Dampferzeugungsanlage
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Dampferzeugungsanlage mit Gegenstrom-Röhrenwärmeaustauscher. Bei bekannten Anlagen dieser Art wird die zu verdampfende Flüssigkeit (meist Wasser) mit geringem Druck durch ein relativ langes Röhrensystem des mit Heissgasen beschichteten Wärmeaustauschers gefördert. Der Platzbedarf dieser Anlagen ist gross, ebenso der Aufwand an Rohren, Ventilen und Umleitungsarmaturen, besonders wenn Trockendampf erzeugt werden soll, was meist nur in mehreren Stufen, d. h. durch Hinterenanderschalten mehrerer Wärmeaustauscher möglich ist, wobei in den Rohren der ersten Stufe meist nur Wasser zirkuliert und nur relativ wenig Nassdampf erzeugt wird.
Demgegenüber bezweckt die vorliegende Erfindung, eine Anlage zu schaffen, die mit einem einzigen, relativ kleinen Röhrenaustauscher auskommt, in welchem eine vollständige Verdampfung der Flüssigkeit erfolgt. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäss an das Einlassende jedes Siederohres des Wärmeaustauschers eine von einer Hochdruckpumpe mit zu verdampfender Flüssigkeit gespeiste Einspritzdüse angeschlossen.
Dadurch ist es möglich, Druck und Menge der dem einzelnen Rohr zugeführten Flüssigkeit so zu bemessen, dass die eingespritzte Flüssigkeit praktisch unmittelbar verdampft, so dass schon mit relativ kurzen Rohren in einem nachgeordneten Dampfsammler Trockendampf erhalten werden kann.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht der Anlage, und
Fig. 2 eine Ansicht der Brennerseite der Anlage.
In der Zeichnung ist 1 ein mit Kühlwasser gespeister Kühlturm, in welchem ein an eine Hochdruckpumpe 2 angeschlossener Verteiler 3 für die zu verdampfende Flüssigkeit, z. B. Wasser, angeordnet ist. Vom Verteiler 3 führen Druckrohre 4 durch den Kühlturm 1 nach oben. Am oberen Ende jedes Druckrohres 4 ist eine auswechselbare Einspritzdüse 5 vorgesehen, deren Mundstück in einen Anschlussstutzen 6 mündet; die Anschlussstutzen 6 sind in einer Seitenplatte 7 eines Kamins 8 fixiert. Das Kamin 8 bildet den oben liegenden Auslass eines geneigt angeordneten Kesselrohres 9; in der Zeichnung ist eine Kesselrohrneigung zur Horizontalen von etwa 300 angenommen; die Rohrneigung könnte aber auch etwas kleiner oder grösser sein.
Durch dieses Kesselrohr 9 erstrecken sich achsparallele Siederohre 10, deren obere Enden je an einen der Anschlussstutzen 6 angeschlossen sind, während die unteren Rohrenden durch eine stirnseitige Kesselrohrwand 11a hindurch in einen Dampfsammelraum 11 münden. An diesem Dampfsammelraum 11 ist ein Abzugrohr 12 für den Dampf angeschlossen. In der Kesselstirnwand 11a ist eine siederohrfreie Partie ausgespart, die durch eine ein Flammrohr bildende Haube 13 gegen den Dampfsammelraum hin abgeschirmt ist. In dieses Flammrohr hinein ragt das Düsenrohr eines Ölbrenners 14.
Beim Betrieb der Anlage gelangen die vom Brenner 14 erzeugten Heissgase durch das Flammrohr 13 in das Kesselrohr 9 und von dort in den Kamin 8. Gleichzeitig wird mittels der Hochdruckpumpe 2, deren Auslassdruck zweckmässig mindestens 10 at über dem gewünschten Dampfdruck liegt, zu verdampfende Flüssigkeit in den Verteiler 3 gefördert, von wo sie durch die Druckrohre 4 und die Düsen 5 in die Siederohre 10 gelangt; die in die Siederohre 10 unter relativ hohem Druck eingespritzte Flüssigkeit verdampft in den Siederohren, wobei der erzeugte Dampf im Dampfsammelraum 11 von der Flammrohrhaube 13 zusätzlich erhitzt und damit getrocknet wird, wonach er durch das Abzugrohr 12 die Anlage verlässt. Der Kühlturm 1 gestattet es, die zugeführte Speiseflüssigkeit knapp unter ihrer Siedetemperatur zu halten.
Anstelle des gezeichneten Ölbrenners 14 könnte natürlich auch jede andere Wärmequelle mit geeignetem Wärmeträger vorgesehen sein, wobei die Haube 13 ebenfalls als Wärmeträgereinlass für das Kesselrohr dient. Zahl, Länge und Durchmesser der Siederohre richten sich selbstverständlich nach der gewünschten Dampferzeugungsleitung der Anlage. Da gerade Siederohre vorgesehen sind, können diese sowie das sie umschliessende Kesselrohr stirnseitig leicht zugänglich gemacht werden, was die Wartung und Reinigung der Anlage erheblich erleichtert. Auch die den Siederohren 10 zugeordneten Düsen 5, die ausserhalb des Kesselrohres 9 liegen, sind leicht zugänglich und ohne grössere Demontagearbeiten an der Anlage einfach auszuwechseln.
