DE1804531A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entlueftung von Wasser - Google Patents

Description

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HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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22. 10. 1968

De-Aerator Systems Limited 1-7 Penning Street,
London, S.E. 1 / England

Verfahren und Vorrichtung zur Entlüftung von Wasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entlüften von Wasser für Dampf- oder Heißwasserkessel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren und eine Vorrichtung zur Entlüftung von Wasser anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß erreicht durch die Zufuhr von Wasser in eine über einem Speisebehälter, der zur Atmosphäre entlüftet ist, angeordnete Entlüftungskammer, eine Speiseleitung von der Kammer zu dem Behälter, die einen barometrischen Abschluß darstellt, wobei der Druck in der Entlüftungs-

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kammer im Bereich von etwa 5 - 25 cm Hg unter dem Atmosphärendruck gehalten und das Wasser in der Entlüftungskammer praktisch auf die Temperatur erwärmt wird, bei der der Dampfdruck gleich dem Entlüftungsdruck ist.

P Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Entlüftungskammer, die oberhalb eines Speisebehälters angeordnet ist, der zur Atmosphäre entlüftet ist, einer Speiseleitung von der Kammer zu dem Behälter, die einen barometrischen Abschluß bildet, einer Vakuumeinrichtung, um die Kammer teilweise luftleer zu machen und einer Einrichtung zum Erwärmen des in die Kammer eingeleiteten Wassers, das entlüftet werden soll, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Entlüftungsvorrichtung bei einem Druck im Bereich von etwa 5 ~ 25 cm Hg unter dem Atmosphärendruck betrieben wird und das zu entlüftende Wasser praktisch auf die Temperatur erwärmt wird, bei der der Dampfdruck gleich dem Entlüftungsdruck ist.

Vorzugsweise wird die Entluftungskammer mit einem Druck,im Bereich von etwa 5 - 12,5 cm Hg unter dem Atmosphärendruck betrieben. Die Temperatur des Wassers in der Entlüftungskammer beträgt während des Betriebs vorzugsweise etwa 93° C (200° P).

Der Flüssigkeitsspiegel des entlüfteten Wassers in dem Speisebehälter wird zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Ventils im wesentlichen konstant gehalten, das außerhalb des Behälters in einer Speiseleitung zu der Entlüftungskammer angeordnet ist, und

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aas entsprechend der Füllhöhe des Wassers in dem Speisebehälter geregelt wird, um diese im wesentlichen konstant zu halten.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Ventil außerhalb des Speisebehälters anzuordnen, da es dann unter der Temperatur des einströmenden Speisewassers und nicht unter der höheren Temperatur des entlüfteten V/assers arbeitet. Hierdurch wird die Lebensdauer des Ventils gesteigert und es ist weniger gegen Beschädigungen und einen fehlerhaften Betrieb anfällig. Die Regelung des Ventils kann beispielsweise durch einen einfachen Kugelschwimmer erfolgen, der mechanisch mit dem Ventil verbunden ist und in dem Speisebehälter schwimmt. Vorzugsweise weist jedoch die Steuerung für das Ventil einen Druckfühler auf, der auf den Wasserdruck in der Nähe des Bodens des Speisebehälters anspricht und das Ventil so steuert, daß der Druck praktisch konstant gehalten wird.

Vorzugsweise wird das in die Entlüftungskaminer einströmende Wasser durch Berührung mit Dampf erwärmt, der in die Entlüftungskammer eingeleitet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Entlüftungskammer praktisch zylindrisch ausgebildet, wobei ihre Achse horizontal liegt, wobei ferner das einströmende Wasser von einem Ende aus in die Kammer eingesprüht wird, während der Dampf vom anderen Ende in die Kammer eingeblasen wird. Zweckmäßigerweise wird der Eintritt des Dampfes durch ein Ventil geregelt, das auf den Druck in der Entlüftungskammer anspricht, wobei dieses Ventil automatisch eingestellt wird, um den Druck in der Entlüftungskammer praktisch konstant zu halten. Der Eintritt des Dampfes kann

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aber auch abhängig von der Temperatur des V/assers geregelt v/erden, das aus der Entlüftungskammer austritt, und zwar so, daß die Temperatur praktisch konstant gehalten wird.

Um eine ausreichende Erwärmung des Wassers in der Entlüftungs- % kammer zu gewährleisten, hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, am Boden der Kammer einen flachen Trog auszubilden.

Dies kann dadurch geschehen, daß einfach die Speiseleitung, die am Boden der Entlüftungskammer eintritt, etwa um 3,5 - 5 cm verlängert wird, statt sie am untersten Punkt der Kammer endigen zu lassen. Auf diese Weise wird das Wasser in dem Trog relativ einfach auf die gewünschte Temperatur erwärmt.

