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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung umfassend einen Dampfsättiger zur Erzeugung von Sattdampf sowie eine Einrichtung zum Nachspeisen der in dem Dampfsättiger verdampften Flüssigkeit, wobei der Dampfsättiger einen Dampfeinlass umfasst, über den dem Dampfsättiger Dampf zugeführt wird, der Dampfsättiger einen Dampfauslass für den erzeugten Sattdampf umfasst, der Dampfsättiger einen Kondensatrücklauf umfasst und wobei im unteren Bereich des Dampfsättigers ein Flüssigkeitspegel an Kondensat aufrechterhalten wird, welcher mit dem Kondensatrücklauf in Fluidverbindung steht, wobei der Kondensatrücklauf mit der Einrichtung zum Nachspeisen der verdampften Flüssigkeit in Verbindung steht.
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Stand der Technik
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In vielen Prozessen kommt gesättigter Dampf zum Einsatz, da er gegenüber überhitztem Dampf zwei Vorteile aufweist: Erstens ist die Temperatur direkt an den Druck gebunden, so dass sich über eine Druckregelung auch die Temperatur sehr gut regeln lässt. Zweitens eignet sich gesättigter Dampf besser zur Erwärmung anderer Fluide in Wärmetauschern, da bei Kontakt mit kühleren Oberflächen sofort mit hohen Wärmeübergangskoeffizienten kondensiert werden kann. Bei überhitztem Dampf hingegen muss erst mit geringeren Koeffizienten bis zur Sättigungstemperatur abgekühlt werden, bevor die Kondensation einsetzt.
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Sattdampf wird entweder direkt in Dampferzeugern bereitet oder aus überhitztem Dampf in Dampfsättigern hergestellt. Da es jedoch auch Anwendungen für überhitzten Dampf gibt und der Transport von überhitztem Dampf Vorteile bietet, kommt ein Dampfsättiger meistens erst dort zum Einsatz, wo tatsächlich gesättigter Dampf benötigt wird.
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Ein Dampfsättiger besteht in der Regel aus einem Druckbehälter, der zum Teil mit Flüssigkeit (Dampfkondensat oder Kesselspeisewasser) gefüllt ist. Der Behälter kann stehend oder liegend ausgeführt sein. Unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet sich ein Dampfverteiler, durch den der überhitzte Dampf in die Flüssigkeit eingebracht wird. Eine Druckhaltung sorgt dafür, dass ausreichende Mengen überhitzten Dampfes nachgespeist werden, um den gewünschten Prozessdruck auf der Sattdampfseite zu halten. Da der eingespeiste Dampf unter definiertem Druck durch die Flüssigkeit strömen muss, tritt er an der Flüssigkeitsoberfläche als Sattdampf unter eben diesem Druck wieder aus und kann aus dem Druckbehälter abgezogen und zu den Verbrauchern geleitet werden.
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Solange der Dampfsättiger mit einem ausreichend hohen Flüssigkeitsstand betrieben wird, ist die Erzeugung von Sattdampf sichergestellt. Der Dampfsättiger kann verhältnismäßig einfach mit Sicherheitseinrichtungen für Übertemperatur und -druck sowie zu hohem /zu niedrigem Füllstand ausgestattet werden.
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Da durch die Einleitung von überhitztem Dampf jedoch ein Teil der im Dampfsättiger enthaltenen Flüssigkeit verdampft, kommt es zu einer Abnahme des Füllstands. Diese Flüssigkeit muss nachgespeist werden, um den bestimmungsgemäßen Betrieb des Dampfsättiger aufrechterhalten zu können und nachgeschaltete Systeme vor zu hoher Dampftemperatur zu schützen. Das ist insbesondere bei Anwendungen von Bedeutung, bei denen zu hohen Dampftemperaturen ein Produkt schädigen können oder Sicherheitsrisiken darstellen, wie beispielsweise bei Ammoniumnitrat.
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Die Nachspeisung wurde bisher auf zwei verschiedene Arten realisiert: Bei Dampfsättigern, die nur einen Verbraucher, zum Beispiel den Konzentrator einer Ammoniumnitratanlage, versorgen, kann das Kondensat des Verbrauchers direkt in den Dampfsättiger zurückgeführt werden. Der Dampfsättiger weist dann einen Ablauf und/oder Überlauf auf, durch den das überschüssige Kondensat das System Dampfsättiger/Verbraucher wieder verlassen kann. Die bisherige Alternative besteht aus einer Kondensatleitung, die den Dampfsättiger entweder über eine externe Druckleitung mit Dampfkondensat bzw. Kesselspeisewasser oder eine anlageninterne Rückführung von Dampfkondensat über die Dampfkondensatpumpen nachfüllt.
