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Verdampfer mit senkrechtem Rohrbündel Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Verdampfer mit senkrechtem Rohrbündel, in dem die zu verdampfende Flüssigkeit
im Inneren der Rohre des Bündels von unten nach oben geführt wird.
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Die thermische Leistungsfähigkeit solcher Verdampfer wird im wesentlichen
von zwei Faktoren bestimmt, und zwar von der Strömungsgeschwindigkeit der zu verdampfenden
Flüssigkeit in den Rohren des Bündels und von dem hydrostatischen Druckabfall im
Inneren dieser Rohre. Der erste dieser Faktoren hat einen bestimmenden Einfluß auf
den Wärmeaustauschkoeffizienten zwischen der Rohrwandung und der zu erwärmenden
bzw. verdampfenden Flüssigkeit und somit auf die Größe des Wärmedurchgangs von dem
Heizmedium zu dieser Flüssigkeit, während sich der zweite Faktor auf das Verhältnis
von mittlerer Nutztemperatur zum gesamten Temperaturabfall des Heizmediums auswirkt.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, in den unteren
Teilen der Rohre des Bündels, wo im allgemeinen die Verdampfung der Flüssigkeit
nur gering ist, die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit den Wärmeaustausch
zu vergrößern, so daß auch noch die Dampfproduktion im Unterteil des Rohrbündels
ansteigt und infolgedessen die Dichte der Dampf-Flüssigkeits-Mischung abnimmt, wodurch
der hydrostatische Druck im Inneren der Rohre geringer wird.
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Ausgehend von einem Verdampfer der eingangs genannten Art wird dies
dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß Rohre von geringerem Durchmesser als demjenigen
der Rohre des Bündels im unteren Teil der Rohre des Bündels angeordnet sind und
von einem perforierten Blech oder von einem vollen Blech getragen sind und daß die
Rohre an beiden Enden offen sind.
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Die Rohre mit geringerem Durchmesser verein dern einerseits den freien
Durchflußquerschnitt der Rohre des Bündels und geben der in dem Ringraum zwischen
den beiden Rohren aufsteigenden Flüssigkeit die Möglichkeit, durch das Innere des
kleineren Rohres nach unten zu strömen, so daß sich eine Zirkulation und damit die
angestrebte höhere Strömungsgeschwindigkeit im unteren Teil des Rohrbündels ergibt.
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Zweckmäßig endet die für die Zuführung der zu verdampfenden Flüssigkeit
vorgesehene Leitung im Raum über den Blechen. In zweckmäßiger Weiterbildung der
Erfindung können auf der Außenoberfläche der Rohre mit geringerem Durchmesser Umlenk-Prall-
oder Stauteile angeordnet sein, welche zusätzlich den Wärmeaustausch begünstigen.
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Es ist zweckmäßig, das volle Blech zweiteilig auszubilden, mit einem
an die Seitenwände der Wanne angrenzenden, im Bereich der Wannenmitte ausgesparten
Teil und einem im Bereich dieser Wannenmitte und tiefer angeordneten Teil, dessen
Rand mit Abstand von den Seitenwänden der Wanne endigt, und daß die Leitung noch
mindestens eine unter dem tiefer gelegenen Teil des Bleches befindliche Austrittsöffnung
aufweist.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung
an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert: In der Zeichnung zeigt F i g.
1 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Verdampfers und Fig. 2
eine gegenüber der Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform.
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Der in F i g. 1 dargestellte Verdampfer besteht aus einer Wanne 2,
in der ein Heizbündel angeordnet ist, das aus mehreren senkrechten Rohren 4 besteht,
die jeweils an ihren beiden Enden an zwei Platten 6 und 8 befestigt sind, die wiederum
an der Wandung der Wanne befestigt sind. In der F i g. 1 ist nur ein einziges Rohr
4 veranschaulicht, um die Zeichnung übersichtlicher zu gestalten.
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Im unteren Teil jedes Rohres 4 des Bündels ist ein Rohr 10 geringeren
Durchmessers angeordnet, das um eine bestimmte Länge in das Rohr 4 hineinragt.
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Die Rohre 10 ruhen auf einem an der Wandung der Wanne 2 befestigten,
perforierten Blech 12 auf oder sind an diesem Blech befestigt.
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Die zu verdampfende Flüssigkeit wird durch eine über dem Blech 12
mündende Leitung 14 in die
Wanne eingebracht. Das Heizmedium strömt
zwischen den Platten 6 und 8 um die Rohre 4 herum. Im Betrieb steigt die zu verdampfende
Flüssigkeit in den von den Innenwänden der Rohre 4 und den Außenwänden der Rohre
10 begrenzten ringförmigen Bereichen 16 hoch und beginnt dort zu verdampfen oder
erhitzt sich erst, bevor sie wegen des Wärmeaustausches durch die Wandung des Rohres
4 hindurch verdampft. Der Bereich 16 enthält daher eine mit Bläschen durchsetzte
Flüssigkeit, deren Dichte geringer als die der im Inneren des RohreslO enthaltenen
Flüssigkeit ist. Folglich findet eine Rezirkulation der Flüssigkeit durch das Innere
dieses Rohres 10 statt.
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Aus diesem Grunde und weil die Querschnittsfläche des ringförmigen
Bereiches 10 kleiner als diejenige des freien Rohres 4 ist, werden Strömungsgeschwindigkeiten
erreicht, die höher sind, als sie in dem unteren Teil der Rohre der bisher verwendeten
Verdampfer erzielt werden konnten. Demgemäß wird in diesem Bereich ein viel günstigerer
Wärmeaustauschkoeffizient erzielt.
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Bei einem Verdampfer mit den Kenngrößen Innendurchmesser der Rohre
4 . . 31 mm Gesamthöhe der Rohre 4 2,8 m Durchsatzmenge an zu verdampfender Flüssigkeit
pro Rohr . . 30 1/Stunde konnte in dem Bereich 16 der Wärmedurchgang verfünffacht
werden, nachdem gemäß der Erfindung im Unterteil der Rohre 4 Rohre 10 angeordnet
wurden, deren Außendurchmesser 25 mm und deren Innendurchmesser 21 mm betrug. Diese
Rohre wurden von einem 200 min unterhalb der unteren Rohrplatte 6 angeordneten Blech
12 getragen und standen entsprechend den vorhandenen Betriebsbedingungen des Verdampfers
um 300 bis 500 mm in das Innere des Rohres 4 hinein.
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Anstatt eine perforierte Platte zu verwenden, können auch, wie in
F i g. 2 dargestelIt, aus vollem Blech bestehende Platten 18 verwendet werden, wobei
eine Öffnung am Unterteil der Rohre 10 zum Durchlaß der rückgeführten Flüssigkeit
vorgesehen wird. Der Unterteil der RohrelO kann beispielsweise, wie in F i g. 2
dargestellt, schräg abgeschnitten sein. Zur besseren und gleichmäßigeren Beschickung
der
Rohre 4 ist die Platte 18 geteilt ausgebildet, wobei ein ringförmiger Teil an
die Seitenwände der Wanne 2 anschließt, während in der Wannenmitte ein tiefer gelegener
Teil vorgesehen ist.
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Die Außenoberfläche der Rohre 10 kann mit Umlenk-, Prall- oder Stauteilen
versehen werden, die den Wärmeaustausch fördern und auch zur Zentrierung der Rohre
10 in den Rohren 4 verwendet werden können. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines
runden Drahtes 20 durchgeführt werden, der, wie in F i g. 2 gezeigt, spiralförmig
um die Rohre 10 herumgewickelt und an diesen festgeschweißt wird.