsdurchlauf des Arbeitsmittels die Fachwelt vor Aufgaben stellt, die mit den üblichen Mitteln nicht zu lösen waren.
Man muss sich hiebei klarmachen, dass dem Kessel mit Zwangsdurchlauf, der in seinen letzten Entwicklungsformen ein reiner Röhrenkessel ohne jede Trommel ist, die Möglichkeit des natürlichen Ausgleiches etwaiger Temperaturunterschiede in den einzelnen Parallelrohren fehlt. Bei Kesseln mit natürlichem Umlauf entstehen die bekannten Konvektionsströmungen, die sich aus der Differenz der spezifischen Gewichte am Rohranfang und-ende ergeben. Wird eine Mehrzahl parallel geschalteter Rohre mit natürlichem Umlauf verschieden stark beheizt, so stellt sich in den stärker beheizten Rohren. eine grössere Konvektionsströmung ein, die gewissermassen selbsttätig zu hohe Rohrbelastungen verhindert.
Bei Dampferzeugern mit Zwangsdurchlauf des Arbeitsmittels ist die auf den einzelnen Rohrstrang entfallende Menge des Arbeitsmittels durch den Pumpendruck und den Rohrwiderstand bis auf gewisse Differenzen, von denen noch zu sprechen sein wird, eindeutig bestimmt. Das Fehlen des selbsttätigen Ausgleiches hat bei den ersten Bauformen derartiger Röhrenkessel zu ausserordentlichen Schwierigkeiten geführt. Es kommt nämlich noch ein weiterer Umstand hinzu. Nimmt man einen Dampferzeuger etwa in Form eines senkrechten Schachtes mit achssymmetrischem Quersehnitt, an, in dessen Symmetrieachse die Brenner angeordnet sind, so müsste theoretisch jedes der Rohre,"welche die Brennkammern auskleiden, die gleiche Wärmemenge aufnehmen.
Es ist jedoch von den normalen Berührungskesseln her bekannt, dass die Temperaturverteilung über den Querschnitt niemals vollkommen gleich ist, sondern sich nach den Strömungswiderständen usw. in den einzelnen Heizflächenabschnitten ändert. Diese Temperaturunterschiede sind viel grösser und daher auch viel gefährlicher, wenn unmittelbar die Strahlungswärme der Brenner ausgenutzt werden soll. Selbst bei ganz symmetrischer Rohranordnung haben sieh ganz ungewöhnlich grosse Temperaturunterschiede beobachten lassen. Unter solchen Verhältnissen war, wenn man die bisher bekannten Rohranordnungen verwenden wollte, ein ordnungsmässiger Betrieb naturgemäss nicht möglich. Häufig wiederkehrende Rohrverbrennungen zeigten, welchen ausserordentlichen Überbeanspruchungen die Rohre unterworfen sein konnten.
Man fand einen Ausweg aus diesen Schwierigkeiten, indem man die Rohre so anordnete, dass alle Parallelrohre in entsprechenden Rohrabschnitten in den gleichen Wärmezonen lagen. Dies lässt sich z. B. durch sehr eng gewickelte Rohrspiralen erzielen. Diese Bauform setzt aber eine eigens hiefür eingerichtete Fabrikation voraus und lässt sich wirtschaftlich wahrscheinlich nur bei grösseren Kesseleinheiten verwenden.
Um den Bedarf nach einer einfacheren und billigeren Kesselkonstruktion zu befriedigen, musste ein anderer Weg gesucht werden. Dieser wurde gemäss der Erfindung für Röhrendampferzeuger mit
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senkrechter Brennkammer darin gefunden, dass man die Brennkammern mit einzelnen Rohrgruppen, jede bestehend aus einer Anzahl von parallel geschalteten Rohren, auskleidete, die von unten nach oben vom Arbeitsmittel durchflossen werden, durch einzelne Rohre mit entgegengesetztem Strömungssinn miteinander verbunden sind und-was wesentlich ist-die hinsichtlich des Erwärmungszustandes des Arbeitsmittels ungleichwertig sind. Das ergibt einen von den bisherigen Bauformen derartiger Strahlungsheizflächen durchaus abweichenden Aufbau, wie an Hand der Figuren später erläutert werden wird.