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Für die Nachspeisung mit externer Quelle (etwa eine Kesselspeisewasserdruckleitung) ist das Vorhandensein eben dieser Leitung und eine externe Druckquelle erforderlich, zusätzlich auch ein automatisches Ventil zur Steuerung des Füllstands im Dampfsättiger. Bei der Versorgung mit Dampfkondensat aus anlageninternen Pumpen müssen diese Pumpen in Betrieb sein und den nötigen Förderdruck aufbringen, um in den unter Druck stehenden Dampfsättiger fördern zu können. Anschaffung und Betrieb dieser Pumpen werden so kostspieliger-für geringe Mengen an Dampfkondensat, das in den Dampfsättiger zurückgeführt werden muss. Auch hier muss ein automatisches Ventil eingesetzt werden.
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Aus der
DE 27 18 927 A1 ist ein Dampfsättiger für Textilveredlungsvorrichtungen bekannt, wobei der Dampfsättiger hier als stehender Behälter ausgeführt ist und einen konischen Bodenteil aufweist, in dem sich das von dem Dampf nicht aufgenommene Wasser sammelt. Um einen konstanten Badspiegel in diesem konischen Bodenteil zu erhalten, mündet in den unteren Teil des Behälters eine Leitung mit einem Schwimmerableiter. An einem Wasserstandsanzeiger kann der jeweilige Badspiegelstand abgelesen werden. Über ein Ablassventil an der tiefsten Stelle des Behälters kann überflüssiges Wasser abgezogen werden. Über eine Leitung kann das überflüssige Wasser einer Pumpe zugeleitet und danach über Ventile im Kreislauf geführt und somit in den Behälter zurückgeführt werden.
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Aus der
DE 2046753 A1 sind ein Verfahren und eine Anlage zur Entschwefelung heißer unter Druck stehender Gase bekannt. Ein H
2S- und Wasserdampf-haltiges Gas wird gekühlt und durch einen Absorptionsturm geleitet, in dem H
2S ausgewaschen wird und strömt dann zu einem Dampfsättiger, in dem es über eine in einem Kühler erwärmte Flüssigkeit aufgewärmt und mit Dampf aufgesättigt wird. Für die Aufsättigung wird Kreislaufwasser verwendet, bei dem es sich um Eigenkondensat aus zwei Kühlern handelt. Das Eigenkondensat wird teilweise abgeführt und teilweise wird die als Ergänzung für den Kreislauf erforderliche Wassermenge über eine Leitung entnommen, einem Abstreifer zugeführt und dann über eine Kreislaufleitung im oberen Bereich in den Dampfsättiger eingespeist. Dabei wird im Dampfsättiger das Wasser aus dem Kreislauf ins Reingas hinein verdampft. Bei dieser bekannten Anlage gibt es keine Korrelation zwischen einem Füllstand des Dampfkondensats im Dampfsättiger und dem Flüssigkeitspegel in den Kühlern. Auch hier sind mess- und regeltechnische Einrichtungen notwendig, um festzustellen, welches Volumen an Kondensat notwendig ist, um die für die Nachspeisung erforderliche Wassermenge zu ergänzen. Zudem ist die hier verwendete Anlage recht komplex aufgebaut.
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Beschreibung der vorliegenden Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung mit einem Dampfsättiger mit den eingangs genannten Merkmalen zur Verfügung zu stellen, bei dem die Nachspeisung des im Dampfsättiger verdampften Kondensats quasi selbsttätig erfolgt.
