DE2259629B2

DE2259629B2 - Dampferzeuger

Info

Publication number: DE2259629B2
Application number: DE2259629A
Authority: DE
Inventors: Hubert 4200 Oberhausen Wolfgarten
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1972-12-06
Filing date: 1972-12-06
Publication date: 1975-11-27
Also published as: IT1005516B; GB1406560A; FR2210273A5; SE388266B; US3886906A; DE2259629A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, in des- $en Gehäuse U-förmig gebogene, von einem Heizmittel durchflossene und in einem Rohrboden befestigte Rohre angeordnet sind, wobei die von einem an seinem unteren Ende mit Öffnungen versehenen Mantel umhüllten Rohre rotationssymmetrisch angeordnet und im Bereich der kalten Schenkel der Rohre eine mit Umlenkflächen versehene Vorwärmkammer für das zu verdampfende Arbeitsmittel vorgesehen ist, in die seitliche Einführungsöffnungen für das Speisewasser münden, und wobei der Mantel an seinem oberen Ende durch eine Abschlußplatte abgeschlossen ist, die von einem Zentralrohr durchdrungen ist und eine Anzahl von Dampfabscheidern trägt.

In Dampferzeugern we.den bevorzugt U-förmig gebogene Rohre verwendet, da sich in diesem Fall eine unterschiedliche Wärmedehnung der Rohre gegenüber dem Gehäusemantel besser beherrschen läßt. Die Zuführung des Speisewassers erfolgt bei bekannten Dampferzeugern über eine Ringleitung, die oberhalb des das Rohrbündel umgebenden Mantels angeordnet ist. Auf der Abschlußplatte des Mantels sind Dampfabscheider vorgesehen. Das über die Ringleitung zugeführte Speisewasser vermischt sich mit dem aus den Abscheidern austretenden Wasser, das sich auf Sättigungstemperatur befindet. Dieses Vermischen bringt an sich den Vorteil, daß der eventuell noch im Rücklaufwasser vorhandene Dampfanteil sofort kondensiert.

Das Vermischen des Speisewasser mit dem Rücklaufwasser hat aber auch den Nachteil, daß die für die Bestimmung der VorwärmheizP.äche maßgebende mittlere Temperaturdifferenz zwischen dem rohrseitigen und mantelseitigen Medium nur etwa 80 bis 85% derjenigen ist, die bei einer wärmetechnisch zweckmäßigen Führung beider Medien erreichbar wäre. Ebenso nachteilig beeinflußt diese Strömungsführung die zur Bestimmung der Verdampfungsfläche maßgebende mittlere Temperaturdifferenz. Die erforderliche Wärmeübertragungsfläche ist umgekehrt proportional der mittleren Temperaturdifferenz. Bei gleicher Wärmeleistung und Wärmedurchgangszahl wären also unter den vorgenannten Bedingungen Flächeneinsparungen von 15 bis 20% bei der Auslegung des Dampferzeugers zu erzielen. Da der Kostenanteil der Wärmeübertragungsfläche am Gesamtpreis des Dampferzeugers je nach Rohrmaterial bis etwa 30% beträgt, erbrächte die genannte Flächeneinsparung einen deutlichen Vorteil.

Bei den bekannten Dampferzeugern liegt eine von der Konstruktion des Rohrbündels und des Temperaturverlaufs bedingte, stark veränderliche Wärmestromdichte - oder Heizflächenbelastung - längs des Strömungsweges in den Rohren vor. Die Heizflächenbelastung und damit auch die Dampferzeugungsrate pro Flächeneinheit sind proportional der Temperaturdifferenz zwischen dem rohrseitigen und dem mantelseitigen Medium. Dies hat zur Folge, daß auf der an der Rohreintrittsseite liegenden Heizfläche mehr Dampf erzeugt wird als auf der an der Rohraustrittsseite befindlichen. Zahlenmäßig bedeutet dies, daß die eine senkrecht verlaufende Heizflächenhälfte etwa 65%, die andere dagegen nur etwa 35% der gesamten Dampfmenge erzeugt. Im Betrieb zeigte sich aus diesem Grund eine ungenügende Wasserbeaufschlagung in der höher belasteten Heizflächenhälfte dicht oberhalb des Rohrbodens im Außenraum, die zu Ablagerungen und Rohrbeschädigungen infolge Korrosion führte.

