DE2459308A1

DE2459308A1 - Vertikaler dampfkessel

Info

Publication number: DE2459308A1
Application number: DE19742459308
Authority: DE
Inventors: Robert R Bennett
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1974-01-15
Filing date: 1974-12-14
Publication date: 1975-07-17
Also published as: NL7500408A; SE7500425L; JPS50101702A; ES433796A1; GB1455541A; FR2257859B1; CA988795A; IT1028188B; CH590427A5; BR7500039A; SE402971B; FR2257859A1; BE824377A; US3916843A; JPS5351921Y2; JPS5395001U

Description

OIPlL. ING. K. HOLfZEK
AUGSBURG

¹⁴ I W₀ 712

Augsburg, den 12. Dezember 1974

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County,

Pennsylvania 15222, V.St.A«

Vertikaler Dampfkessel

Die Erfindung betrifft einen vertikalen Dampfkessel mit einem in öffnungen eines Rohrbodens befestigten und von diesem nach oben ragenden U-förmigen Rohrbündel, einer das Rohrbündel umschließenden Umhüllung und einem mit Abstand von dieser angeordneten Mantel, so daß zwischen der

509829/0227

Umhüllung und dem Mantel ein Ringraum gebildet ist, weiter mit einem Einlaß und einem Auslaß für heißes, durch das Rohrbündel hindurchzuleitendes Heizströmungsmittel, ferner mit einem Einlaß für die zu verdampfende Speiseflüssigkeit, welche Wärme von dem Heizströmungsmittel aufnimmt, und einem Dampfauslaß, und mit einem über dem Rohrboden um die kalten Rohrenden herum angeordneten, mit dem Speiseflüssigkeitseinlaß in Verbindung stehenden Vorwärmteil zur Vorwärmung der Speiseflüssigkeit, welch letzterer an seinem unteren Ende durch eine mit Abstand vom Rohrboden angeordnete Abschlußplatte verschlossen ist«,

Bei bekannten Dampfkesseln mit U-förmigen Rohrbündeln und mit Vorwärmern können im Rohrboden übermäßige Wärmespannungen infolge zyklischer Temperaturänderungen auftreten, die von kaltem, an den Rohren entlangströmendem und den Rohrboden berührendem Speisewasser herrühren. Diese Wärmespannungen verkürzen naturgemäß die Lebensdauer des Dampfkessels und können auch frühe Ausfälle hervorrufen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampfkessel der eingangs dargelegten Art im Sinne der Verhinderung derartiger Wärmespannungen zu verbessern.

509829/022 7

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solcher Dampfkessel gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abschlußplatte und dem Rohrboden eine jeweils einen Abstand von diesen beiden Teilen aufweisende Strömungsverteilerplatte angeordnet ist, daß weiter der Raum zwischen dieser Verteilerplatte und dem Rohrboden mit dem zwischen dem Mantel und der Umhüllung gebildeten Ringraum in Verbindung steht, durch welchen nicht verdampfte Speiseflüssigkeit zum unteren Kesselende zurückströmt, und daß die Verteilerplatte eine Vielzahl von Zirkulationsöffnungen, durch welche die zurückgeströmte Flüssigkeit nach oben hindurchströmen kann, aufweist und dadurch eine Berührung der kalten Speiseflüssigkeit aus dem Vorwärmteil mit dem Rohrboden verhindert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise in ihren Einzelheiten beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen

Dampfkessel nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt

aus Fig. 1, -

- 3 509829/0227

die Pig. 3, 4

und 5 jeweils einen vergrößerten

Querschnitt entlang der Ebene HI-III bzw. IV-IV bzw, V-V in Pig» 2 bzw. Pig. 6, und

Figo 6 einen Schnitt durch eine andere

Ausfuhrungsform eines Dampfkessels nach der Erfindung«

Fig„ 1 zeigt einen Dampfkessel 1 mit einem U-förmigen Rohrbündel 3, das in einem Behälter 5 mit einem vertikalen rohrförmigen Mantel 7 angeordnet ist«, Das obere Ende des Mantels ist durch einen Deckel 9 verschlossen. Ein Deckel verschließt das untere Ende des Mantels, Ein Rohrboden 13 ist einstückig mit dem Deckel 11 ausgebildet und weist eine Vielzahl von Bohrungen 14 auf, welche die Rohrenden des U-förmigen Rohrbündels 3 aufnehmen» In der Mitte des Deckels 11 ist eine Trennwand 15 angeordnet, welche den Deckelraum in zwei Kammern 17 und 19 unterteilt» Die als Verteilerkammer dienende Kammer 17 weist einen Einlaßstutzen für ein Primär- bzw, Heizströmungsmittel auf und die als Sammelkammer dienende Kammer 19 ist mit einem Auslaßstutzen für das Primär- bzw, Heizströmungsmittel versehen. Infolge

509 8 29/0227

des durch das Rohrbündel 3 strömenden Priraärströmungsmittels ergibt sich also ein in den Zeichnungen auf der linken Seite befindlicher heißer Ast 23 und ein in den Zeichnungen auf der rechten Seite befindlicher kalter Ast 25 des Rohrbündels_β

Am unteren Ende des Mantels 7 ist in der Nähe des Rohrbodens 13 ein Sekundärströmungsmittel- bzw„ Speisewassereinlaß 27 angeordnet, der eine darin angeordnete Dehnungshülse 2.9 aufweist.