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Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert eine Anordnung umfassend einen Dampfsättiger der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist die Einrichtung zum Nachspeisen des Kondensats als Kondensator ausgebildet und umfasst eine Kühlvorrichtung zum Kondensieren von dieser Einrichtung zugeführtem Dampf.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, den Dampfsättiger um einen mit einem Kühlmittel, beispielsweise mit Kühlwasser betriebenen Kondensator zu erweitern. Dieser kühlmittelbetriebene Kondensator kann vorzugsweise verhältnismäßig klein dimensioniert sein, im Verhältnis zum Volumen und zur Größe des Dampfsättigers, welchem der Kondensator zugeordnet ist. Dieser Kondensator ist vorzugsweise so bemessen und angeordnet, dass er lediglich die zur Nachspeisung benötigten Mengen Dampfkondensat aus Sattdampf erzeugt. Dazu ist zwar auch ein sekundäres Medium, insbesondere Kühlwasser erforderlich. Dieses steht aber ohnehin in Anlagen dieser Art zur Verfügung und wird bereits hinsichtlich des Durchflusses überwacht. Es entsteht also kein Aufwand für zusätzliche Mess- und Regeltechnik.
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Die erfindungsgemäße Lösung beschreitet somit einen anderen Weg als der vorgenannte Stand der Technik. Dem Dampfsättiger wird das verdampfte Kondensat nicht als zirkulierende Flüssigkeit, also Kreislaufwasser, zugeführt, sondern das Kondensat wird quasi nur bei Bedarf, nämlich dann wenn der Kondensatpegel im Dampfsättiger sinkt, in dem Kondensator erzeugt und zwar durch Kondensieren von Sattdampf, welcher vom Dampfsättiger dem Kondensator zugeführt und dann im Kondensator mittels der Kühlvorrichtung kondensiert wird.
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Vorzugsweise umfasst die Anordnung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mindestens eine vom Dampfsättiger zum Kondensator führende Verbindungsleitung für Sattdampf, welche vorgesehen ist, um Sattdampf von dem Dampfsättiger in den Kondensator zu fördern. Über diese Verbindungsleitung wird dem Kondensator der Dampf für die Bildung von Kondensat für das Wiederauffüllen (Nachspeisen) des Dampfsättigers zugeführt, so dass eine zusätzliche Dampfquelle nicht notwendig ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Dampfsättiger neben einem ersten Dampfauslass für Sattdampf mindestens einen zweiten Dampfauslass, welcher über eine Verbindungsleitung mit dem Kondensator in Fluidverbindung steht. Über den genannten ersten Dampfauslass wird der im Dampfsättiger erzeugte Sattdampf abgeführt und dann den entsprechenden Verbrauchsstellen zugeführt, die Sattdampf benötigen. Der zweite Dampfauslass ist über die Verbindungsleitung mit dem Kondensator verbunden und speist diesen mit Sattdampf, der für die Erzeugung von Kondensat für die Nachspeisung benötigt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der Dampfsättiger wenigstens einen Kondensatrücklauf auf, welcher über mindestens eine Verbindungsleitung in Fluidverbindung mit dem unteren Bereich des Kondensators steht. Wenn bei Bedarf Kondensat für den Dampfsättiger in dem Kondensator erzeugt wird, kann dieses über die Verbindungsleitung und den Kondensatrücklauf vom Kondensator zum Dampfsättiger strömen. Vorzugsweise befindet sich dieser Kondensatrücklauf in einem unteren Bereich des Dampfsättigers. Außerdem weist der Dampfsättiger vorzugsweise an einer Stelle, die in Höhenrichtung des Dampfsättigers gesehen oberhalb des Kondensatrücklaufs liegt, zusätzlich zu dem Kondensatrücklauf einen regulären Kondensatauslass auf, über den man beispielsweise bei zu hohem Pegelstand im Dampfsättiger Kondensat aus dem Dampfsättiger abführen kann.
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Vorzugsweise ist gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung der Dampfsättiger mit dem Kondensator über die Verbindungsleitungen nach Art kommunizierender Röhren gekoppelt, derart, dass sich bei Änderungen des Flüssigkeitspegels an Kondensat im Dampfsättiger auch der Flüssigkeitspegel an Kondensat im Kondensator entsprechend ändert. Durch diese Maßnahme führt ein Absinken des Pegelstands an Kondensat im Dampfsättiger zwangsläufig auch zu einem Absinken des Pegelstands im Kondensator, wodurch im Kondensator der Vorgang des Kondensierens von Dampf quasi selbsttätig ausgelöst wird, wenn im Dampfsättiger Bedarf für zusätzliches Kondensat entstanden ist.
