Verfahren, um in Dampfkesseln mit Fallrohren die Dampfblasenbildung in den Fallrohren unschädlich zu machen, und Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens. Bei modernen Dampfkraftanlagen kom men oft sehr schwankende Belastungsverhält nisse vor. Diese Belastungsschwankungen können bisweilen so gross sein, dass sie von praktisch Nullbelastung zu voller Belastung in mur einigen wenigen Sekunden gehen. Mit andern Worten, der Dampfkessel kann unter vollem Druck mit zurückgeschobenem oder reduziertem Feuer liegen, aber mit praktisch keiner Dampfentnahme oder bestenfalls mit mur einigen wenigen Prozent der normalen Kapazität.
Plötzlich kommt ein Dampf bedarf, der der normalen Kapazität des Kes sels entspricht, und dieser Dampf bedarf muss unmittelbar sichergestellt werden, und zwar ehe das Feuer Zeit gehabt hat, in der Stärke so zuzunehmen, dass die Wärmezufuhr dem Bedarf für die normale Dampfproduktion entspricht. Der Dampfbedarf muss dann wäh rend einer gewissen Zeit von der Wärme ge deckt werden, die in dem in dem Dampfdom des Kessels und in sämtlichen wasserführen den Rohren des Kessels befindlichen Kessel wasser gespeichert worden ist. Wenn dieser Dampf abgegeben wird, erfolgt eine entspre chende Drucksenkung, und zwar natürlich z um iiehst in deinjenigen Teil des Kessels, wo der Anschluss für die Dampfentnahme vor gesehen ist, nämlich in dem Dampfdom.
Moderne Wasserrohrkessel, sowohl die jenigen, die für Selbstumlauf, als diejenigen, die für Zwangsumlauf eingerichtet sind, be- sitzen in der Regel ausser dem Dampfdom (der gewöhnlich zur Hälfte mit Wasser gefüllt ist) und wärmeaufnehmenden Wasserrohren auch Fallrohre von dem obenerwähnten Dampf dom zu den Sammelkästen (für Selbstumlauf kessel) der Wasserrohre bzw. zu der Zirku- lationspumpe (für Zwangsumlaufkessel). Das Kesselwasser fliesst vom Dom durch das Fall rohr zu den Sammelkasten bzw.
zu der Zir- kulationspumpe des Kessels und steht unter ungefähr demselben Druck wie das Wasser im Dom und in den übrigen Teilen des Kes sels plus dem Druck, der von der Höhe der Wassersäule im Fallrohr herrührt.
Wenn eine Drucksenkung der oben be schriebenen Art eintritt, erfolgt eine Ver dampfung in sämtlichen Teilen des Kessels, zunächst im Dampfdom. Die Verdampfung, die im Fallrohr des Kessels stattfindet, ist sehr lästig, da sie die normale Kesselwasser- zirkulationsrichtung, und zwar die vom Dampfdom zu den wasseraufnehmenden Roh ren, erschwert, bisweilen ganz verhindert und in gewissen Fällen sogar umkehrt. Dies be ruht darauf, dass die im Fallrohr gebildeten Dampfblasen sich aufwärts einen Weg nach dem freien Dampfraum im Dampfdom suchen, während das Wasser sich abwärts zu bewegen sucht.
Die Dampfblasen werden bisweilen so gross, dass sie die ganze Querschnittsfläche des Fallrohres füllen (siehe Fig. 9 und 10 auf den beigefügten Zeichnungen). Ist die Drucksen- kung genügend schnell, so kann die Wasser strömung in einem Zwangsumlauf kessel ganz aufhören, und in einem Selbstumlaufkessel kann sie die Richtung ändern, so dass das Wasser vom Kessel zum Dom hinaufströmt anstatt normalerweise umgekehrt. Beide Fälle verursachen lästige und bisweilen ziem lich gefährliche Zirkulationsstörungen.
Viele Versuche sind gemacht worden, um die Wir kung der Dampfbildung in den Fallrohren zu verhindern oder zu neutralisieren, meistens durch Kühlen des Wassers im Fallrohr, so dass dasselbe immer unter der Dampfbildungs- temperatur bei den herrschenden Druckver hältnissen gehalten wird. Diese Methoden sind mit vielen Schwächen verbunden und von maschinellen Einrichtungen abhängig, welche die Neigung haben, in den kritischen Augenblicken nicht zu fungieren.
