DE10252955B4 - Dampferzeuger für die Wiedergewinnung von Abwärme aus vorgeschalteten Abgaserzeugern - Google Patents
Dampferzeuger für die Wiedergewinnung von Abwärme aus vorgeschalteten Abgaserzeugern Download PDFInfo
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- F22B9/00—Steam boilers of fire-tube type, i.e. the flue gas from a combustion chamber outside the boiler body flowing through tubes built-in in the boiler body
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Abstract
Dampferzeuger
für die
Wiedergewinnung von Abwärme
aus vorgeschalteten getrennten Abgaserzeugern aus der Gruppe Verbrennungskraftmaschinen,
Blockheizkraftwerke, Heizungs- und Verbrennungseinrichtungen, enthaltend
Heizrohre (12) für
die Durchleitung der Abgase, einen Vorwärmbereich (2) und einen Verdampfungsbereich
(3), eine Zufuhrleitung (15) für
Speisewasser und eine Abfuhrleitung (23) für Dampf, wobei die Heizrohre
(12) durch den Vorwärmbereich
(2) und den Verdampfungsbereich (3) hindurchgeführt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) der Vorwärmbereich (2) und der Verdampfungsbereich (3) unmittelbar miteinander verbunden sind
b) über dem Verdampfungsbereich (3) ein Dampfraum (22) angeordnet ist, an den die Abfuhrleitung (23) für den Dampf angeschlossen ist,
c) auf der Oberseite des Vorwärmbereichs (2) ein Speisedom (16) angeordnet ist, in den die Zufuhrleitung (15) für das Speisewasser einmündet und der über eine Ausgleichsleitung (18, 18a) mit dem Dampfraum (22) verbunden ist,
d) der Verdampfungsbereich (3) aus einem Kessel (4) mit liegender Achse, einem zylindrischen Kesselmantel (5) und zwei...
dadurch gekennzeichnet, dass
a) der Vorwärmbereich (2) und der Verdampfungsbereich (3) unmittelbar miteinander verbunden sind
b) über dem Verdampfungsbereich (3) ein Dampfraum (22) angeordnet ist, an den die Abfuhrleitung (23) für den Dampf angeschlossen ist,
c) auf der Oberseite des Vorwärmbereichs (2) ein Speisedom (16) angeordnet ist, in den die Zufuhrleitung (15) für das Speisewasser einmündet und der über eine Ausgleichsleitung (18, 18a) mit dem Dampfraum (22) verbunden ist,
d) der Verdampfungsbereich (3) aus einem Kessel (4) mit liegender Achse, einem zylindrischen Kesselmantel (5) und zwei...
Description
- Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Die Erfindung befaßt sich mit der Rückgewinnung von Abwärme aus Wärmeprozessen zur Dampferzeugung. Diese Rückgewinnung ist bei den laufend steigenden Energiepreisen ein wichtiger Faktor. Infrage kommt die Erfindung z.B. bei Blockheizkraftwerken mit einem Gas- oder Dieselmotor und einem Stromgenerator zur Ausnutzung der Abgase. Der erzeugte Dampf kann für viele Zwecke verwendet werden, z.B. für die Beheizung von Wohn-, Büro-, Geschäfts- und Industriegebäuden, für chemische Prozesse und dergleichen mehr.
- Bekannt sind Dampferzeuger, bei denen die Heizgasrohre nur durch den Dampfkessel hindurchgeführt sind und bei denen die Vorwärmung von Speisewasser in einem separaten Wärmetauscher stattfindet, bei dem auch die Heizgasrohre durch den Wasserrraum geführt sind oder die Heizgase die Wasserrohre umströmen.
- Diese Apparatefolge wird gewählt, um die Abgastemperatur noch wesentlich unterhalb der Sattdampf-Temperatur halten zu können. Bei der Ausführung beider Apparate mit Heizgasrohren sind vier Rohrböden erforderlich, in die die Enden der Heizrohre druckdicht eingesetzt sind. Eine solche Konstruktion ist daher gleichfalls aufwändig und voluminös.
- Durch den Gattungsbegriff unterscheidet sich die Erfindung grundlegend von dem Stande der Technik, der Heizröhrenkessel mit eigenen Feuerungen offenbart.
