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Verfahren und Einrichtung zur Kühlung des überhitzten
Heizdampfes von Wärmeaustauschern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kühlung des überhitzten Heizdampfes zum Vorwärmen eines Mediums, z. B. in einem Wärmeaustauscher, wobei der zugeführte überhitzte Dampf durch das eigene Kondensat hindurchgeführt wird. Der Heizdampf wird von verschiedenen Quellen aus zugeführt, wie z. B. von der Anzapfung einer Dampfturbinenanlage, von den Reduktionsstellen, der Dampfverteiler u. dgl. und weist oft eine äusserst hohe Temperatur auf. So hat z. B. für die Hochdruck-Speisewasservorwärme der Heizdampf bei einem Druck von 25 Atü eine Temperatur von 2500C.
Im Regenerativteil einer Dampfturbine steht der Dampf bis 50 Atü mit 475C zur Verfügung. In solchen Fällen ist der Vorwärmerdampfraum aus hochwertigen legierten Rohstoffen zu konstruieren und herzustellen, oder irgendeine Einrichtung zur Kühlung des Heizdampfes auszuführen.
Am gebräuchlichsten ist die sogenannte Einrichtung zur Ausnutzung des überhitzten Dampfes.
Das Hochdruck-Speisewasser, welches zuvor im eigenen Vorwärmer durch den kondensierenden Dampf erwärmt wurde, wird dem besonderen selbständigen Rohrwärmeaustauscher oder dem im eigentlichen Vorwärmer eingebauten Austauscher zugeführt, in dem es noch durch die vom überhitzten und um die Rohre strömenden Dampf abgenommene Wärme erwärmt wird. Durch die Wärmeabnahme wird die Wärme des überhitzten Dampfes auf den geforderten Wert herabgesetzt und der Dampf strömt weiter durch die Rohrleitung, falls der Austauscher selbständig ist, oder geht direkt in den Kondensationsteil des Hochdruckvorwärmers ein. Diese Einrichtung weist aber mehrere Nachteile auf. Falls sie als selbständiger Austauscher gelöst ist, muss der Gerätemantel ganz legiert sein und das Rohrsystem durch den Speisewasserdruck beansprucht werden.
Bei der Beschädigung von Wärmeaustauschern würde das Hochdruck-Speisewasser in den hoch überhitzten Dampf strömen. Das Gewicht und auch der Preis wird auch in dem Falle grösser, wenn dieser Wärmeaustauscher in dem Dampfraum des Hochdruckvorwärmers zum Zwecke der Heizdampftemperatur-Verminderung installiert ist. Bei einer analogen Einrichtung wird die Temperatur des überhitzten Dampfes durch das Kondensat von diesem Dampf (statt des Speisewassers) herabgesetzt, welches Kondensat unter einem hohen Druck mit Hilfe der Speisepumpen über den Kühler in die Speiserohrleitung gelangt. Auch diese Einrichtung weist die gleichen Nachteile auf.
Ein weiteres bekanntes Kühlverfahren des überhitzten Dampfes beruht darin, dass das Kühlwasser in den Dampf eingespritzt wird. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass eine Einrichtung zum Wassereinspritzen, ein Dampfkühler, ein Steuerorgan zum Regulieren der Menge des einzuspritzenden Wassers u. dgl. zu installieren sind.
Bekannt ist es auch, den zugeführten überhitzten Heizdampf durch das eigene, mit Kühlwasser gemischte Kondensat hindurchzuführen, wobei der Dampf in das Mischwasser eingespritzt wird. Dies hat jedoch den Nachteil, dass es bei hoch überhitzten Dämpfen, etwa über 300 C, zu starken Stössen und dadurch verursachten Erschütterungen der dabei verwendeten Einrichtungen kommen kann.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren der eingangs angeführten Art, welches die aufgezeigten
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Mängel vermeidet, was erfindungsgemäss dadurch erreicht wird, dass der zugeführte überhitzte Heizdampf in einem Rohr durch einen Oberflächenkühler hindurchgeleitet und dabei in diesem lediglich durch das eigene Kondensat von gleichem oder herabgesetztem Druck als der überhitzte Dampf gekühlt wird.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und ist dadurch gekennzeichnet, dass der an den Hauptwärmeaustauscher durch eine Rohrleitung angeschlossene und von einer Rohrleitung für den überhitzten Heizdampf durchsetzte Oberflächenkühler als ein selbständiger oder in den Innenraum des Hauptwärmeaustauschers eingebauter Kühler ausgebildet ist. Nach andern Merkmalen der Erfindung sind am selbständigen Oberflächenkühler Rohrleitungen für die Ableitung von Dampf angeschlossen, dessen Temperatur und Druck sich vom zugeleiteten überhitzten Heizdampf unterscheidet. Die Rohrleitung zur Ableitung des verdampften Kondensates wird vom Oberflächenkühler in den Hauptwärmeaustauscher oder in den vorgeschalteten Wärmeaustauscher eingeführt.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind, näher erläutert. In diesen zeigt Fig. 1 ein allgemeines Schemabild der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 ein Schema einer Einrichtung mit einstufiger Vorwärmung, Fig. 3 ein Schema einer Einrichtung mit zweistufiger Vorwärmung und Fig. 4 eine alternative Ausführung zu Fig. 3.