Man verzichtet bewusst darauf, in allen Parallelrohren der Strahlungsheizfläche auf einen gleichen Erwärmungszustand des Arbeitsmittels hinzuwirken und schafft durch Einführung der ungleichwertigen Rohrgruppen die Möglichkeit, die Störungsquelle zu verringern. Ausgedehnte Versuche an einem derartigen Dampferzeuger haben gezeigt, dass-es tatsächlich gelingt, auf diese Weise die ungleich-
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durch eine Konvektionsströmung. Es war bereits gesagt, dass bei derartigen Kesseln die Zwangsströmung der ausschlaggebende Faktor ist. Wenn man aber die Rohre so anordnet, dass in ihnen die Strömung von unten nach oben verläuft, so ist es klar, dass sich dann der Zwangsströmung eine Konvektionsströmung, die durch die Erwärmung hervorgerufen wird, überlagern kann.
Wenn dieser Ausgleich auch nicht so gross ist wie bei Kesseln mit natürlichem Umlauf, so zeigt es sich doch, dass er in der Lage ist, in dem für den praktischen Betrieb erforderlichen Mass einen Ausgleich unsymmetrischer Beheizungen herbeizuführen.
Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass bei Kesseln mit Berührungsheizfläehe die Schwierigkeiten, die zur Erfindung führten, nicht auftreten oder jedenfalls nicht in solchem Umfange, dass zu ihrer Behebung besondere Vorkehrungen erforderlich wären. Man kann infolgedessen die Be- riihrungsheizfläche als Kreuzstromwärmeaustauscher ausbilden, in dem das Arbeitsmittel in seiner Hauptrichtung entgegengesetzt zu dem Rauchgas strömt und dabei fortschreitend erwärmt wird. Im Gegensatz zur Anordnung gemäss der Erfindung, bei der die ungleichwertigen Heizflächen alle parallel zur Wärmequelle angeordnet sind, liegen sie bei Berührungsheizflächen alle in Reihe mit der Wärmequelle, die in diesem Falle durch den Heizgasstrom dargestellt wird.
Der Aufbau eines gemäss der Erfindung ausgestalteten Dampferzeugers ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt, wobei die Fig. 1 einen Gesamtaufbau, die Fig. 2 einen Schnitt an der Stelle I/I der Fig. 1 darstellt..
1 ist die Brennkammer, 2 sind die zu ihrer Beheizung dienenden Brenner. Die Rauchgase steigen zunächst in der Brennkammer aufwärts, treten dann in den ersten nachgeschalteten Zug ein, in dem die Überhitzer. und die Vorwärmer 4 liegen, kehren ihre Richtung nochmals um, bestreichen den Vorwärmer 5 und werden schliesslich zum Schornstein 6 abgeleitet. Das Arbeitsmittel tritt durch das Rohr 7 ein, während der erzeugte Dampf durch das Rohr 14 entnommen wird.
Die Brennkammer 1 ist durch eine Strahlungsheizfläche ausgekleidet, die durch die Rohre gebildet wird. Die Rohre sind an die Verteiler a, b, c, d angeschlossen. Von den Verteilern a steigt das Arbeitsmittel durch die Rohre 8 aufwärts und gelangt in den ersten Sammler bu, der mit dem Sammler a2 durch
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Die Fig. 2 lässt nun erkennen, dass die Heizflächengruppen der Strahlungsheizfläche ungleichwertig sind ; denn die Erwärmung des Arbeitsmittels schreitet in der Strömungsrichtung fort. Entgegen der früheren Annahme, dass man auf Gleichhaltung des Erwärmungszustandes in allen Parallelrohren hinarbeiten müsste, hat sich gezeigt, dass gerade diese Ungleichwertigkeit die bisher aufgetretenen Schwierigkeiten zu beseitigen in der Lage ist. Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Anordnung der abfallenden Verbindungsrohre gleichzeitig eine Mischung des Arbeitsmittels bewirkt, das aus den einzelnen Parallelrohren der Heizflächengruppen austritt und der nächsten Heizflächengruppe zugeführt werden soll.