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Vorzugsweise weist gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die Kühlvorrichtung des Kondensators Wärmeübertragungsflächen auf, welche bei Normalfüllstand im Dampfsättiger mit Kondensat geflutet sind. Solange somit dieser Normalfüllstand im Dampfsättiger herrscht, wird im Kondensator kein zusätzliches Kondensat erzeugt. Wenn jedoch der Füllstand im Dampfsättiger absinkt, sinkt zwangläufig auch der Pegelstand im Kondensator und die vorgenannten Wärmeübertragungsflächen der Kühlvorrichtung werden dann teilweise freigelegt und kondensieren Sattdampf im Kondensator, welcher diesem vom Dampfsättiger zugeführt wird. Der Flüssigkeitspegel an Kondensat im Dampfsättiger steigt dann wieder an.
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Die Anbringung des Kondensators außerhalb des Dampfsättigers hat somit den Vorteil, dass nicht kontinuierlich Dampfkondensat abgekühlt wird. Der Kondensator kann aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung alternativ sowohl innerhalb als auch außerhalb des Dampfsättigers angeordnet sein. Wenn er innerhalb des Dampfsättigers angeordnet ist, benötigt er nicht unbedingt ein eigenes Gehäuse.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Kondensator weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Drittel, besonders bevorzugt nur einen Bruchteil, beispielsweise nur ein Fünftel oder nur ein Zehntel der Behältergröße und des Behältervolumens des Dampfsättigers aufweist. Insbesondere wenn der Kondensator außerhalb des Dampfsättigers angeordnet ist und ein eigenes Gehäuse aufweist, ist es ein Kostenvorteil, wenn der Kondensator kleiner ist als der Dampfsättiger, vorzugsweise erheblich kleiner als dieser. Der Kondensator kann zum Beispiel über zwei Flanschverbindungen mit dem eigentlichen Dampfsättiger verbunden werden. Die eine dieser Flanschverbindungen liegt im Bereich eines zweiten Dampfauslasses des Dampfsättigers, von dem aus über wenigstens eine Verbindungsleitung Dampf vom Dampfsättiger zum Kondensator strömt. Die zweite dieser Flanschverbindungen liegt im Bereich des Kondensatrücklaufs, über den im Kondensator erzeugtes Kondensat zum Dampfsättiger strömt, um Kondensat nachzuspeisen.
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Für einen außerhalb des Gehäuses des Dampfsättigers liegenden Kondensator kann zum einen beispielsweise ein kostengünstiges Standardbauteil verwendet werden und außerdem ist auch nur eine vergleichsweise geringe Wärmeübertragungsfläche erforderlich. Der Kondensator kann somit relativ klein gebaut werden im Vergleich zur Größe des Dampfsättigers, da der Kondensator nur dann Kondensat erzeugen muss, wenn der Flüssigkeitspegel im Dampfsättiger absinkt, das heißt der Kondensator muss lediglich den im Dampfsättiger verdampften Anteil an Flüssigkeit ersetzen. Beispielsweise sei hier eine Ammoniumnitratanlage mit einer Kapazität von zum Beispiel 1500 t/Tag angeführt. Bei einer solchen Anlage hätte der Kondensator beispielsweise eine Leistung von etwa 20 kW, die ins Kühlwasser abgeführt werden müsste.
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Der Kondensator kann beispielsweise vom Anwender zusammen mit dem Dampfsättiger besteht und spezifiziert werden, wodurch sich die Verwaltungskosten reduzieren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Kühlvorrichtung des Kondensators einen Kühlmediumeinlass und einen Kühlmediumauslass auf, wobei der Kühlmediumeinlass vorzugsweise von einem von extern zugeführten Kühlmedium gespeist wird, welches nicht das im Dampfsättiger anfallende Kondensat ist. Bei der aus
DE 2 046 753 A1 bekannten Lösung wird Kondensat als Kreislaufwasser aus dem Dampfsättiger abgeführt und als Kühlwasser in einem Kühler verwendet, wo es sich dann aufheizt und das aufgeheizte Wasser wird mit Kondensat aus dem Kühler vermischt und als Kreislaufwasser wieder dem Dampfsättiger zugeführt. Hier handelt es sich somit um Prozesskondensat in Verbindung mit Kondensat aus dem Dampfsättiger, welches zum Auffüllen des Dampfsättigers verwendet wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird hingegen vorzugsweise nur ein geringer Teil des im Dampfsättiger erzeugten Sattdampfes der Kühlvorrichtung im Kondensator zugeführt und dort unter Verwendung einer folglich ebenfalls vergleichsweise geringen Menge eines Kühlmittels und auch nur bei Bedarf kondensiert und über den Kondensatrücklauf dem Dampfsättiger zugeführt, um dort den Flüssigkeitspegel konstant zu halten.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst der Dampfsättiger einen liegenden oder einen stehenden Druckbehälter, innerhalb dessen ein Dampfverteiler im unteren Bereich unterhalb des Flüssigkeitspegels angeordnet ist. Grundsätzlich kommt die vorliegende Erfindung jedoch sowohl für Dampfsättiger mit stehendem als auch mit liegendem Druckbehälter in Betracht. Bei beiden Varianten wird vorzugsweise ein Dampfverteiler verwendet, der sich unter dem Flüssigkeitspegel im Dampfsättiger befindet und so den überhitzen Dampf in die Flüssigkeit (Kondensat) einbringt, so dass nach dem Austreten aus der Flüssigkeit Sattdampf erhalten wird.
