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" Dampfkesselaufbau " Die Erfindung betrifft Dampfkessel, und insbesondere
mit Wärmestrahlung betriebene Dampfkessel, deren Verbrennungsgase in einer senkrecht
verlaufenden Konvektionsbahn geführt werden.
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Bei einem Rohr, das zu Verdunstungszwecken verwendet und von Wasser
langsam durchströmt wird, ist es erwünscht, diesem eine im wesentlichen aufrechte
Stellung zu geben, da sonst die Gefahr besteht, dass eine Dampftrennung an der oberen
Rohrfläche auftritt, was zu einem Rohrdurchbrand führen kann.
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Es ist zur Erreichung einer bestmöglichen Wärmeübertragung auch erwünscht,
dass die heissen Verbrennungsgase im wesentlichen auf normale Art und Weise über
die Uberhitzerrohrbündel bzw. die Ekonomiser strömen. Hierbei stehen diese Forderungen
sich oft bei aufrechten Konvektionsdurchläufen widersprechend gegenüber, die neben
den Uberhitzer- bzw. Ekonomiserröhrenbündeln noch einige Verdamp
ferröhren
aufweisen, die zusätzlich zu den strahlung6-erwärmten Röhren erforderlich sind,
um den Kessel mit einer ausreichenden Verdampfungsröhrenoberfläche zu versehen.
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Unter Berückeichtigung dieses Problems ist es Aufgabe der Erfindung,
einen neuartigen Dampfkessel zu schaffen, der eine Strahlungsofenkammer aufweist,
aus der die heissen Verbrennungsgase längs eine6 senkrecht stehenden Konvektionsdurchgangs
oder einer Konvektionsbahn geführt werden, der ein einziges oder mehrere Uberhitzerrohrbündel
und gegebenenfalls auch Ekonomiserrohrbündel besitzt, das bzw. die, wenn vorgesehen,
sich quer durch den stehenden Konvektionsdurchgang erstrecken, so dass die heissen
Verbrennungsgase über diese Rohre streichen, wobei die senkrechte Konvektionsbahn
zusätzlich Verdampf errohrkanalwände aufweist, die wenigstens auf ihren erwärmten
Rohrschüssen senkrecht stehen, 8o dass die heissen Verbrennungsgase in Längsrichtung
den Verdampferrohrechüssen entlang laufen, und dieses Verdampferrohrkanalwände zwischenschichtig
zwischen dem bzw. den ttberhitzerrobrbündeI(n) und gegebenenfalls dem Ekonomiserrohrbündel
liegen, so dass sie sich nach oben durch das bzw. die Rohrbündel erstrecken.
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In einem Kessel dieser Art können die Verdampferrohre senkrecht stehen,
so dass die Gefahr eines Rohrdurchbrands vermieden wird, während die Konvektionsüberhitzerrohre
und die gegebenenfalls vorgesehenen Ekonomiserrohre so ausgerichtet werden können,
dass die Verbrennungsgase hierrüber streichen, um auf diese Weise eine optimale
Wärmeübertragung
zu erreichen. Hierzu kommt, dass ein Kessel nach der Erfindung bei Verwendung der
natürlichen Zirkulation gut arbeitet.
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Die Konstruktion des erfindungsgemässen Kessels kann die Grundlage
für den Entwurf weiterer Kesseltypen sein, bei den die beabsichtigte Dampfabgabe
bestimmt wird durch die Gesamtlänge der senkrecht stehenden Kanalwände der Verdampfungsrohre
und erforderlichenfalls der Gesamthöhe des Kessels.
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Die Ansicht im Grundriss zeigt die Längestrecken der Kanalwände der
senkrecht stehenden Verdampfungsrohre parallel zu den Rohrenreihen des bzw. der
Uberhitzungsrohrbündel. Die Anzahl der Verdampfungsrohrkanalwände wird entsprechend
der erforderlichen Verdampfungsrohroberfläche im Verhältnis zur Wärmezufuhr seitens
der Brenner sowie dem lSss der erwünschten Uberhitzungswärme usw. gewählt. Nach
der Bestimmung der Anzahl der erforderlichen Kanalwände für Verdampferrohre können
diese verschachtelt in regelmässigen Abständen über dem bzw. den Uberhitzerrohrbündelnn)
mit einer regelmässigen Anzahl Uberhitzerrohre zwischen ihnen angeordnet sein. Die
Ausdehnung der senkrechten Verdampferrohre im Konvektionsdurchgang wird vorzugsweise
so gewählt, dass vermieden wird, dass das in ihnen befindliche Strömungsmittel auf
einem beliebigen Niveau bei einer höheren Temperatur liegt als die Verbrennungsgase
auf jenem Niveau. Somit kann es erwünscht sein, dass sie sich über die Höhe des
oder der Uberhitzerrohrbündel(s) und nicht über die gegebenenfalls vorgesehenen
Ekonomiserrohrbündel erstrecken.