Ausserdem bedeuten sie eine Senkung der Leistung des Kessels, weil die im Kühlwasser aufgenommene Wärme nicht immer nutzbar gemacht werden kann. Wenn unbehandeltes Kühlwasser direkt in das Fallrohr eingespritzt wird, kann dies Kesselsteinbildung in den Wasserrohren verursachen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um in Dampfkesseln mit Fallroh ren die Dampf blasenbildung in den letzteren unschädlich zu machen und damit eine posi tive Zirkulation sicherzustellen. Dieses Ver fahren besteht darin, dass im Zirkulations- wasser im Fallrohr entstandene Dampfblasen aus dem Fallrohr fortgeleitet und dabei auf einem andern Weg als durch das Zirkula- tionswasser nach einem Dampfraum hinüber geleitet werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in das Fallrohr wenigstens eine Öffnung eines mit einem Dampfraum in Verbindung stehenden Rohres mündet, derart, dass Dampf blasen nach diesem abgehen können, ohne durch das Zirkulationswasser im Fallrohr zu passieren. In einer bevorzugten Ausführungs form besteht diese Vorrichtung aus einem an der Wasserzirkulation nicht teilnehmenden Rohr, dessen unterstes Ende mit dem Fall- rohr an derjenigen Stelle in Verbindung steht, wo eine Bildung von Dampfblasen zu befürch ten ist, während der oberste Teil des genann ten Rohres mit dem Dampfraum des Dampf domes oberhalb seiner Wasserfläche in Ver bindung steht.
Durch dieses Rohr, das an sich zweckmässig zu einer Höhe ungefähr ent sprechend der Wasserhöhe des Domes mit wenigstens annähernd stillstehendem Wasser gefüllt ist, werden die gebildeten Dampf blasen nach dem Dom zurückgeleitet, ohne dass sie durch ihre Steigkraft nennenswert die Abwärtsbewegung des Zirkulationswassers verhindern.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der beiliegenden, verschiedene Vorrichtun gen zur Durchführung des Verfahrens dar stellenden Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Zwangsumlaufkessel, der mit dem Fallrohr 1 vom Dom 2 zu der Zirkulationspumpe 3 versehen ist. Von einer Öffnung la im untersten Teil des Fallrohres ist ein Entdampfungsrohr 4 zum Dampf raum 5 des Domes geführt, durch welches die gebildeten Dampfblasen auf einem andern Weg als durch das Zirkulationswasser aus dem Fallrohr fortgeleitet werden. Verbindungs rohre 6 zwischen Fallrohr und Entdamp- fungsrohr können in gewissen Fällen vorteil haft sein und sind an denjenigen Stellen an gebracht, wo eine Dampfblasenbildung zu be fürchten ist.
In diesem Falle liegt das Ent- dampfungsrohr 4 ganz ausserhalb des Fall rohres.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, wo das Ent- dampfungsrohr 4 innerhalb des Fallrohres 1 angebracht ist, wobei der unterste Teil 7 des Rohres nahe der Einlassöffnung der Zirku- lationspumpe 3 angebracht ist.
Das Ent- dampfungsrohr ist längs seiner ganzen Länge bis zum untern Rand des Dampfdomes mit in einer gewissen Entfernung voneinander angeordneten Öffnungen 1ä versehen, welche die im Fallrohr gebildeten Dampfblasen kon tinuierlich auf einem andern Weg als durch das Zirkulationswasser im Fallrohr in den Dampfraum wegleiten sollen. Der obere Rand dieser Öffnungen ist derart ausgebildet, dass er die Blasen leicht auffangen kann.
Selbst verständlich können die Dampfblasen aus den Fallrohren teils durch ausserhalb, teils durch innerhalb der Fallrohre gelegene Ent- dampfungsrohre fortgeleitet werden.
Fig. 3 zeigt eine Einzelheit in grösserem Massstabe der Vorrichtung nach Fig. 2.