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Vorzugsweise ist dieser Dampfverteiler als Rohr ausgebildet, welches zahlreiche Löcher für den Dampfaustritt aufweist und welches in seinem einen Endbereich mit dem Dampfeinlass des Dampfsättigers verbunden ist.
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Ein wesentlicher weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass eine externe Wasserquelle (inklusive der dafür benötigten Rohrleitung auf der Rohrbrücke und einem automatischen Ventil) eingespart werden kann. Der Kondensator des Dampfsättigers kann mit einem Medium betrieben werden, welches ohnehin für die Anlage vorhanden ist und überwacht wird. Neben Einsparmöglichkeiten beim Einkauf der Komponenten ergeben sich auch Reduzierungen beim Engineering, der Montage und Inbetriebnahme der Systeme. Die Anlagenverfügbarkeit steigt, während der Aufwand für Betrieb (z.B. Energie für die Druckerzeugung und Förderung zum Dampfsättiger), Wartung und Prüfung sinkt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung umfassend einen Dampfsättiger und eine Einrichtung zum Nachspeisen der im Dampfsättiger verdampften Flüssigkeit, insbesondere zum Betreiben einer Anordnung mit den zuvor beschriebenen Merkmalen, wobei in dem Dampfsättiger Sattdampf erzeugt wird, indem dem Dampfsättiger überhitzter Dampf (oder Sattdampf höheren Druck- und Temperaturniveaus) zugeführt wird, welcher über einen Dampfverteiler in ein im unteren Bereich des Dampfsättigers stehendes Flüssigkeitsvolumen an Kondensat eingebracht wird, wobei ein Flüssigkeitspegel an Kondensat im Dampfsättiger aufrechterhalten wird, indem über die Einrichtung zum Nachspeisen, die mit dem Dampfsättiger in Verbindung steht, bei sinkendem Flüssigkeitspegel Kondensat nachgespeist wird, wobei erfindungsgemäß Dampf aus dem Dampfsättiger der Einrichtung zum Nachspeisen zugeführt wird, dieser Dampf in der Einrichtung zum Nachspeisen in einer Kühlvorrichtung kondensiert wird und die Einrichtung zum Nachspeisen über eine Verbindungsleitung für Kondensat mit dem Dampfsättiger derart gekoppelt ist, dass bei sinkendem Flüssigkeitspegel im Dampfsättiger auch der Flüssigkeitspegel in der Einrichtung zum Nachspeisen sinkt, dadurch selbsttägig in der Einrichtung Dampf kondensiert wird und dieses Kondensat dem Dampfsättiger zugeführt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens sind Wärmeübertragungsflächen der Kühlvorrichtung in der Einrichtung zum Nachspeisen bei Normalfüllstand im Dampfsättiger von Dampfkondensat geflutet. In diesem Zustand wird in dem Kondensator kein Dampf kondensiert. Wenn aber der Füllstand im Dampfsättiger unter den Normalfüllstand absinkt, werden Wärmeübertragungsflächen der Kühlvorrichtung in der Einrichtung zum Nachspeisen teilweise freigelegt, da ja auch dort aufarund des Prinzips der kommunizierenden Röhren der Flüssigkeitsspiegel des Kondensats absinkt, dadurch kondensiert der Dampf an diesen nun freiliegenden kühleren Wärmeübertragungsflächen und es wird in der Einrichtung Dampf kondensiert. Das hierdurch entstehende Kondensat fließt wiederum aufgrund des Prinzips der kommunizierenden Röhren in den unteren Bereich des Dampfsättigers, so dass dort der Flüssigkeitsspiegel steigt. Dieser Prozess kann alternierend sich ständig wiederholend ablaufen, wodurch die Flüssigkeit im Dampfsättiger durch im Kondensator