- Durch die DE-PS 403 926 sind Abhitzekessel bekannt, bei welchen die Abwärme von irgendeiner Wärmequelle noch weiter ausgenutzt werden soll, nachdem sie bereits Arbeit geleistet hat. Abhitzekessel haben andere Bedingungen zu erfüllen und arbeiten unter anderen Verhältnissen als Kessel, bei denen die Wärme zur Erzeugung des Dampfes erst im Kessel selbst erzeugt wird, etc. Dort ist angegeben, daß bei der damaligen Erfindung der Wasserraum vollständig von der Dampferzeugungsstelle getrennt wird und Vorsorge für einen besseren Wasserumlauf getroffen wird. Gezeigt ist ein damals üblicher "Abwärmeheizröhrenkessel" als Baueinheit. Als Nachteile werden Ankerrohre für die flachen Stirnwände angegeben. Zur Abhilfe wird vorgeschlagen, das Kesselsystem in einen schrägen "Unterkessel" und einen waagrechten "Oberkessel" zu unterteilen und durch Steigrohre und Fallrohre zu verbinden. Diese Bauweise ist aufwändig und bedingt zwei komplette Kessel. Das Speisewasser wird dem "Oberkessel" durch ein Speiserohr im Bereich der Phasengrenze Wasser/Dampf zugeführt und stört dort die Dampfbildung.
- Die
US 2 398 279 offenbart einen Kombinations-Heizkessel mit Feuerung. Es fehlen die wesentlichen Merkmale im Oberbegriff des Anspruchs 1, ferner ein Teil der Merkmale aus dem Kennzeichen. - Die
DE 43 11 775 C2 offenbart gleichfalls einen Kombinations-Heizkessel mit Feuerung, insbesondere für Lokomotiven. Es fehlen die wesentlichen Merkmale im Oberbegriff des Anspruchs 1, und der Anspruch 6 führt von der Erfindung geradezu weg, denn bei der Erfindung sollen die Trennwände eine Durchmischung des frischen Speisewassers mit bereits aufgeheiztem Speisewasser fördern und nicht verhindern. - Auch die CH-PS 36 649 offenbart gleichfalls einen Kombinations-Heizkessel mit Feuerung. Es fehlen die wesentlichen Merkmale im Oberbegriff des Anspruchs 1. Soweit eine mäandrierende Wasserströmung gezeigt ist, führt auch diese von der Erfindung geradezu weg, denn die als Heizplatten bezeichneten Trennwände sind abwechselnd links und rechts von der Kesselwandung angeordnet und nicht "in der Höhe alternierend".
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, der sich durch eine einfache, kostengünstige und kompakte Bauweise bei hohem Wirkungsgrad auszeichnet.
- Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Dampferzeuger erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
- Durch diese Lösung wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, d.h. der Dampferzeuger zeichnet sich sich durch eine einfache, kostengünstige und kompakte Bauweise bei hohem Wirkungsgrad aus. So werden beispielsweise statt der vier Rohrböden nur zwei Rohrböden und ein Wasservolumen benötigt. Es entfallen ein Teil der Arbeitsgänge beim Ablängen und Einschweißen der Heizrohre in die Rohrböden und die Umwälzung durch zwei getrennte Kessel durch Steig- und Fallrohre. Außerdem entfällt ein Druckhalteventil zwischen Speisewasser-Vorwärmer und Dampfkessel.
- Weiterer Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und können entweder einzeln oder in Kombination eingesetzt werden.
- Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Wirkungsweise werden nachfolgend anhand der
1 und2 näher erläutert. - Es zeigen:
-
1 einen Vertikalschnitt durch die senkrechte Mittenebene eines Dampferzeugers mit Vorwärmer und -
2 eine stirnseitige Ansicht des Gegenstandes nach1 in Richtung des Pfeils II in1 . - In