Die Vorrichtungen für Selbstumlaufkessel sind im wesentlichen gleich denjenigen, die für Zwangsumlaufkessel gezeigt worden sind, mit der Ausnahme, dass die Zirkulations- pumpe in diesem Falle durch die Sammel- kasten des Kessels ersetzt worden ist.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung ähnlich der jenigen nach Fig. 1, verwendet an einem Dampfkessel mit Selbstumlauf. Man findet somit hier ebenfalls die Rohre 1, 4 und 6. Selbstverständlich kann das Entdampfungs- rohr 4 auch bei einem solchen Dampfkessel innerhalb des Fallrohres 1 verlegt sein. Von den übrigen Teilen des Kessels bezeichnen 9 einen Sammelkasten und 10 die Steigrohre.
Fig. 5 bis 8 und 11 bis 13 zeigen verschie dene Abänderungen der beschriebenen Vor richtung, hauptsächlich verschiedene Anord- rntungen des Entdampfungsrohres.
Fig. 5 zeigt zum Beispiel, dass das Volu men des Entdampfungsrohres 4, zum Bei spiel durch eine Erweiterung 4a, so gross sein kann, dass bei sehr grossen und schnellen Sen kungen des Dampfdruckes, die ein Aufhören und/oder Umkehren der Strömung des Kes selwassers im Fallrohr herbeiführen könnten, die im Entdampfungsrohr befindliche Was sermenge genügend gross ist, um den Wasser bedarf des Kessels während der Drucksen kung sicherzustellen und kräftig dazu beizu tragen, dass die Wasserströmung im Fallrohr schnell wieder eine normale (stabile, positive) Zirkulation wird.
Fig. 6 zeigt eine andere Abänderung von Fig. 1, und zwar mit einem ausgedehnten Teil 12, der ein Beispiel dafür ist, wie das Fallrohr an gewissen Stellen seiner Länge mit Krümmungen, ausgedehnten Teilen oder der gleichen versehen ist, die das Abtrennen von Dampfblasen aus dem Kesselwasser durch Fliehkraft, Schwerkraft, Richtungsverände rung usw. fördern, und wie an diesen Stellen Anschlüsse 6 an das Entdampfungsrohr vor gesehen sind.
Fig. 7 hat zum Zweck, zu zeigen, wie das Fallrohr bei 12 gegenüber Einlassöffnungen 13 des Entdampfungsrohres erweitert ist, um das Abtrennen der Dampf blasen zu erleichtern.
Fig. 9 und 10 zeigen die Verbreitung der Dampfblasen 15 bei Dampfbildung in einem Fallrohr, das mit einem Entdampfungsrohr versehen ist, woraus hervorgeht, dass prak tisch die ganze Querschnittsfläehe des Fall rohres von den Dampfblasen eingenommen sein kann. Sie werden hierdurch als Dampf kissen wirken und dadurch die Zirkulation verhindern.
Fig. 11 und 12 zeigen die Verbreitung der Dampfblasen in einem Fallrohr, das mit Ent- dampfungsrohr 4, zum Beispiel gemäss Fig. 8, versehen ist, und das Auffangen und Fort leiten in den ,Trichtern des Entdampfungs- rohres. Wie beispielsweise aus Fig. 12 hervor geht, ist das Entdampfungsrohr vorzugsweise wenigstens annähernd in der Mitte der Quer schnittsfläche des Fallrohres angebracht.
Fig. 13 zeigt eine Abänderung von Fig. 5, wo ein Teil des Dampfdomes als Wasserreser voir dient, wobei gemäss Fig. 13 ein Teil des Domes mittels einer Zwischenwand 16 derart abgeteilt ist, dass das Wasser im abgeteilten Raum, der mit dem Entdampfungsrohr in direkter Verbindung steht, nicht normal an der Wasserzirkulation des Kessels teilnimmt, sondern nur bei schneller Drucksendung mit begleitender Dampfbildung an der Zirkula tion teilnehmen wird. In dieser Figur ist ge zeigt, wie das Entdampfungsrohr auch bei dieser Ausführungsform alternativ im Fall rohr angebracht werden kann. Das betref fende Rohr ist mit strichpunktierten Linien angedeutet.