Es ist ferner möglich, den gesamten oder einen Teil des Heißdampfes von unten in die Entlüftungskammer einzufügen, so daß der Dampf in Form von Blasen durch den Trog strömt. Auf diese Weise kann eine Erwärmung durch "Waschen" erreicht werden.

Die Erwärmung des Wassers in der Entlüftungskammer kann ferner durch einfaches Mischen des Dampfes, der von einem Ende der Kammer zugeführt wird, mit dem am anderen Ende eingesprühten Wasser erfolgen. Um diesen Vorgang zu unterstützen, können in der Kammer eines oder mehrere Wärmeaustauschbleche aus Metall, z. B. Wellbleche oder Streckmetall, angeordnet werden. Diese werden durch den Dampf auf einer hohen Temperatur gehalten und bewirken eine gleichmäßige Erwärmung des auf sie auftreffenden Wassers.

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Vorzugsweise besteht die Vakuumeinrichtung aus einem Dampfejektor, der mit der Entlüftungskammer an einem Punkt nahe beim Wassereinlaß verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Gegenströmung hergestellt, so daß das in die Kammer eintretende, relativ kalte Wasser entgegen dem Dampfstrom bewegt wird, der auf einer Seite der Kammer eintritt,/der zusammen mit der dem Wasser entzogenen Luft an der anderen Seite der Kammer abgezogen wird.

Die erneute Lösung von Luft in dem entlüfteten Wasser in dem Speisebehälter wird durch eine Dampfschicht verhindert, die sich über dem Wasser des Speisebehälters bildet.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der erfindungs- . gemäßen Vorrichtung zeigt.

Fig. 2 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Anschlußstelle der Vorrichtung nach Fig. 1.

Hg. 1 zeigt eine zylindrische Entlüftungskammer 1 mit waagrechter Achse, die über einem Speisebehälter 2 angeordnet ist, der über einen Abzug 3 zur Atmosphäre entlüftet ist. Eine Speiseleitung 4 verläuft vom Boden der Entlüftungskammer in den Speisebehälter und bildet einen barometrischen Abschluß. Aus dem Speisebehälter wird über einen Auslaß 5 eine nicht gezeigte Kesselspeisepumpe

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versorgt. Durch einennicht gezeigten Einlaß wird während des Betriebes, z. B. beim Heizen, anfallendes Kondensat in den Speisebehälter zurückgeführt. Der Zweck der Zufuhr aus der Entlüftungskammer ist der, die Verluste des Speisewassers aufzubereiten, die durch Verluste im Kessel entstehen.

Das aufzubereitende Wasser wird aus der Hauptleitung über ein Regelventil 6 und eine Speiseleitung 7 zugeführt, durch die eine Düse 8 in einer Stirnwand der Kammer 1 versorgt wird. Das Regelventil 6 wird durch einen Druckfühler 19 geregelt, der mit einer flexiblen Membran versehen ist, die auf einer Seite durch den in dem Speisebehälter herrschenden Druck und die auf der anderen Seite durch einen Bezugsdruck beaufschlagt wird, und zwar in diesem Fall durch den Druck des V/assers der Hauptleitung. Die Stellung der Membran regelt die Einstellung des Ventils 6.

Das Wasser aus der Düse 8 wird feinverteilt in die Kammer eingesprüht. Von der anderen Stirnseite der Kammer aus wird durch einen Einlaß 9 Dampf eingeblasen. Die zugeführte Dampfmenge wird abhängig von dem in der Kammer 1 herrschenden Druck durch ein Ventil 10 geregelt, das in eine Dampfzufuhrleitung 11 eingebaut ist. Ein mit einer Membran versehener Fühler 12 der selben Art wie der Druckfühler 19 ist mit der Kammer gekoppelt und steuert das Ventil 10 so, daß der Druck in der Kammer praktisch konstant gehalten wird. Der Druckfühler 12 erlaubt die Zufuhr von Dampf abhängig von dem in der Entlüftungskammer herrschenden Druck, der auf den Druck des Wassers in der Hauptleitung bezogen ist. Dieses Regelsystem arbeitet als einfaches Proportionalsystem. Es kann jedoch auch ein doppeltes System mit einer Rückstellung auf einen festen Regelpunkt verwendet v/erden.

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Der Druck In der Kammer 1 wird während des Betriebes durch einen Dampfejektor13 im Bereich von etwa 5 ~ 12,5 cm Hg unter dem Atmosphärendruck gehalten, wobei der Ejektor 13 an einen Dampfeinlaß l*t angeschlossen ist und über eine Abführleitung 15 Dampf und Luft aus der Kammer 1 abzieht. Die Leitung 15 ist in der Nähe der Düse 8 für den Einlaß des Wassers an die Kammer angeschlossen. Am Auslaß des Ejektors 13 ist eine Dämpfungseinrichtung und ein Kondensator 16 vorgesehen.