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Das oder die Uberhitzerrohrbündel und die gegebenenfalls vorgesehenen
Ekonomiserrohrbündel können bequemerweise
aus Platten oder Etagen
aus im Zickzack oder in Schlangeform verlaufender Rohre bestehen, wobei die Zickzackreihen
im wesentlichen horizontal verlaufen. Derartige Rohre biten den Vorteil, dass sie
vollständig entwässert werden können.
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Die Verbrennungsgase können die Konvektionsbahn nach oben oder nach
unten passieren, je nach dem, ob der Ofen vom unteren oder oberen Ende geheizt wird.
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Vorzugsweise soll der Ofen in seinem Oberteil oder seiner Decke Brenner
aufweisen, so dass die Gase dann die Konvektionsbahn hinaus laufen können, wobei
sie zunächst an ihrem unteren Ende von einem Ofenausgang eintreten, der durch Zwischenräume
in der gewöhnlichen Rohrwand vorgesehen ist, durch die der Ofen und die Konvektionsbahn
getrennt sind. Diese Zwischenräume können dadurch geschaffen werden, dass die Rohre
der Wand in räumlichen Abstand angeordnet sind oder die zwischen den Rohren liegenden
Rippen entfernt werden. Dadurch dass die Brenner in der Decke untergebracht sind,
besteht bei mit Ö1 geheizten Brennern der Vorteil der leichteren Wartung.
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Der Ofen kann jedoch auch dort mit Brennern in der Ofensole angeheizt
werden, wo z.B. die Brenner mit Gas geheizt werden, wobei dann die Gase im Ofen
nach oben und dann die Konvektionsbahn nach unten strömen.
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Der Ofen kann auch von seiner Vorderwand oder von der einen oder beiden
Seitenwänden aus geheizt werden. Die ist jedoch nicht die bevorzugte Heizungsart.
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Der Dampfkessel nach der Erfindung ist vorzugsweise so beschaffen,
dass die Seitenwände des Ofens und der Konvektionsbahn
starr ausgebildet
sind und den gesamten Aufbau tragen, wobei die Dampftrenntrommel von den darunterliegenden
Wänden' getragen wird. Diese Seitenwände können Lamellen-Rohrenpaneele sein, die
durch ein Stahlgerüst verstärkt sind. Die Vorderwand des Ofens und die die Konvektionsbahn
umgebenden Wände können dann aus diesen Seitenwänden gebaut sowie von ihnen getragen
werden. Eine derartige allgemeine Anordnung ermöglicht eine weitgehendste Werkstattmontage
und vermindert und vereinfacht das Ort--Bauverfahren.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Hinterwand der
Konvektionsbahn aus einer Iamellenrohrwand bestehen, deren Rohre als Fallrohre aus
der- oberen Trenntrommel zur unteren Wassertrommel fungieren. 5n dann die unteren
Sammelrohre für die Kanalwände der Verdampfungsrohre aufzunehmen, können diese Sammelrohre
die lamellen der Fallrohre über dem Boden der Konvektionsbahn ersetzen, so dass
sie vervollständigt und gasdicht gemacht wird. Erforderlichenfalls kann die 'rårmeresorption
durch die Rohre in diesem Bodenbereich vermindert werden, indem die Rohre mit feuerfestem
Werkstoff abgedeckt werden.
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Für die die Kanalwände der Verdampfungsrohre bildenden Rohre in der
Konvektionsbahn können geradlinige senkrecht stehende Rohre verwendet werden, die
zwischen den nach oben und unten laufenden Sammelrohren liegen. Diese Sammelrohre
können innerhalb oder ausserhalb der Konvektionsbahn liegen oder, wie bereits erwähnt,
einen Teil des Bodens oder der Decke der Konvektionsbahn bilden. Als Alternative
liessen sich die Rohre mit grösseren geraden, senkrecht stehenden Teilen ausbilden,
die sich durch die Konvektionszone erstrecken und zwischen den gekrümmten Enden
liegen
können, die aus der Konvektionsbahn zu den ausserhalb der
Bahn gelegenen Sammelrohren führen.