erzeugtes Kondensat immer nachgefüllt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens strömt in der Einrichtung zum Nachspeisen verdampfter Flüssigkeit anfallendes Kondensat drucklos und ohne separate Fördereinrichtung von der Einrichtung in den Dampfsättiger. Dies ist vorteilhaft gegenüber bekannten Anlagenkonzepten, bei denen man für die Nachspeisung Druckleitungen, eine externe Druckquelle, automatische Ventile zur Steuerung des Füllstands im Dampfsättiger sowie anlageninterne Pumpen vorsehen muss, um den nötigen Förderdruck aufzubringen, um in den unter Druck stehenden Dampfsättiger fördern zu können.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit Dampfsättiger und Kondensator;
- 2 eine stirnseitige Ansicht der Anordnung mit Dampfsättiger und Kondensator gemäß 1;
- 3 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Details aus 1 betreffend den in dem Dampfsättiger angeordneten Dampfverteiler;
- 4 eine Schnittansicht durch den Dampfverteiler von 3.
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Nachfolgend wird auf die 1 Bezug genommen und anhand dieser wird eine beispielhafte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert. Die Darstellung gemäß 1 ist schematisch stark vereinfacht und es sind nur diejenigen Anlagenkomponenten dargestellt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind. Die Anordnung umfasst einen Dampfsättiger, welcher insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Es handelt sich bei dem Dampfsättiger 10 um einen Druckbehälter und zwar in dem Ausführungsbeispiel um einen liegenden Druckbehälter, das heißt die Achse des etwa zylindrischen Druckbehälters verläuft im Wesentlichen horizontal. Der erfindungsgemäße Dampfsättiger 10 dient zur Erzeugung von Sattdampf, wozu in dem Dampfsättiger ein Flüssigkeitspegel von Kondensat bis zu einem gewissen Füllstand steht, wobei dieses Kondensat wiederum durch Kondensieren von Dampf gewonnen werden kann. Durch dieses Kondensat wird überhitzter Dampf (oder auf höherem Druck- und Temperaturniveau befindlicher Sattdampf) hindurchgeleitet, welcher dadurch mit Flüssigkeit (Wasser) gesättigt wird, so dass Sattdampf erzeugt wird. Der zugeführte Dampf wird über einen Dampfeinlass 12 im unteren Bereich in den Druckbehälter 10 eingeleitet und gelangt in einen rohrförmigen Dampfverteiler 28, welcher zahlreiche Löcher aufweist, durch die der Dampf austritt, in die Flüssigkeit eingeleitet wird, durch die Flüssigkeit hindurchgeleitet wird und aus dieser als Sattdampf austritt. Über den im oberen Bereich des Druckbehälters angeordneten Dampfauslass 11 kann der Sattdampf abgeleitet und einer weiteren Verwendung zugeführt werden.
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Weiterhin umfasst der Dampfsättiger 10 einen Kondensateinlass 13, der beispielsweise in einem oberen Bereich angeordnet ist und über den dem Dampfsättiger 10 Kondensat zugeführt werden kann. Der Dampfsättiger 10 umfasst außerdem einen Kondensatauslass 14, der beispielsweise in einem seitlichen Bereich des Druckbehälters in einer mittleren Höhe angeordnet sein kann, vorzugsweise in einer Höhe, welche dem vorgesehenen maximalen Flüssigkeitsspiegel des Kondensats im Dampfsättiger 10 entspricht, so dass bei Übersteigen dieses Flüssigkeitsspiegels überschüssiges Kondensat über den Kondensatauslass 14 den Druckbehälter verlassen kann.