Das durch die Düse 8 eingesprühte Wasser vermischt sich mit dem Dampf aus dem Einlaß 9» wobei das Wasser und der Dampf in entgegengesetzten Richtungen strömen. Durch die Lage der Atführleitung 15 wird sichergestellt, daß ein Gegenstrom entsteht, d. h., der Dampf bewegt sich von rechts nach links, während sich das Wasser von links nach rechts bewegt. Hierdurch wird ein ausgezeichneter Wärmeaustausch erreicht. Das eintretende V/asser wird durch den Dampf auf eine Temperatur von etwa 93° C (200° F) erwärmt. Die genaue erforderliche Temperatur hängt von dem verwendeten Druck ab, da die Temperatur des Wassers praktisch auf die Temperatur gesteigert werden soll, die einen Dampfdruck ergibt, der gleich dem Druck in der Entlüftungskammer ist. Unter diesen Bedingungen wird dem Wasser Luft entzogen, worauf das Wasser durch die Speiseleitung 4 in den Speisebehälter abströmt.

Um eine gute Erwärmung des Wassers zu gewährleisten, ist die Speiseleitung so angeordnet, daß sie in die Entlüftungskammer am Boden etwa 4 cm (1,5 Zoll) hineinragt. Hierdurch entsteht am Boden der Kammer ein Trog 17, der mit teilweise entlüftetem V/asser gefüllt ist. Dieses Wasser wird durch den eintretenden Dampf weiterhin erwärmt. Es können ferner Mittel vorgesehen werden, um das

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in dem Trog gesammelte V/asser zu waschen, z.B. eine mit Löchern versehene Platte, die über dem Boden der Kammer innerhalb des Troges verläuft. In Fig. 2 ist eine derartige Platte 21 dargestellt, die einen Raum 22 am Boden der Kammer abgrenzt, in den Dampf aus einer Zufuhrleitung 23 eingeblasen wird. Der Dampf strömt in Form von Blasen durch das V/asser in dem Trog nach oben und erwärmt es. Diese Art der Erwärmung durch Waschen des Wassers kann zusätzlich zu der oben beschriebenen Erwärmung des Wassers durchgeführt werden oder sie kann diese ersetzen, so daß das Wasser nur durch den Dampf aus der Leitung 23 erwärmt wird.

Um einen guten Wärmeaustausch zu gewährleisten, ist ferner in der Kammer 1 ein Satz von Leitblechen l8 z. B. aus Wellblech oder Streckmetall vorgesehen. Diese Leitbleche erlauben den Durchtritt von Dampf und Wasser, wodurch eine gute Erwärmung des Wassers erreichbar ist.

Das durch die Düse 8 zugeführte aufzubereitende Wasser wird abhängig von der Füllhöhe in dem Speisebehälter 2 geregelt. Ein Druckfühler 19 ist an den Speisebehälter angeschlossen, um den Wasserdruck in der Nähe seines Bodens zu messen. Das Ventil 6 wird abhängig von dem Druckfühler 19 so geregelt, daß die Menge des zugeführten Aufbereitungswassers ausreicht, den durch den Druckfühler 19 gemessenen Druck konstant zu halten. Hierdurch wird ein konstanter Wasserspiegel in dem Speisebehälter erreicht.

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Durch die oben beschriebene Vorrichtung kann der Sauerstoffgehalt des eintretenden Wassers auf weniger als 0,5 Teile je Million reduziert werden. Wenn diese Reduktion für irgend einen Kessel nicht ausreicht, kann ein chemisches Reinigungsmittel für Sauerstoff, wie z. B. Natriumsulfid zugegeben werden, wie schematisch durch den Pfeil 20 angedeutet ist. Die notwendige Menge dieses Mittels ist jedoch beträchtlich kleiner als die Menge, die ohne Ent lüftungskammer notwendig wäre, und sie ist jedenfalls zu gering, als daß sie irgend welche merklichen Schäden infolge einer Abblätterung des Kesselmantels hervorrufen könnte.

Mit einer Entlüftungskammer der oben beschriebenen Art, die einen Durchmesser von 90 cm (3 Fuß) und eine Länge von l80° cm (6 Fuß) hatte, wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Menge des zugeführten Wassers = Ί,5 η

Temperatur des zugeführten Wassers= 10° C Speisedruck des Dampfes ^s 9»5 kg/cm" ünterdurck der Entlüftungskammer = 75 mm Hg Temperatur des entlüfteten Wassers* 93° C Sauerstoffkonzentration = a) zugeführtes Wasser

nicht gemessen, jedoch Sättigung angenommen, d. h. etwa 7,7 ml/1

b) entlüftetes Wasser 0,21 ml/1.