1 ist ein Dampferzeuger1 dargestellt, der einen Vorwärmbereich2 und einen Verdampfungsbereich3 aufweist. Der Verdampfungsbereich3 wird von einem Kessel4 mit liegender Achse gebildet, der aus einem zylindrischen Kesselmantel5 und zwei biegesteifen gewölbten Böden6 und7 mit je einer Krempe besteht, die auch als Umdrehungsschalen bezeichnet werden können (Definition: "Hütte I", 1955, Seiten 948 bis 952), die mit dem Kesselmantel5 gleichen Durchmessers an Umfangsnähten5a und5b druckfest verschweißt sind. In den gewölbten Böden6 und7 befinden sich öffnungen6a und7a , in die achsparallele Rohrstutzen8 und9 , miteinander fluchtend, eingeschweißt sind. - An den dem Kesselmantel
5 abgekehrten Enden der Rohrstutzen8 und9 befinden sich Rohrböden10 und11 , in die ein Bündel von achsparallelen Heizrohren12 eingeschweißt ist, die durch den Heizbereich3 und den Vorwärmbereich2 hindurchgeführt sind. Durch diese Heizrohre werden von rechts nach links Heizgase12 in Pfeilrichtung hindurchgeführt, die Abgase von Verbrennungsmotoren oder Heizanlagen sein können. Für die Heizgase sind eine Zufuhrleitung13 und eine Abfuhrleitung14 vorgesehen. - Die Wasserführung erfolgt im Gegenstrom hierzu, und zwar wird Speisewasser (Kaltwasser) über eine Zufuhrleitung
15 einem senkrechten Speisedom16 zugeführt, der radial auf den Rohrstutzen9 aufgesetzt ist. Aus dem Speisedom16 strömt das Wasser durch Schwerkraft nach unten in den Rohrstutzen9 und von hier in den Kessel4 . Zur Verbesserung des Wärmeaustauschs sind in dem Rohrstutzen9 – in der Höhe alternierend versetzt – Umlenkbleche17 und17a eingesetzt, durch deren Zwischen räume das Wasser mäandrierend auf- und abwärts strömt. Die Wärmebilanz ist dabei so ausgelegt, daß sich bis zum Umlenkblech17a und eine vorgesehene Sicherheitslänge darüber hinaus keine Dampfbildung einstellt. Das Umlenkblech17a definiert somit unter Berücksichtigung der Sicherheitsvorschriften zumindest im wesentlichen die theoretische Verdampfungsgrenze. Dadurch wird im Vorwärmbereich2 weitgehend die Restwärme der Heizgase ausgenutzt. - Der Speisedom ist an seinem oberen Ende über eine Ausgleichsleitung
18 mit dem Kessel4 verbunden, die zum bessern Ablauf von Kondenswasser auch den gestrichelten Verlauf18a haben kann. Die Hauptwärmemenge geht jedoch aufgrund der größeren Temperaturdifferenz im Kessel4 bzw. im Verdampfungsbereich3 an das Kesselwasser über. - Die möglichen Wasserstände sind durch die Linien
19 ,20 und21 dargestellt, und zwar kennzeichnet die Linie19 den Niedrigstwasserstand, die Linie20 den unteren Wasserstand und die Linie21 den Höchstwasserstand. Diese Wasserstände stimmen aufgrund der Ausgleichsleitung18 bzw.18a – vom Druck unabhängig – im Speisedom16 und im Kessel4 überein (Prinzip der kommunizierenden Gefäße). über der Linie21 befindet sich der Dampfraum22 , aus dem der Dampf über eine Abfuhrleitung23 abströmt. Gemäß dem Wasserverlust durch Verdampfung strömt ständig Speisewasser aus dem Vorwärmbereich2 in den Verdampfungsbereich3 nach. - Aufgrund der räumlichen Anordnung von Kessel
4 und Rohrstutzen9 können durchgehende Heizrohre12 verwendet werden, die sich vom Rohrboden10 zum Rohrboden11 erstrecken. Damit ist eine beträchtliche Reduzierung des Bauaufwandes bei größtmöglicher Ausnutzung des Wärmeinhalts der Heizgase verbunden. - Aus
2 ist – unter Verwendung gleicher Bezugszeichen noch ersichtlich, daß die Mittenebene E-E auch die Symmetrieebene des Systems ist und daß der Umriß des Bündels an Heizrohren12 im wesentlichen durch den Durchmesser des Rohrstutzens9 bestimmt wird. Dies gilt auch für den Rohrverlauf im Kessel4 , in dem aufgrund der Dampfbildung an den Rohroberflächen eine starke Wasserumwälzung erfolgt. - Die übrigen, nach den Dampfkesselvorschriften notwendigen Stutzen und Meßinstrumente sind hier der Einfachheit halber nicht dargestellt.