Die über den Querschnitt ungleichmäßige Dampferzeugung bringt weiterhin eine ungleichmäßige Verteilung der spezifischen Dichte des Dampf-Wasser-Gemisches mit sich, was Anlaß für eine einseitige mechanische Beanspruchung des Rohrbündels infolge Querströmungen ist.

Infolge der Wärmeabgabe ändert sich die Temperatur des rohrseitigen Heizmediums längs des Strömungsweges. Auf der Außenseite der Rohre herrscht durchweg die Sättigungstemperatur des Gemisches. Die Rohrwandtemperatur verändert sich folglich näherungsweise als Mittelwert aus der jeweiligen Außen- und Innentemperatur am Rohr - über die Rohrlänge. Somit hat der rohrseitig zuerst durchströmte U-Rohrschenkel eine höhere Mitteltemperatur als der zuletzt durchströmte. Die unterschiedlichen Mitteltemperaturen bedeuten im Betriebsfall eine unterschiedliche Längung beider Schenkel, was zur Folge hat, daß die Rohre vor allem in der Bliegezone einseitigen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind.

Man kennt auch gemäß FR-PS 20 49 022 einen Dampferzeuger der vorerwähnten Art, bei dein Vorwärmkammern nach außen angeordnet sind, wobei also das Speisewasser am Rande eingeführt wird. Dies hat zur Folge, daß der Rohrboden am Rand kälter ist als in der Mitte. Damit ist die Gefahr gegeben, daß die Rohrbodenmitte überhitzt wird und sich Ablagerungen ergeben.

Ferner ist bekannt (DT-OS 19 32 322), bei Dampferzeugern U-förmig gebogene Rohre rotationssymmetrisch anzuordnen. D^:esem Dampferzeuger fehlt eine

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besondere Anordnung der Vorwärmkammer. Weiterhin ist es bekannt (DT-OS 20 54 578) die Austrittsenden der langgestreckten Rohre eines Dampferzeugers mit einer Vorwärmkammer zu umgeben. Bei dieser Anordnung sind einmal zwei teure Rohrböden erforderlieh und zum anderen sind die auftretenden, unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen den Rohren und dem Gehäusemantel nur schwer zu beherrschen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile der bekaniiten Dampferzeuger zu vermeiden, d. h. für eine optimale Wärmeübertragung zwischen rohrseitigen und manteiseitigem Medium zu sorgen, die Wärmeübertragungsflächen materialsparend zu gestalten, Gefahrenmomente für Korrosionen und Ablagerungen auszuschalten, sowie eine gleichmäßige mechanische Beanspruchung der Rohre sowie eine ausgeglichene Erhitzung des Rohrbodens zu gewährleisten.

Das geschieht bei dem eingangs genannten Dampferzeuger gemäß der Erfindung dadurch, daß die Zuführung des Speisewassers durch das Zentralrohr erfolgt, welches in einem Abstand vom Rohrboden endet und nach unten geschlossen ist und von der Vorwärmkammer unmittelbar umschlossen ist, und daß der durch Öffnungen des Zentralrohres austretende Speisewasserstrom in der Vorwärmkammer in je einen nach oben und unten gerichteten Teilstrom aufgeteilt ist und durch obere und untere Öffnungen in den Verdampferraum austritt, und daß das Zentralrohr oberhalb der Abschlußplatte in ihrem Querschnitt veränderliche Öffnungen zum Austritt eines Speisewasserteilstromes aufweist. Besonders günstig ist es dabei, wenn das Zentralrohr an seinem oberen Ende mit einem siphonartigen Verschluß versehen ist.

Der erfirdungsgemäße Dampferzeuger bringt folgende Vorteile mit sich. Das Speisewasser kommt, ohne daß seine Temperatur durch Vermischen mit dem Rücklaufwasser ansteigt, direkt mit den Heizflächen in Verbindung. Damit steht eine höhere Temperaturdifferenz zwischen dem rohrseitigen und dem mantelseitigen Medium sowohl in der Vorwärm- als auch in der Verdampfungszone zur Verfügung. Die notwendige Heizfläche kann daher bei gleicher Leistung vermindert werden.