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Die Höhe der Entlüftungskammer über dem oberen Ende des Speisebehälters betrug in diesem Beispiel 2,25 m (7 Fuß 6 Zoll). Diese Höhe hängt jedoch von der Höhe des verwendeten Unterdrucks ab und sie kann mehr oder weniger kleiner als der oben angegebene Wert sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich somit besonders dann, wenn eine billige Entlüftung erwünscht ist, zur Verwendung mit einem billigen Speisebehälter, der nicht mit einem höheren oder niedrigeren Druck gegenüber dem verwendeten Unterdruck betrieben werden muß. Die Vorrichtung kann relativ klein gebaut werden und eignet sich daher für Kleinanlagen, die in Form von transportablen Kesselsystemen vertrieben werden. Ferner können vorgefertigte Einheiten hergestellt werden, die aus einem Speisebehälter und einer auf diesem montierten Entlüftungskammer bestehen, und die als Einheit an den Betriebsort transportiert werden können.

Anstelle des Dampfes kann durch den Ejektor 13 Druckluft eingeblasen werden. Es kann ferner Dampf verwendet werden, um die Zerstäubung des aus der Düse 8 austretenden Wassers zu unterstützen. Als Bezugsdruck für die Druckfühler 12 und 19 kann anstelle des Wassers aus der Hauptleitung Druckluft verwendet werden.

Schließlich kann der Dampf und die Luft an der Decke der Kammer mit Hilfe von Saugeinrichtungen abgezogen werden, zweckmäßigerweise wird jedoch die Auslaßleitung in der Nähe der Düse angeordnet.

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Claims (13)

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1. Verfahren zur Entlüftung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Entluftungskanmer Wasser zugeführt wird, die über einem Speisebehälter angeordnet ist, der zur Atmosphäre entlüftet ist, und daß ferner eine Speiseleitung von der Kammer zu dem Speisebehälter führt, die einen barometrischen Abschluß bildet, und daß der Druck in der Entlüftungskammer im Bereich von 5 - 25 cm Hg unter dem Atmosphärendruck gehalten und das Wasser in der Entlüftungskammer praktisch auf die Temperatur erwärmt wird,"bei der der Dampfdruck gleich dem Entlüftungsdruck ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungskammer unter einem Druck im Beiach von 5 - 12,5 cm Hg unter dem Atmosphärendruck betrieben wird.

3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wassers in der Entlüftungskammer auf etwa 93° C erhöht wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Entlüftungskammer, die über einem Speisebehälter angebracht ist, der zur Atmosphäre entlüftet ist, eine Speiseleitung, die von der Kammer zu dem Speisebehälter führt, und die so angeordnet ist, daß sie einen barometrischen Abschluß bildet, eine Absaugeinrichtung, um die Kammer

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teilweise zu entleeren und durch eine Einrichtung zum Erwärmen des in die Kammer eingeführten zu entlüftenden Wassers.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Einrichtung zum Zuführen von Dampf in

\ die Kammer umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse zum Einsprühen des Wassers in die Kammer vorgesehen ist, und daß die Erwärmung wenigstens teilweise durch Vermischung des Wassers mit dem Dampf erfolgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse und der Dampfeinlaß an gegnüberliegenden Seiten der Kammer angeordnet sind, und daß das zersprühte Wasser und der Dampf aufeinander zugerichtet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die

" Absaugeinrichtung aus einem Ejektor besteht, der an die Kammer in der Nähe der Düse angeschlossen ist, um Dampf und Luft abzusaugen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eines oder mehrere Leitbleche aufweist, die in der Bahn des Wassers und des Dampfes angeordnet sind, um den Wärmeaustausch zwischen diesen zu erleichtern.

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10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Kammer ein flacher Trog ausgebildet ist, um Wasser zu sammeln.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen von Dampf in den Trog, so daß dieser in Blasenform durch das V/asser durchtreten kann, das in dem Trog gesammelt ist, um das Wasser zu erwärmen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche k - 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speiseleitung der Entlüftungskammer ein Ventil außerhalb des Speisebehälters eingebaut ist, und daß eine Einrichtung zum Regeln des Ventil abhängig von der Füllhöhe des Wassers in dem Speisebehälter vorgesehen ist, um die Füllhöhe des Wassers praktisch konstant zu halten.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ¹I - 12, gekennzeichnet· durch ein Ventil zum Regeln der Dampfzufuhr und eine Einrichtung zur Steuerung; des Ventils abhängig von dem Druck in der Entlüftungskammer, so, daß dieser Druck praktisch konstant gehalten wird.

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