DE2330705A1 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

FRIEDRICH UHDE GMBH
Dortmund
Aktenzeichen: IG 010

Dampferzeuger

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit Heizgasrohren und mit Flüssigkeits- und Dampfraum für Heizgase über 75O°C. Dampferzeuger der genannten Art dienen vorzugsweise der Dampferzeugung unter erhöhten Drücken und bei hohen Temperaturen.

In Chemie-Anlagen fallen häufig Prozeßgase, die im folgenden als Heizgase bezeichnet werden, mit hoher Temperatur und hohem Druckniveau an. Da die hohe Temperatur oft für die weitere Prozeßfolge unbrauchbar ist, müssen die Gase abgekühlt werden. Die abzuführende Wärmemenge soll mit einem möglichst großen Nutzeffekt auf ein anderes Medium, z. B. Dampf, der universell einsetzbar ist, überführt werden. Dabei ist es erforderlich aus betriebstechnischen Gründen, eine sichere und intensive Kühlung vorzusehen. Weiterhin soll mit einem Medium von hohem Temperaturniveau ein anderes Medium auf ein ebenfalls hohes Temperaturniveau aufgeheizt werden, wobei eine günstige Temperaturdifferenz bestimmend ist.

Als erläuterndes Beispiel sei die Abkühlung von heißen Synthesegasen aus Reaktoren für die partielle Oxydation herangezogen. Zur Erzeugung von 1000 tato Ammoniak werden in einem Spaltgasreaktor 100.000 Nm /h Gas erzeugt bei einer Temperatur von etwa 135O°C und einem Druck von z. B. 50 ata. Die Abkühlung erfolgt in einem Dampferzeuger besonderer Konstruktion, bei dem das heiße Gas durch die Rohre geführt wird. Die Heizgasrohre liegen vollständig im Wasser, das z. B. unter einem Druck von 120 ata steht. Diesem Druck entspricht eine Verdampfungstemperatur des Wassers von 323°C. Die Heizgasrohre sind innerhalb des Dampferzeugers so angeordnet, daß sie den Wasserspiegel des zu verdampfenden Speisewassers nicht durchdringen. Der erzeugte Sattdampf ist nicht universell anwendbar, da er bei geringster Abkühlung wie z. B. in Entspannungsmaschinen, sofort zum Auskondensieren gelangt.Selbst eine Verwendung des erzeugten Sattdampfes als Beheizungsmedium für ein anderes Betriebs-

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mittel ist problematisch, da in der Regel dieser Dampf zu einem anderen Apparat hingeleitet werden muß. Der auf dem Wege dorthin zwangsläufig eintretende Wärmeverlust führt zu vorzeitiger Kondensation und damit zu einem Verlust an bedeutender Wärmeenergie. Soll mittels Heizgasen ein überhitzter Dampf erzeugt werden, so wird bisher der erzeugte Sattdampf in einen weiteren Apparat geleitet, in dem die Heizgase den Sattdampf überhitzen. Es besteht demnach das Problem der gleichzeitigen Überhitzung von Sattdampf in einem Apparat, in dem die Heizgasrohre den schwankenden Wasserspiegel durchdringen und anschließend zur Überhitzung des Sattdampfes dienen.

Es ist bekannt, daß an der Trennstelle Wasserraum/Dampfraum eine schnelle Zerstörung der Heizgasrohre eintritt. Als Ursache ist hauptsächlich der Thermoschock zu nennen. Das schwankende Niveau des Flüssigkeitsspiegels und Spritzer auf der siedenden Flüssigkeit bewirken den Thermoschock. Obwohl die Heizgase im Rohr eine Temperatur weit oberhalb 7 50 C haben, beträgt die Wandtemperatur der Heizgasrohre nur ca. HOO⁰C. In der inneren Grenzschicht der heißen Gasströmung findet ein starker Temperaturabbau zur Rohrseite hin statt. Bewirkt wird dies durch di intensive Wasserkühlung im Wasserraum um die Rohre. Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels werden die Rohre von größten Teils stagnierendem Sattdampf berührt. Da der Wärmeübergang zwischen Rohr und Sattdampf schlecht ist, findet keine ausreichende Temperatursenkung an den Rohren im Dampfraum statt. Für die Rohre an der Grenzschicht Flüssigkeitsspiegel/ Dampfraum bedeutet dies, daß sie einer besonders hohen Temperatur ausgesetzt sind. Infolge des schwankenden Flüssigkeitsspiegels liegt auch eine hohe Temperaturwechselbeanspruchung vor. Eine schützende Oxydschicht kann sich auf der Außenoberfläche der gasdurchströmten Rohre nicht aufbauen, da sie ständig abplatzt. Das äußere Erscheinungsbild des Schadens stellt sich dann als Korrosionsangriff dar. Die Lebensdauer solcher Dampferzeuger ist nur begrenzt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Dampferzeuger mit Heigasrohren für Heizgase über 75O°C gleichzeitig überhitzten Dampf herzustellen unter Vermeidung der vorher aufgezeigten Nachteile bekannter Konstruktionen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dampfraum einen Zwischenboden aufweist, der Dampfabzugsstutzen oberhalb dieses Zwischenbodens angeordnet ist, daß die Heizgasrohre in ihrer Länge teilweise im Flüssigkeitsraum angeordnet sind, die verbleibende Länge der Rohre den Flüssigkeitsspiegel durchdringen und die Rohre durch den Zwischenboden geführt sind, daß die Heizgasrohre im unteren Dampfraum von Dampfleitrohren umgeben sind, die oben im Zwischenboden münden und die Dampfleitrohre an den unteren Enden von Schutzrohren umgeben sind, die unterhalb des niedrigsten Flüssigkeitsspiegel dicht mit den Heizgasrohren verbunden sind und oberhalb des höchsten Flüssigkeitsspiegel offen sind, so daß zwischen Heizgasrohren, Dampfleitrohren und Schutzrohren jeweils ein Ringraum verbleibt. Um die Dampfleitrohre an ihren unteren Enden nicht in Schwingungen geraten zu lassen, werden sie in den Schutzrohren mittels bekannter Mittel fixiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß in einem Dampferzeuger ein überhitzter Dampf von gewünschter Temperaturhöhe erzeugt werden kann ohne daß die Heizgasrohre diesen Dampferzeuger verlassen müssen und in einen Überhitzer zu führen sind. Des weiteren lassen sich Heizgase mit sehr hohen Temperaturen einsetzen ohne daß es zu Thermoschock und dem damit folgenden Korrosionsangriff an den Heizgasrohren kommt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