- Die Auslegung erfolgt für einen Dampfdruckbereich zwischen 5 und 25 bar und für einen Dampftemperaturbereich von 130 bis 220 °C. Das sind die üblichen Bereiche. Hauptsächlich ist Sattdampf zu erzeugen, aber auch die Erzeugung von überhitztem Dampf ist möglich
-
- 1
- Dampferzeuger
- 2
- Vorwärmbereich
- 3
- Verdampfungsbereich
- 4
- Kessel
- 5
- Kesselmantel
- 5a
- Umfangsnaht
- 5b
- Umfangsnaht
- 6
- gewölbter Boden
- 6a
- öffnung
- 7
- gewölbter Boden
- 7a
- öffnung
- 8
- Rohrstutzen
- 9
- Rohrstutzen
- 10
- Rohrboden
- 11
- Rohrboden
- 12
- Heizrohre
- 12a
- Heizgase
- 13
- Zufuhrleitung
- 14
- Abfuhrleitung
- 15
- Zufuhrleitung
- 16
- Speisedom
- 17
- Umlenkbleche
- 17a
- Umlenkblech
- 18
- Ausgleichsleitung
- 18a
- Ausgleichleitung (Verlauf)
- 19
- Linie (Wasserstand)
- 20
- Linie (Wasserstand)
- 21
- Linie (Wasserstand)
- 22
- Dampfraum
- 23
- Abfuhrleitung
- E-E
- Mittenebene (Symmetrieebene)
Claims (5)
- Dampferzeuger für die Wiedergewinnung von Abwärme aus vorgeschalteten getrennten Abgaserzeugern aus der Gruppe Verbrennungskraftmaschinen, Blockheizkraftwerke, Heizungs- und Verbrennungseinrichtungen, enthaltend Heizrohre (
12 ) für die Durchleitung der Abgase, einen Vorwärmbereich (2 ) und einen Verdampfungsbereich (3 ), eine Zufuhrleitung (15 ) für Speisewasser und eine Abfuhrleitung (23 ) für Dampf, wobei die Heizrohre (12 ) durch den Vorwärmbereich (2 ) und den Verdampfungsbereich (3 ) hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Vorwärmbereich (2 ) und der Verdampfungsbereich (3 ) unmittelbar miteinander verbunden sind b) über dem Verdampfungsbereich (3 ) ein Dampfraum (22 ) angeordnet ist, an den die Abfuhrleitung (23 ) für den Dampf angeschlossen ist, c) auf der Oberseite des Vorwärmbereichs (2 ) ein Speisedom (16 ) angeordnet ist, in den die Zufuhrleitung (15 ) für das Speisewasser einmündet und der über eine Ausgleichsleitung (18 ,18a ) mit dem Dampfraum (22 ) verbunden ist, d) der Verdampfungsbereich (3 ) aus einem Kessel (4 ) mit liegender Achse, einem zylindrischen Kesselmantel (5 ) und zwei gewölbten Böden (6 ,7 ) besteht, in denen öffnungen (6a ,7a ) angeordnet sind, in die unterhalb der Achse des Kessels (4 ) fluchtende achsparallele Rohrstutzen (8 ,9 ) eingesetzt sind, an deren kesselfernen Enden je ein Rohrboden (10 ,11 ) für die liegende Aufnahme der Heizrohre (12 ) eingesetzt ist, und dass e) der Vorwärmbereichs (2 ) aus einem Rohrstutzen (9 ) besteht, in dem in der Höhe alternierende, einander überlappende senkrechte Umlenkbleche (17 ) für die Wasserführung angeordnet sind. - Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die heissen Enden der Heizrohre (
12 ) auf der dem Vorwärmbereich (2 ) abgekehrten Seite des Verdampfungsbereichs angeordnet sind. - Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die relativ kälteren Enden der Heizrohre (
12 ) auf der dem Verdampfungsbereich (3 ) abgekehrten Seite des Vorwärmbereichs (2 ) angeordnet sind. - Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsleitung (
18a ) zwischen dem Speisedom (16 ) und dem Dampfraum (22 ) in Richtung auf dem Dampfraum (22 ) ein Gefälle aufweist. - Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Rohrstutzens (
9 ) des Vorwärmbereichs (2 ) im wesentlichen eine Umfangsfläche des Bündels von Heizrohren (12 ) bestimmt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002152955 DE10252955B4 (de) | 2002-11-14 | 2002-11-14 | Dampferzeuger für die Wiedergewinnung von Abwärme aus vorgeschalteten Abgaserzeugern |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2002152955 DE10252955B4 (de) | 2002-11-14 | 2002-11-14 | Dampferzeuger für die Wiedergewinnung von Abwärme aus vorgeschalteten Abgaserzeugern |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10252955A1 DE10252955A1 (de) | 2004-06-03 |
DE10252955B4 true DE10252955B4 (de) | 2005-09-22 |
Family
ID=32240031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2002152955 Expired - Fee Related DE10252955B4 (de) | 2002-11-14 | 2002-11-14 | Dampferzeuger für die Wiedergewinnung von Abwärme aus vorgeschalteten Abgaserzeugern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10252955B4 (de) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CH36649A (de) * | 1906-04-02 | 1907-02-15 | Eduard Pielock | Heizröhrenkessel |
DE403926C (de) * | 1923-07-15 | 1924-10-09 | Petry Dereux G M B H | Liegender Heizroehrenkessel mit ausziehbarem Rohrsystem fuer Verwertung von Abwaerme |
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DE4311775C2 (de) * | 1993-04-08 | 1998-12-10 | Juergen Dipl Ing Quellmalz | Speisewasservorwärmer für Dampferzeuger, insbesondere für Lokomotivkessel |
-
2002
- 2002-11-14 DE DE2002152955 patent/DE10252955B4/de not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Hütte, Des Ingenieurs Taschenbuch, Berlin 1955, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, 28. Auflage, S. 948-952 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10252955A1 (de) | 2004-06-03 |
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