Dank der Erfindung lassen sich in den Fallrohren gebildete Dampfblasen ohne Ver wendung von maschinellen Einrichtungen un schädlich machen, die von andern Verhält- nissen beeinflusst werden können als denjeni gen, die im Wassersystem des Dampfkessels selbst existieren.
Process for rendering the formation of vapor bubbles in the downpipes harmless in steam boilers with downpipes, and device for carrying out this process. In modern steam power plants, very fluctuating load conditions often occur. These fluctuations in stress can sometimes be so great that they go from practically zero stress to full stress in just a few seconds. In other words, the boiler can be at full pressure with the fire pushed back or reduced, but with practically no steam extraction, or at best only a few percent of normal capacity.
Suddenly there is a need for steam which corresponds to the normal capacity of the kettle, and this need for steam must be ensured immediately, namely before the fire has had time to increase in strength so that the heat supply corresponds to the need for normal steam production. The steam requirement must then be covered for a certain period of time by the heat that has been stored in the boiler water located in the steam dome of the boiler and in all water-carrying pipes of the boiler. When this steam is released, there is a corresponding pressure reduction, of course z um iiehst in that part of the boiler where the connection for the steam extraction is seen, namely in the steam dome.
Modern water-tube boilers, both those that are designed for self-circulation and those that are set up for forced circulation, generally have, in addition to the steam dome (which is usually half filled with water) and heat-absorbing water pipes, also downpipes from the steam dome mentioned above the collecting tanks (for self-circulation boiler) of the water pipes or to the circulation pump (for forced circulation boiler). The boiler water flows from the dome through the downpipe to the collecting tank or
to the boiler's circulation pump and is under approximately the same pressure as the water in the dome and in the other parts of the boiler plus the pressure resulting from the height of the water column in the downpipe.
If a pressure drop of the type described above occurs, there is evaporation in all parts of the boiler, first in the steam dome. The evaporation that takes place in the downpipe of the boiler is very troublesome, as it makes the normal boiler water circulation direction, namely that from the steam dome to the water-absorbing pipes, difficult, sometimes completely prevented and in certain cases even reversed. This is based on the fact that the steam bubbles formed in the downpipe look for a way upwards to the free steam space in the steam dome, while the water tries to move downwards.
The steam bubbles sometimes become so large that they fill the entire cross-sectional area of the downpipe (see FIGS. 9 and 10 in the accompanying drawings). If the pressure decrease is fast enough, the water flow in a forced circulation boiler can stop completely, and in a self-circulation boiler it can change direction so that the water flows from the boiler up to the dome instead of normally the other way around. Both cases cause annoying and sometimes dangerous circulatory disorders.
Many attempts have been made to prevent or neutralize the effect of steam formation in the downpipes, mostly by cooling the water in the downpipe so that it is always kept below the steam formation temperature under the prevailing pressure conditions. These methods are associated with many weaknesses and are dependent on mechanical equipment which has the tendency not to function in critical moments.
In addition, they mean a reduction in the output of the boiler because the heat absorbed in the cooling water cannot always be used. If untreated cooling water is injected directly into the downpipe, it can cause scale formation in the water pipes.
The present invention relates to a method to make the steam bubble formation in the latter harmless in steam boilers with Fallroh ren and thus ensure a posi tive circulation. This method consists in that vapor bubbles that have arisen in the downpipe in the circulation water are carried away from the downpipe and are passed over to a steam room in a different way than through the circulation water.
The invention also relates to a device for carrying out this method, which is characterized in that at least one opening of a pipe communicating with a vapor space opens into the downpipe, such that steam bubbles can exit after this without blocking through the circulation water in the downpipe happen. In a preferred embodiment, this device consists of a pipe which does not participate in the water circulation, the lower end of which is connected to the downpipe at the point where the formation of vapor bubbles is to be feared, while the uppermost part of the pipe mentioned is connected to the steam chamber of the steam dome above its water surface.
Through this pipe, which is expediently filled to a height approximately corresponding to the water level of the dome with at least approximately still water, the steam bubbles formed are returned to the dome without their climbing force significantly preventing the downward movement of the circulation water.