Innerhalb des Kesselrohres 9, d. h. in den Siederohren 10, ist keinerlei Flüssigkeitsreserve vorhanden oder notwendig und dem Wärmeaustauscher wird über die Düsen 5 nur so viel Flüssigkeit zugeführt, dass diese beim Durchlaufen der Siederohre vollständig verdampft. Die Sprühwirkung der Düsen 5 und die Neigung der Siederohre 10 bewirken ausserdem ein zwangsläufiges Fördern der Flüssigkeit gegen den Dampfsammler hin.
Obwohl sich die beschriebene Anlage vor allem zur Erzeugung von Wasserdampf eignet, kann sie bei geeigneter Dimensionierung auch zum Verdampfen anderer Flüssigkeiten verwendet werden.
Steam generating plant
The present invention relates to a steam generation system with a countercurrent tubular heat exchanger. In known systems of this type, the liquid to be evaporated (mostly water) is conveyed at low pressure through a relatively long tube system of the heat exchanger coated with hot gases. The space required by these systems is large, as is the expenditure on pipes, valves and diversion fittings, especially if dry steam is to be generated, which is usually only in several stages, i.e. H. is possible by connecting several heat exchangers in series, with mostly only water circulating in the tubes of the first stage and only relatively little wet steam being generated.
In contrast, the present invention aims to create a system which manages with a single, relatively small tube exchanger in which complete evaporation of the liquid takes place. For this purpose, according to the invention, an injection nozzle fed by a high-pressure pump with liquid to be evaporated is connected to the inlet end of each boiler pipe of the heat exchanger.
This makes it possible to measure the pressure and quantity of the liquid supplied to the individual tube in such a way that the injected liquid evaporates practically immediately, so that dry steam can be obtained in a downstream steam collector even with relatively short tubes.
In the accompanying drawing, an embodiment of the invention is shown schematically; it shows:
Fig. 1 is a side view of the plant, and
Fig. 2 is a view of the burner side of the system.
In the drawing, 1 is a cooling tower fed with cooling water, in which a distributor 3 connected to a high pressure pump 2 for the liquid to be evaporated, e.g. B. water is arranged. From the distributor 3, pressure pipes 4 lead through the cooling tower 1 upwards. At the upper end of each pressure tube 4, an exchangeable injection nozzle 5 is provided, the mouthpiece of which opens into a connection piece 6; the connecting pieces 6 are fixed in a side plate 7 of a chimney 8. The chimney 8 forms the overhead outlet of an inclined boiler tube 9; In the drawing, a boiler tube inclination to the horizontal of about 300 is assumed; however, the inclination of the pipe could also be slightly smaller or larger.
Axially parallel boiler tubes 10 extend through this boiler tube 9, the upper ends of which are each connected to one of the connecting pieces 6, while the lower tube ends open through an end boiler tube wall 11a into a steam collecting space 11. An exhaust pipe 12 for the steam is connected to this steam collecting space 11. In the boiler end wall 11a a boiler pipe-free section is cut out, which is shielded from the steam collecting space by a hood 13 forming a flame pipe. The nozzle tube of an oil burner 14 protrudes into this flame tube.
When the system is in operation, the hot gases generated by the burner 14 pass through the flame tube 13 into the boiler tube 9 and from there into the chimney 8. At the same time, liquid to be evaporated is injected into the high-pressure pump 2, the outlet pressure of which is expediently at least 10 atm above the desired vapor pressure promoted the distributor 3, from where it passes through the pressure pipes 4 and the nozzles 5 into the boiler pipes 10; the liquid injected into the boiler tubes 10 under relatively high pressure evaporates in the boiler tubes, the steam generated in the steam collecting space 11 being additionally heated by the flame tube hood 13 and thus dried, after which it leaves the system through the exhaust tube 12. The cooling tower 1 allows the supplied feed liquid to be kept just below its boiling temperature.
Instead of the oil burner 14 shown, any other heat source with a suitable heat transfer medium could of course also be provided, the hood 13 also serving as a heat transfer medium inlet for the boiler tube. The number, length and diameter of the boiler pipes are of course based on the desired steam generation line of the system. Since straight boiler pipes are provided, these and the boiler pipe surrounding them can be made easily accessible at the front, which makes maintenance and cleaning of the system much easier. The nozzles 5 assigned to the boiler tubes 10, which are located outside the boiler tube 9, are also easily accessible and can be easily exchanged without major dismantling work on the system.
Inside the boiler tube 9, d. H. in the boiling tubes 10, there is no liquid reserve present or necessary and the heat exchanger is only fed so much liquid via the nozzles 5 that it evaporates completely when passing through the boiling tubes. The spray effect of the nozzles 5 and the inclination of the boiling pipes 10 also cause the liquid to be inevitably conveyed towards the steam collector.
Although the system described is particularly suitable for generating water vapor, it can also be used for evaporating other liquids if the dimensions are suitable.