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Beispielsweise in einem unteren mittleren Bereich weist der Druckbehälter des Dampfsättigers 10 einen Ablass 16 auf, über den der Dampfsättiger entleert und abgeschlämmt werden kann. Außerdem ist eine Befüllungsleitung 17 in einem oberen oder alternativ in einem unteren Bereich des Druckbehälters vorgesehen, über die man den Dampfsättiger mit Wasser/Kondensat befüllen kann. Außerdem ist in dem oberen Bereich am Druckbehälter noch ein Anschluss 15 für ein Sicherheitsventil vorgesehen, so dass man gegebenenfalls bei einem Überdruck bei Ansprache des Sicherheitsventils über diesen Anschluss 15 Dampf aus dem Druckbehälter ablassen kann. Weiterhin ist noch ein Anschluss für eine Entlüftungsleitung 18 bevorzugt in einem oberen Bereich an dem Druckbehälter vorgesehen. Der Druckbehälter hat beispielsweise in einem seitlichen Bereich ein Mannloch 19, so dass man zu Wartungs- und Reinigungszwecken den Behälter über das Mannloch begehen kann. Schließlich kann der Druckbehälter beispielsweise im oberen Bereich weitere Anschlüsse aufweisen, die quasi in Reserve vorgesehen sind, beispielsweise um weitere Aggregate anzuschließen. Anschlüsse für Messeinrichtungen (z.B. Druck, Temperatur, Füllstand) wurden zur besseren Übersicht nicht dargestellt.
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In einem unteren stirnseitigen Bereich ist an dem Druckbehälter ein Kondensatrücklauf 27 angeordnet, wobei der Kondensatrücklauf 27 beispielsweise auch seitlich angebracht sein kann. Dieser Kondensatrücklauf 27 ist über eine Verbindungsleitung 25 mit einem Kondensator 22 verbunden, welcher in diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Dampfsättigers angeordnet ist und ein eigenes Gehäuse aufweist. Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, hat der Kondensator 22 eine erheblich kleinere Größe als der Dampfsättiger 10, wobei in der Regel ein Bruchteil der Größe des Dampfsättigers 10 genügt. Dieser Kondensator 22 dient als Einrichtung zum Nachspeisen der im Dampfsättiger durch den Vorgang der Dampfsättigung verdampften Flüssigkeit. Da über den Dampfverteiler 28 überhitzter Dampf in die Flüssigkeit eingeleitet wird, die im unteren Bereich des Dampfsättigers steht, verdampft ein Teil dieser Flüssigkeit und muss folglich nachgespeist werden. Verglichen mit dem Gesamtvolumen der Flüssigkeit im Dampfsättiger 10 verdampft aber immer nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil, so dass für das Nachspeisen ein kleiner Kondensator 22 ausreichend ist. Das in dem Kondensator 22 erzeugte Kondensat gelangt über den Kondensatrücklauf 27 in den unteren Bereich des Dampfsättigers 10 und sorgt dafür, dass im Dampfsättiger immer ein ausreichender Flüssigkeitsspiegel erhalten bleibt. Dieser Vorgang des Nachspeisens erfolgt bei der erfindungsgemäßen Anordnung praktisch selbsttätig und wird nachfolgend näher erläutert.
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Der Dampfsättiger 10 umfasst einen zweiten Dampfauslass 20 im oberen Bereich, an den eine Verbindungsleitung 21 angeschlossen ist, welche zum Kondensator 22 führt, so dass über diese Verbindungsleitung 21 Dampf aus dem Dampfsättiger 10 in den Kondensator 22 gelangen kann. In dem Kondensator 22 befindet sich eine Kühlvorrichtung 26 mit Wärmeaustauschflächen, die in 1 nur schematisch vereinfacht dargestellt ist. Im Normalfall sind diese Wärmeaustauschflächen mit Kondensat geflutet, so dass im Kondensator 22 kein weiteres Kondensat erzeugt wird. Wie bereits erwähnt wurde, sind der Dampfsättiger 10 und der Kondensator 22 im unteren Bereich über die Verbindungsleitung 25 und den Kondensatrücklauf 27 miteinander verbunden. Da sich der Kondensatrücklauf 27 am Dampfsättiger 10 in einer Höhe befindet, in der im Dampfsättiger Flüssigkeit steht, funktioniert die Verbindung über die Verbindungsleitung 25 nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren. Wenn der Flüssigkeitsspiegel im Dampfsättiger 10 sinkt, sinkt dieser entsprechend auch im Kondensator 22 ab. Dies führt dazu, dass die zuvor gefluteten Wärmeaustauschflächen der Kühlvorrichtung 26 nun teilweise freigelegt werden. Durch die Kühlvorrichtung 26, beispielsweise eine Kühlmittelschleife, wird ein Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser geleitet, welches über den Kühlwassereinlass 23 einströmt und über den Kühlwasserauslass 24 wieder austritt. Hier kann ein Kühlmittel verwendet werden, welches in der Anlage zur Verfügung steht. Da die Kühlvorrichtung 26 verhältnismäßig klein gebaut ist, genügt ein geringerer Volumenstrom an Kühlmittel, um die Kühlvorrichtung 26 zu speisen. Wenn nun die Wärmeaustauschflächen durch das Absinken des Flüssigkeitsspiegels im Kondensator 22 teilweise freigelegt werden, führt dies dazu, dass Dampf an diesen kühleren Wärmeaustauschflächen kondensiert, wodurch sich Kondensat bildet und folglich der Flüssigkeitsspiegel im Kondensator 22 wieder ansteigt, solange bis die Wärmeaustauschflächen der Kühlvorrichtung wieder von Kondensat geflutet werden. Da der Kondensator 22 und der Dampfsättiger 10 über die Verbindungsleitung 25 und den Kondensatrücklauf 27 nach Art von kommunizierenden Röhren miteinander verbunden sind, steigt durch die Kondensatbildung im Kondensator 22 auch der Flüssigkeitsspiegel im Dampfsättiger 10 wieder an. Es wird somit nur temporär Kondensat gebildet und an den Dampfsättiger nachgespeist, welches der Dampfsättiger benötigt, um seinen Flüssigkeitsspiegel aufrecht zu erhalten.
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2 zeigt den Dampfsättiger 10 von der Stirnseite her gesehen und man erkennt hier den zweiten Dampfauslass 20 im oberen Bereich für die Dampfzufuhr vom Dampfsättiger 10 zum Kondensator und den Kondensatrücklauf 27 im unteren Bereich des Dampfsättigers für die Nachspeisung von Kondensat vom Kondensator 22 zum Dampfsättiger. Weiterhin ist die Kühlwasserschleife 26 des Kondensators 22 erkennbar, die über den Kühlwassereinlass 23 gespeist wird. Die Darstellung ist schematisch und die Wärmeaustauschflächen sind nur angedeutet.
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Die 3 und 4 zeigen ein Detail aus dem Inneren des Dampfsättigers 10 in vergrößerter Darstellung. Hier ist in 3 ein Abschnitt des Dampfverteilers 28 dargestellt, bei dem es sich um ein zylindrisches Rohr mit zahlreichen Löchern 29 handelt, welches sich im unteren Bereich in dem Dampfsättiger befindet und zwar unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Wenn überhitzter Dampf über den Dampfeinlass 12 in das Rohr des Dampfverteilers 28 einströmt, tritt dieser Dampf über die Löcher 29 aus dem Rohr aus und strömt durch die Flüssigkeit, wodurch sich Sattdampf bildet, der über den Dampfauslass 11 aus dem Dampfsättiger (siehe auch 1) abgeführt werden kann. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Rohr des Dampfverteilers 28, welches beispielsweise zylindrisch ausgebildet ist und zahlreiche Löcher 29 für den Dampfaustritt aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dampfsättiger
- 11
- Dampfauslass
- 12
- Dampfeinlass
- 13
- Kondensateinlass
- 14
- Kondensatauslass
- 15
- Anschluss für Sicherheitsventil
- 16
- Ablass für die Entleerung
- 17
- Befüllungsleitung
- 18
- Entlüftungsleitung
- 19
- Mannloch
- 20
- zweiter Dampfauslass
- 21
- Verbindungsleitung zum Kondensator
- 22
- Kondensator, Einrichtung zum Nachspeisen von Kondensat
- 23
- Kühlwassereinlass, Kühlmediumeinlass
- 24
- Kühlwasserauslass, Kühlmediumauslass
- 25
- Verbindungsleitung für Kondensat zum Dampfsättiger
- 26
- Kühlwasserschleife, Kühlvorrichtung
- 27
- Kondensatrücklauf am Dampfsättiger
- 28
- Dampfverteiler
- 29
- Löcher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2718927 A1 [0009]
- DE 2046753 A1 [0010, 0025]