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Es werden Dampfkessel nach der Erfindung anhand von zwei in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispi elen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen: Fig.
1 einen Querschnitt eines Kessels nach der Erfindung, Fig. 2 einen Teilschnitt längs
der Linie 2-2 von Fig. 1 und Fie. 3 einen Seitenriss im Schnitt eines weiteren Uusführungsbeispiels
des erfindungegemässen Kessels.
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Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Dampfkessel besitzt eine Ofenkammer
12 und eine senkrecht stehende Konvektionsbahn 14.
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Die Verbrennungsgase gelangen von der Kammer 12 zum unteren Ende der
Bahn 14, und zwar durch Zwischenräume, die durch die auseinander gebogenen Rohre
16 der Wand 18 gegeben sind, welche die Kammer 12 und die Bahn trennt, und verlassen
das obere Ende der Bahn 14 durch den Ausgang 20.
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Die Ofenkammer setzt sich zusammen aus der Wand 18, den Seitenwänden
22, die in ihrem Aufbau starr sind und die obere Trenntrommel 24 tragen, und der
'-asserrohrwand, die sich von der unteren Wassertrommel 26 zur Trommel 24 erstreckt
und abschliessend den Boden 28, die Vorderwand 30 und das Gewölbe oder die Decke
der Ofenkammer bildet. In der Kammerdecke 32 sind ein oder mehrere Brenner 34 untergebracht.
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Die Höhe der Ofenlcammer ist so gewählt, dass sie zumindest ein vollständiges
Verbrennen und Nischen gewährleistet, bevor die Gase in die Konvektionsbahn 14 gelangen.
Demgemäss wird erreicht, dass die Flammen der Brenner nicht auf die Wände des Ofens
auftreffen.
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Die die Wände des Ofens bildenden Rohre sind Verdampfungsrohre, die
durch Strahlungswärme geheizt werden, wobei das Wasser durch natürlichen Umlauf
die Rohre bis zur Dampftrenntrommel hinaufwandert.
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Die senkrechte Konvektionsbahn 14 ist umrissen durch die Wand 18 und
die Seitenwände 40, die aus den lamellen-Rohrpaneelen und den Rohren 42 bestehen,
die die Decke 44, die Rückwand 46 und den Boden 48 bilden. Die Rohre 42 sind mit
lamellen oder Rippen 50 verbunden und bilden ein gasdichtes Paneel. Die Rohre 42
fungieren als Fallrohre zwischen der oberen Trommel 24 und der unteren Wassertrommel
26. Zur Unterstützung der natürlichen Umlaufsgeschwindigkeit sind die Rohre 42 an
ihren unteren Enden sowie am Boden 48 mit Wandplatten oder Fliesen 49 abgedeckt,
so dass die Resorption einer von den heissen Gasen stammenden übermässigen AJärmezufuhr
begrenzt wird. Zur weiteren Unterstützung des Umlaufs können die Rohre mit Wasser
gespeist werden, dem Speisewasser aus dem Ekonomiser beigemischt wurde1 wobei das
der Trommel 24 zugeführte Speisewasser bei einer unter ihrem Siedepunkt liegenden
Temperatur liegt.
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In der Bahn 14 sind primäre und sekundäre Uberhitzer 50 und 52 sowie
ein Ekonomiser oder Vorwärmer 54 angeordnet. Die Uberhitzer bestehen jeweils aus
im Zickzack und horizontal verlaufenden Rohrenplatten, so dass die Verbrennungsgase
diese transversal überstreichen, um so eine gute Wärmeübetragung zu geviährleisten.
Diese Rohre sind auch derart
angeordnet, dass sie vollstandig entwa6^ert
werde; können.
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Der Ekonomiser 54 besteht ebenfalls aus im Zickzack verlaufenden Rohrplatten,
die auch derart ausgelegt sind, dass die Zickzackreihen im wesentlichen horizontal
verlaufen und die Verbrennungsgase demzufolge tranaversal darüber streichen.
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Um bei den Rohren eine zusätzliche Verdampfungsfläche in der Konvektionsbahn
vorzusehen, sind die Kanalwände 60 der senkrecht stehenden Verdampfungsrohre 62
in der Bahn 14 angeordnet, Jede Rohrkanalwand 60 liegt zwischen einen oberen und
unteren Sammelrohr 64 bzw. 66. Die Kanaiwände erstrecken sich vom Boden 48 der Bahn
14 nach oben und verlaufen auch zwischen den Rohrplatten der überhitzer 50 und 52
sowie dem Ekonomiser 54. Die Anzahl der Platten zwischen jeder Kanalwand ist gewählt
in Abhängigkeit von der Gesamtzahl der Kanalwände 60, so dass eine gleichförmige
und regelmässige Zwischenraumbildung der Kanalwände 60 über der Breite der Bahn
14 erreicht wird.