Die heißen Rohrzonen oberhalb des Rohrbodens werden ausreichend vom Wasser beaufschlagt da von der einen Seite das vorgewärmte Speisewasser und von der anderen Seite das Rücklaufwasser radial zuströmt. Ablagerungen durch ungenügende Wasserbeaufschlagung können daher nicht mehr auftreter..

Durch die rotationssymmetrische Anordnung der U-förmig gebogenen Roiire bei gleichzeitiger Anordnung der Vorwärmkammer werden alle Heizflächen voll für die Dampferzeugung ausgenutzt. Die mit einer ungleichmäßigen Dampferzeugung verbundenen Nachteile sind daher nicht mehr zu befürchten.

Ebenso ergibt sich aus der besonderen Führung des Speisewassers eine gleichmäßige, mechanische Belastung der beiden Rohrschenkel jedes einzelnen U-förmig gebogenen Rohres. Schließlich wird auch der Rohrboden durch die rotationssymmetrische Anordnung der Rohre thermisch gleichmäßig belastet, so daß er rechnerisch einfacher zu erfassen ist.

Die Erfindung sei an dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel und der Zeichnung näher erläutert:

Die Zeichnung stellt den Längsschnitt durch einen Dampferzeuger gemäß der Erfindung dar.

Der Dampferzeuger besteht aus einem Gehäuse 1,

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das U-förmig gebogene Rohre 2 einschließt. Die U-förmig gebogenen Rohre 2 sind in einem Rohrboden 3 befestigt. Die Zuführung des Heizmiuels erfolgt durch eine unterhalb des Rohrbodens 3 angeordnete Verteilerkammer 4. Das Heizmittel durchströmt die Rohre 2, gelangt in die Sammelkammer 5 und wird von dort abgeführt. Die Rohre 2 sind innerhalb des Gehäuses 1 von einem Mantel 6 umgeben, der bis in die Nähe des Rohrbodens 3 reicht. Zwischen dem Mantel 6 und dem Gehäuse 1 bleibt ein Ringspalt. Der Mantel 6 ist oben durch eine Abschlußplatte 7 abgedichtet. Die Abschlußplatte 7 trägt die Dampfabscheider 8.

Die U-förmig gebogenen Rohre 2 sind rotationssymmetrisch angeordnet, wobei in der Längsachse des Dampferzeugers ein Innenraum freibleibt. Durch diesen freibleibenden Innenraum ist ein Innenrohr 9 geführt, das gegenüber dem Mantel 6 abgedichtet ist. In das Innenrohr 9 mündet die Speisewasserleitung 10. Am Eintritt der Speisewasserleitung 10 in das Innenrohr 9 ist eine siphonartige Dampfsicherung 11 vorgesehen. Das Innenrohr 9 reicht bis in die Nähe des Rohrbodens 3 und ist unten abgeschlossen. Es weist seitliche Öffnungen 12 auf, durch die das Speisewasser in eine spätei noch näher zu beschreibende Vorwärmkammer 13 geleitet wird. Das Innenrohr 9 füllt den gesamten, nicht mit Rohren 2 bestückten Innenraum des Dampferzeugers aus. Es kann daher so dimensioniert werden, daß es als Wasserspeicher dient. Der Ringspalt zwischen dem Gehäuse 1 und dem Mantel 6 kann in diesem Fall entsprechend schmaler ausgebildet werden. Das Innenrohr 9 ist begehbar und mit verschließbaren Besichtigungsöffnungen 14 ausgerüstet. Auf diese Weise können wenigstens Teile der Rohre 2 inspiziert werden, was bei den bisher bekannten Dampferzeugern überhaupt nicht möglich war.

Oberhalb der Abschlußplatte 7 weist das Innenrohr 9 weitere Austrittsöffnungen 15 auf, deren Ausflußquerschnitt regulierbar ist. Die Austrittsöffnungen 15 geben eine dosierte Teilmenge des Speisewassers ab, während die Hauptmenge durch die Öffnungen 12 dem Dampferzeuger zugeführt wird. Das aus den Austrittsöffnungen 15 ausströmende Speisewasser hat vornehmlich die Aufgabe, den Dampfanteil im Rücklaufwasser der Dampfabscheider zu kondensieren.