Das Rohrbündel 3 ist von einer Umhüllung 31 umgeben, zwischen welcher und dem benachbarten Mantel 7 ein Ringraum gebildet ist.

Innerhalb des Mantels 7 ist nahe dem Rohrboden 13 ein Vorwärmer 35 vorgesehen«, Der Vorwärmer 35 ist so angeordnet, daß er mindestens einen Teil des kalten Astes des Rohrbündels umfaßt, und weist einen Teil der Umhüllung 31, eine vertikale Wandplatte 37, eine obere Abschlußplatte und eine untere Abschlußplatte 41 auf, welche den Vorwärmer begrenzen. Innerhalb des Vorwärmers 35 sind Ablenkplatten angeordnet, welche einen gewundenen Strömungsweg für

509829/022 7

das Speisewasser herstellen.

Zwischen der unteren Abschlußplatte 4l und dem Rohrboden 13 ist eine Strömungsverteilerplatte 45 angeordnete Diese Verteilerplatte 45 bildet zusammen mit der Abschlußplatte 4l und der Umhüllung 31 eine Pufferzone 47, welche mit Ausnahme einer Seite allseitig geschlossen ist„

Wie in Figo 3 dargestellt ist, weist die Strömungsverteilerplatte 45 eine Vielzahl großer öffnungen 49 auf, welche jeweils ein Rohr des Rohrbündels 3 umgeben. Die öffnungen 49 sind ausreichend groß, damit sie ein Hindurchströmen der Speiseflüssigkeit vom benachbarten Rohrboden her in die Pufferzone 47 ermöglichen»

Gemäß Fig. 4 weist die Abschlußplatte 41 eine Vielzahl von Bohrungen 51 auf, welche die Rohre 3 eng umschließen,, Die Bohrungen 51 sind gerade groß genug, um die Rohre hindurchführen zu können.

Wie in Fig« 5 dargestellt ist, besitzt auch die obere Abschlußplatte 39 eine Vielzahl von Bohrungen 53, welche die Rohre eng umschließen, und eine Vielzahl von Strömungsverteilungsbohrungen 55, welche den Durchtritt

- 6 509829/0227

der Speiseflüssigkeit durch die Abschlußplatte 39 hindurch ermöglichen«,

Die Stromungsverteilerplatte 45 ist etwa kreisrund ausgebildet und verläuft über den gesamten Querschnitt der Umhüllung 31. Die Verteilerplatte 45 besitzt einen halbkreisförmigen Abschnitt, durch welchen die den heißen Ast 23 bildenden Rohre hindurchführen, und der Mittelteil dieses halbkreisförmigen Abschnittes· weist einen großen offenen Bereich 57 auf, der eine Anzahl von Rohren des heißen Astes 23 umfaßt, damit übermäßiges Sieden und niedrige Strömungsgeschwindigkeiten nahe dem Rohrboden verhindert werden, welche Korrosion und Temperaturabweichungen verursachen, die in der Vergangenheit zu vorzeitigen Rohrdefekten geführt haben»

Der Dampfkessel 1 weist auch Mittel zur Wasserabscheidung von dem im oberen, einen erweiterten Querschnitt besitzenden Teil des Mantels befindlichen Dampf auf. Der Ringraum 33 zwischen der Umhüllung 31 und dem Mantel 7 bildet einen Rückströmungsweg für die vom Dampf abgeschiedene Speiseflüssigkeit« Diese abgeschiedene Speiseflüssigkeit strömt abwärts in den Raum zwischen dem Rohrboden und der Stromungsverteilerplatte 45« Ein Teil dieser Flüssigkeit strömt nach oben durch die öffnung 57 hindurch in den Mittelbereich des