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Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Dampferzeuger mit Überhitzungsteil. Fig. 2 ist ein vergrößert dargestellter Schnitt der Rohrsektion in Höhe des schwankenden Flüssigkeitsspiegels.

Der Dampferzeuger 1 in Fig. 1 enthält ein Heizgasrohrsystem mit den einzelnen Heizgasrohren 2, die über Rohrbodenplatten 3 oder über Sammler (nicht dargestellt) mit dem Heizgaseintritt 4 und dem Heizgasaustritt 5 verbunden sind. Speisewasser wird über Stutzen 6 in den Flüssigkeitsraum eingeführt und Dampf über Stutzen abgeführt. Der Dampfraum ist mittels des Zwischenbodens 8 in einen unteren Dampfraum 9, der mit der Flüssigkeit in direktem Kontakt steht und einen oberen Dampfraum 10 unterteilt. Der untere Teil der Heizgasrohre, der von dem umgebenden Speisewasser gekühlt wird, wirkt als Verdampferteil. Diese Rohre können auch spiralförmig geformt sein. Im Bereich des schwankenden Flussigkeitsspiegeis 11 sind die Heizgasrohre von Schutzrohren 12 derart umgeben, daß der Flüssigkeitsspiegel die Heizgasrohre selbst nicht berührt. Unterhalb des niedrigsten Flüssigkeitsspiegels sind die Schutzrohre dicht mit den Heizgasrohren verbunden. Der obere Teil der Heizgasrohre ist von Dampfleitrohren 13 umgeben, die oben im Zwischenboden 8 befestigt sind und unten in den Schutzrohren frei münden. Dadurch wird für den im Dampf raum 9 sich sammelnden Dampf ein Zwangsweg geschaffen, so daß dieser Dampf zuerst nach unten in das Schutzrohr 12 strömt, dann nach Richtungsumkehr in den Ringraum Ik zwischen Heizgasrohren und Dampfleitrohren strömt und nach oben in den Dampfraum 10 gelangt. Von hier aus wird er über Stutzen 7 abgezogen. Je nach Dimensionierung der oberen Teile der Heizgasrohre und des Ringraumes wird eine mehr oder weniger starke Kühlung der Heizgase und damit Überhitzung des Dampfes erreicht. Da erfindungsgemäß die heißen Heizgasrohre nur von strömendem Dampf mit hoher Geschwindigkeit beaufschlagt werden, ist hinreichende Kühlung gewährleistet. Es kommt nicht zum Thermoschock und den damit verbundenen Korrosionsangriffen.

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Die eingezeichneten Rohre sind geradlinig dargestellt, ohne besondere Ausführung hinsichtlich der Wärmeübertragungsflächen. Um eine größere Wärmeübertragungsfläche in einem Dampferzeuger gegebener Abmessung unterzubringen, ist es selbstverständlich möglich, die Heizgasrohre nicht in geradliniger Form,sondern in Wendel- bzw. Schlangenform anzuordnen.

Um die Dampfleitrohre 13 an ihren unteren Enden zu fixieren, Schwingungen infolge der Dampfströmung müssen vermieden werden, können sie wie in Fig. 2 dargestellt mit Stiften versehen werden. Diese Stifte passen in Ausbuchtungen der Schutzrohre.

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Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE

   [1J Dampferzeuger mit Heizgasrohren und mit Flüssigkeits- und Dampfraum für Heizgase über 750⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfraum einen Zwischenboden (8) aufweist, der Dampfabzugsstutzen (7) oberhalb des Zwischenbodens angeordnet ist, daß die Heizgasrohre (2) in ihrer Länge teilweise im Flüssigkeitsraum angeordnet sind, die verbleibende Länge der Rohre den Flüssigkeitsspiegel (11) durchdringen und die Rohre durch den Zwischenboden geführt sind, die Heizgasrohre im unteren Dampfraum von Dampfleitrohren (13) umgeben sind, die oben im Zwischenboden münden und die DampfIeitrohre an den unteren Enden von Schutzrohren (12) umgeben sind, die unterhalb des niedrigsten Flüssigkeitsspiegel dicht mit den Heizgasrohren verbunden sind und oberhalb des höchsten Flüssigkeitsspiegelof fen sind, so daß zwischen Heizgasrohren (2), Dampfleitrohren (13) und Schutzrohren (12) jeweils ein Ringraum verbleibt.
2. 2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die DampfIeitrohre (13) an ihren unteren Enden in den Schutzrohren (12) mittels bekannter Mittel fixiert sind.

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