In the following the invention is explained with reference to the accompanying, various Vorrichtun conditions for performing the method is representative drawing, for example.
1 shows a forced circulation boiler which is provided with the downpipe 1 from the dome 2 to the circulation pump 3. From an opening la in the lowest part of the downpipe, an evaporation pipe 4 is led to the steam room 5 of the dome, through which the vapor bubbles formed are passed on in a different way than through the circulation water from the downpipe. Connecting pipes 6 between the downpipe and the evaporation pipe can be advantageous in certain cases and are placed at those points where the formation of vapor bubbles is to be feared.
In this case, the evaporation pipe 4 lies completely outside the downpipe.
2 shows a device where the evaporation pipe 4 is fitted inside the downpipe 1, the lowermost part 7 of the pipe being fitted near the inlet opening of the circulation pump 3.
The evaporation pipe is provided along its entire length up to the lower edge of the steam dome with openings 1a arranged at a certain distance from one another, which are intended to continuously divert the steam bubbles formed in the downpipe into the steam space in a different way than through the circulation water in the downpipe. The upper edge of these openings is designed in such a way that it can easily catch the bubbles.
It goes without saying that the vapor bubbles can be carried away from the downpipes partly through the evaporation pipes located outside and partly through the downpipes.
FIG. 3 shows a detail on a larger scale of the device according to FIG.
The devices for self-circulation boilers are essentially the same as those shown for forced circulation boilers, with the exception that in this case the circulation pump has been replaced by the boiler's collecting tank.
Fig. 4 shows a device similar to that of Fig. 1, used on a steam boiler with self-circulation. The pipes 1, 4 and 6 are thus also found here. Of course, the evaporation pipe 4 can also be laid within the downpipe 1 in such a steam boiler. Of the remaining parts of the boiler, 9 designate a collecting tank and 10 the riser pipes.
5 to 8 and 11 to 13 show various modifications of the described device, mainly different arrangements of the evaporation tube.
Fig. 5 shows, for example, that the volume of the evaporation tube 4, for example through an extension 4a, can be so large that in the case of very large and rapid reductions in the steam pressure, the cessation and / or reversal of the flow of the Kes selwassers in the downpipe, the amount of water in the evaporation pipe is large enough to ensure the water needs of the boiler during the pressure reduction and contribute strongly to the fact that the water flow in the downpipe quickly becomes a normal (stable, positive) circulation again.
Fig. 6 shows another modification of Fig. 1 with an expanded part 12 which is an example of how the downcomer is provided at certain points along its length with bends, expanded parts or the like, which allow the separation of vapor bubbles promote from the boiler water by centrifugal force, gravity, change of direction, etc., and how at these points connections 6 are seen on the evaporation pipe before.
The purpose of Fig. 7 is to show how the downpipe at 12 is widened in relation to inlet openings 13 of the evaporation tube in order to facilitate the separation of the steam bubbles.
Fig. 9 and 10 show the distribution of the vapor bubbles 15 with vapor formation in a downpipe which is provided with an evaporation pipe, from which it can be seen that practically the entire cross-sectional area of the downpipe can be occupied by the vapor bubbles table. This will act as a cushion of steam and prevent circulation.
11 and 12 show the diffusion of the vapor bubbles in a downpipe which is provided with an evaporation pipe 4, for example according to FIG. 8, and the collection and conveyance in the funnels of the evaporation pipe. As can be seen, for example, from FIG. 12, the evaporation tube is preferably attached at least approximately in the middle of the cross-sectional area of the downpipe.
Fig. 13 shows a modification of Fig. 5, where part of the steam dome serves as a water reservoir, whereby, according to FIG. 13, part of the dome is partitioned off by means of a partition 16 in such a way that the water in the partitioned off space connected to the evaporation pipe is directly connected, does not normally participate in the boiler's water circulation, but only takes part in the circulation when pressure is sent quickly with accompanying steam formation. In this figure it is shown how the evaporation tube can be attached alternatively in the case pipe in this embodiment. The relevant pipe is indicated by dash-dotted lines.
Thanks to the invention, vapor bubbles formed in the downpipes can be made harmless without the use of mechanical devices, which can be influenced by other conditions than those which exist in the water system of the steam boiler itself.