Bei der Einrichtung gemäss Fig. 1 tritt der überhitzte Heizdampf durch eine Rohrleitung--4--
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--1-- ein,Hauptwärmeaustauscher --2-- kondensiert der Dampf und wird in den Kühler--l--durch die Rohrleitung --6-- geführt. Von dem Kühler --1-- wird er durch die Rohrleitung-S-abgeleitet, in der das Steuerorgan --7-- angeordnet ist, welches das Kondensatniveau im hauptwärmeaustauscher --2-- regelt. Durch die Wärme des überhitzten Dampfes wird ein bestimmter Teil des Kondensats im Kühler--l--verdampft und der Sattdampf mittels der Rohrleitung--9-zum Hauptwärmeaustauscher --2-- zurückgeführt.
In der Fig. 2 ist das Schemabild der einstufigen Vorwärmung eines bestimmten Mediums durch den überhitzten Dampf gezeigt, welcher zunächst im in den Hauptwärmeaustauscher--2-- eingebauten Kühler--l--gekühlt ist. Der überhitzte Dampf geht durch die Rohrleitung--4--in
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--2-- hineinströmt. Das Kondensat wird durch die Rohrleitung --6-- abgeleitet, in der das das Kondensatniveau des hauptwärmeaustauschers --2-- regulierende Steuerorgan --7-- eingebaut ist.
In der Fig. 3 ist das Schema der zweistufigen Vorwärmung eines bestimmten Mediums durch den überhitzten Dampf in der II. Stufe veranschaulicht. Der überhitzte Dampf geht durch die Rohrleitung --4-- in den Kühler--l--ein, wo die überhitzung auf die geforderte Temperatur herabgesetzt wird und durch die Rohrleitung --5-- geht er in den Wärmeaustauscher --2-- der II.Stufe hinein,
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Dampf strömt über den Kühler --1-- durch die Rohrleitung--10--in den Wärmeaustauscher - -3-- der I. Stufe hinein. Das von dem Kühler --1-- herkommende Kondensat wird durch die Rohrleitung--8--in die Kondensationsrohrleitung--11--aus dem Wärmeaustauscher --3-- der I. Stufe abgeleitet.
Durch die Wärme des überhitzten Dampfes wird ein bestimmter Teil des Kondensats im Kühler--l--verdampft und gemeinsam mit dem freigelassenen Dampf nach der Dampfdruckabnahme durch die Rohrleitung--10--in den Wärmeaustauscher der I. Stufe eingeführt.
In der Fig. 4 ist eine analoge Schaltung der zweistufigen Erwärmung eines bestimmten Mediums wie in der Fig. 3 mit dem Unterschied veranschaulicht, dass der überhitzte Dampf bei der Einführung in den Wärmeaustauscher sowohl der II. Stufe, als auch der I. Stufe gekühlt wird. Der verdampfte Dampf wird in den Austauscher--3--der I. Stufe oder in den Wärmeaustauscher --2-- der II.Stufe eingeführt, wie gestrichelt und in der Bezeichnung zwischen Klammern gezeichnet.
Bei der Wahl der Geschwindigkeit des überhitzten Dampfes im Kühler--l--mit Rücksicht auf den zweckdienlichsten Koeffizienten des Wärmeüberganges "k" ist eine kleine Wärmeaustauschfläche des Kühlers zu erzielen, welche Fläche einen Bruchteil der des Hauptwärmeaustauschers bildet und auch die kleinsten hydraulischen Verluste darstellt.