Die Vorwärmkammer 13 umgibt die Austrittsschenkel der Rohre 2. Sie weist geschlossene, axial sich erstreckende Seitenwände 16 auf. Die Seitenwände liegen in der Mittelachse der rotationssymmetrisch angeordneten Rohrbündel. Die Vorwärmkammer 13 ist durch radial angeordnete Umlenkbleche 17 aufgeteilt. Durch die sich in mittlerer Höhe der Vorwärmkammer befindlichen Öffnungen 12 wird das Speisewasser zugeführt; es umströmt, wie durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet, die Umlenkbleche 17 und tritt oben und unten durch entsprechende Durchbrüche 24 bzw. 25 aus der Vorwärmkammer 13 aus. Ein weiterer Teilstrom des Wassers, das aus Rücklaufwasser und dem kleineren Speisewasseranteil besteht, tritt, aus dem Ringspalt zwischen Gehäusewand und Mantel kommend, in den Raum zwischen dem Rohrbündel ein. Auf diese Weise erhält man eine allseitige Strömung um die Rohre, durch die Ablagerungen im unteren Bereich des Rohrbündels vermieden werden.

Die Verteilerkammer 4 ist ringförmig ausgebildet. Die Verteilerkammer 4 ist mit einem Eintrittsstutzen 18 für die Zuführung des Heizmittels versehen. Die Verteilerkammer 4 ist begehbar, um im Bedarfsfall einzelne Rohre 2 vom Rohrboden 3 her verstopfen zu können.

Dazu ist die Verteilerkammer 4 mit einem Mannloch 19 versehen.

Innerhalb der Verteilerkammer 4 ist die Sammclkammer 5 durch ein topfartiges Zwischenblech 20 abgetrennt. Der Austrittsstutzen 21 der Sammelkammer 5 ist durch die ringförmige Verteilerkammer 4 geführt. Im vorliegenden Fall ist der Austrittsstutzen 21 mittig angeordnet und mit schlitzartigen Öffnungen 22 versehen, durch die das Heizmittel aus der Sammelkammer 5 in den Austrittsstutzen 21 gelangt. Der Austrittsstutzen 21 ist tragend ausgebildet und stützt den Rohrboden 3 auf dem Boden des Gehäuses 1 ab. Dadurch kann de Rohrboden dünner ausgebildet werden. Auch die Sam melkammer ist begehbar. Um den Aufenthalt des Re paraturpersonals in der Sammelkammer 5 möglichs kurz zu halten, liegt der Verschluß des Mannloches 2. der Sammelkammer 5 dem Mannloch 19 der Verteiler kammer 4 gegenüber. Der Verschluß des Mannloche 23 kann auf diese Weise von außen geöffnet werder Ebensogut könnte auch ein durch die Verteilerkamme

ίο 4 geführter und außen verschlossener Stutzen für dei Einstieg in die Sammelkammer benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger, in dessen Gehäuse U-förmig gebogene, von einem Heizmittel durchflossene und in einem Rohrboden befestigte Rohre angeordnet sind, wobei die von einem an seinem unteren Ende mit Öffnungen versehenen Mantel umhüllten Rohre rotationssymmetrisch angeordnet und im Bereich der kalten Schenkel der Rohre eine mit Umlenkflächen versehene Vorwärmkammer für das zu verdampfende Arbeitsmittel vorgesehen ist, in die seitliche Einführungsöffnungen für das Speisewasser münden, und wobei der Mantel an seinem oberen Endo durch eine Abschlußplaue abgeschlossen ist, die von einem Zentralrohr durchdrungen ist und eine Anzahl von Dampfabscheidern irägt, d a durch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Speisewassers durch das Zentralrohr (9) erfolgt, welches in einem Abstand vom Rohrboden (3) en- μ det und nach unten geschlossen ist und von der Vorwärmkammer (16) unmittelbar umschlossen ist, und daß der durch Öffnungen (12) des Zentralrohres (9) austretende Speisewasserstrom in der Vorwärmkammer (16) in je einen nach oben und unten gerichteten Teilstrom aufgeteilt ist und durch obere (24) und untere (25) öffnungen in den Verdampferraum austritt, und daß das Zentralrohr (9) oberhalb der Abschlußplatte (7) in ihrem Querschnitt veränderliche öffnungen (15) zum Austritt eines Speisewasserteilstromes aufweist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (9) an seinem oberen Ende mit einem siphonartigen Verschluß (11) versehen ist.