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Die Verdampfungsrohre 62 stehen senkrecht und befinden sich demzufolge
in der besten Ausrichtung, um eine Phasentrennung in den Rohren und möglicherweive
ein Durchbrennen zu vermeiden. Falls eine verbesserte Wärmeübertragung erwünscht
ist, können sie mit grösseren Oberflächen au6gebildet werden, z.B. mit Lamellen
oder Ansätzen.
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Die unteren Sammelrohre 66 können bequem im Boden 48 zwischen benachbarten
Fallrohren 42 anstelle von Lamellenteilen zwischen jenen Rohren angeordnet werden.
Die oberen Sammelrohre 64 liegen über dem Ekonomiser 54. Dies kann den Nachteil
haben, dass das Strömungsmittel in den oberen Enden der Rohre 62 heisser ist als
die die Verbrenaungsgase im Bereich des
Ekonomisers 54. Da dies
unerwünscht sein dürfte, könnte man anstatt dessen die Rohre in den Sammelrohren
64 auslaufen oder endigen lassen, die zwischen dem Uberhitzer 50 und dem Ekonomiser
liegen.
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Die den Ausgang 20 passierenden Gase können nach Wunsch einem (nicht
dargestellten) Luftheizer zugeführt werden.
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Die Breite des Kessels 10 braucht nicht grösser sein als die Länge
der Dampftrenntrommel 24, die erforderlich ist zur Bewältigung der Dampfleistung
des Kessels. Bei der Ausbildung des Kessels kann noch eine zusätzliche Verdampfungsleistung
erzielt werden, wenn die Gesamthöhe des Kessels vergrössert wird.
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Der in Fig. 3 gezeigte Kessel entspricht in vielerlei Hinsicht dem
Kessel 10. Jedoch weicht er von letzterem in folgenden Einzelheiten ab.
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Die Ofenlrammer 12a wird in der Ihe ihres unteren Endes von den in
den Seitenwänden 22a der Kammer 12a angeordneten Brennern geheizt. Die heissen Verbrennungsgase
strömen aufwärts in der Kammer 12a, passieren die Zwischenräume, die durch das Auseinanderbiegen
der Rohre 16a der Wand 18a gebildet wurden, und strömen dann in der senkrechten
Konvektionsbalm 14a nach unten.
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In dieser Konvektionsbahn sind Primär- und Sekundär-Uberhitzer 50a
bzw. 52a angeordnet, die jeweils Rohrplatten mit geschachtelt dazwischenliegenden
Kanalwänden senkrecht stehender Verdampferrohre aufweisen, und zwar auf eine ähnliche
Art, wie dies mit den Kanalwänden 60 in Beziehung zu den Uberhitzern 50 und 52 beschrieben
wurde.
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Es werden zwei Ausführungen geeigneter Kanalwände der Verdampferrohre
gezeigt. Eine Form besteht aus senkrecht stehenden geraden Rohren 84 (unterbrochen
gestrichelt), die zwischen den oberen und unteren Sammelrohren 86 bzw. 88 liegen.
Die alternative Form besteht aus den Rohren 90 (punktiert angedeutet), die Hauptrohrscllüsse
besitzen, die senkrecht stehen und an ihren oberen und unteren Enden von der Vertikalen
weg sowie aus der Bahn 14a heraus gebogen sind und sich mit den oberen und unteren
Sammelrohren 92 bzw. 94 treffen.
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Der Kessel oO weist ähnliche Vorteile auf wie der Kessel 10, und zwar
eine transversale Gesströmung der Uberhitzer und des Ekonomisers, durch die eine
ausgezeichnete årmeübertragung erzielt wird, wobei die YLonvektions-Verdampfungsrohre
über den wesentlichen Teil ihrer Längen senkrecht stehen, so dass sie nicht Gefahr
laufen, durchzubrennen, was bei nicht aufrechter Stellung eher gegeben wäre.
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Auch wenn die Begriffe 11Wasser11 und ttDampflt hier verwendet wurden,
so ist mit diesen Begriffen ein beliebiges Strömungsmittel und seine Dampfphase
gemeint.