- 7 50982970227

heißen Astes und überflutet den Rohrboden, wodurch übermäßiges Sieden am Rohrboden verhindert wird. Ein anderer Teil dieser zurückgeströmten Flüssigkeit strömt durch die öffnungen 49 nach oben in die Pufferzone 47 hinein, da die Größen der die Rohre umgebenden öffnungen der Strömungsverteilerplatte 45 und der Abschlußplatte 41 verschieden sind. Die zurückströmende Speiseflüssigkeit strömt entlang der Rohre nach oben in die Pufferzone hinein und verhindert, daß in den Vorwärmer eingeleitete kalte Speiseflüssigkeit, welche durch die Bohrungen 51 hindurchtritt, entlang der Rohre bis zum Rohrboden gelangen kann. Diese Anordnung vermindert in der Nähe des Rohrbodens auf die Rohre wirkende Wärmestöße und verhindert vorzeitige Schäden der Rohre und des Rohrbodens,

Der in Pig, 6 dargestellte Dampfkessel 1* weist ein ähnliches U-förmiges Rohrbündel 3, einen Deckel 11 und einen damit einstückigen Rohrboden 13 auf. Außerdem ist ein zweiter Strömungsmittelauslaßstutzen 59 dargestellt. Der Mantel 7' weist Über seine gesamte Länge etwa den gleichen Durchmesser auf. Vom Rohrboden aus verläuft eine Trennplatte 61 nach oben und wirkt mit der Umhüllung 31* im Sinne der Bildung eines Dampfüberhitzerteils um mindestens einen Teil des heißen Astes 23 des Rohrbündels 3 herum

- 8'-509829/0227

zusammen. Die Umhüllung 31 weist eine Vielzahl von öffnungen 65 auf und es ist eine Vielzahl von Verschlußstreifen 63 gebildet, welche die vorgewärmte Speiseflüssigkeit durch einen Teil des Ringraumes 33 in den Raum zwischen dem Rohrboden und der Strömungsverteilerplatte 45* strömen lassen, welche in Fig. 6 etwa halbkreisförmig ausgebildet ist und sich zwischen der Umhüllung und der Trennplatte 6l befindet. Wie am besten aus Figo ersichtlich ist, besitzt die Strömungsverteilerplatte 45^f eine Vielzahl von großen, die Rohre 3 umgebenden öffnungen 49, Diese öffnungen sind ausreichend groß, damit die vorgewärmte Speiseflüssigkeit nach oben in die Pufferzone 47^f hindurchströmen kann. Die untere Abschlußplatte 41* weist gemäß Fig, 4 eine Vielzahl von Bohrungen auf, welche die Rohre eng umschließen und nur so viel Spielraum bieten, daß diese Platte über die Rohre geschoben werden kann» Infolgedessen strömt die vorgewärmte Speiseflüssigkeit über den dem kalten Ast des Rohrbündels zugeordneten Teil des Rohrbodens und von da aus nach oben durch die öffnungen 49 hindurch in die Pufferzone hinein, wo sie die Rohre umströmen und verhindern, daß kaltes Speisewasser entlang der Rohre abwärts strömt und mit dem Rohrboden in Berührung kommt„ Das vorgewärmte Speisewasser fließt über den kalten Ast 25 des Rohrbündels nach oben, siedet und

- 9 - ' 5 09829/0227

geht in Dampf über, und folgt dann einem bogenförmigen Strömungsweg entlang mindestens einem Teil des heißen Astes 23 des Rohrbündels, wo der Dampf überhitzt wird. Danach strömt der Dampf durch einen Auslaßstutzen 67 aus.

Der oben beschriebene Dampfkessel ermöglicht in vorteilhafter Weise die Einbeziehung eines Gegenstrom-Vorwärmers in den Dampfkessel, da zwischen dem Boden des Vorwärmers und dem Rohrboden eine Pufferzone gebildet ist, welche den Zustrom von kaltem Speisewasser entlang der Rohre zum Rohrboden und folglich eine Berührung des kalten Speisewassers mit dem Rohrboden verhindert, indem ein Strom von rezirkuliertem Speisewasser mit großer Geschwindigkeit entlang der Rohre aus dem an den Rohrboden angrenzenden Raum in die Pufferzone hineinströmt. Indem dadurch verhindert wird, daß kaltes Speisewasser mit dem Rohrboden in Berührung kommt, werden übermäßige Wärmespannungen verhindert.

- 10 -

5 09829/0227

Claims

Patentansprüche

/ l»yVertikaler Dampfkessel mit einem in öffnungen eines Rohrbodens befestigten und von diesem nach oben ragenden U-förmigen Rohrbündel, einer das Rohrbündel umschließenden Umhüllung und einem mit Abstand von dieser angeordneten Mantel, so daß zwischen der Umhüllung und dem Mantel ein Ringraum gebildet ist, weiter mit einem Einlaß und einem Auslaß für heißes, durch das Rohrbündel hindurchzuleitendes Heizströmungsmittel, ferner mit einem Einlaß für die zu verdampfende Speiseflüssigkeit, welche Wärme von dem Heizströmungsmittel aufnimmt, und einem Dampfauslaß, und mit einem über dem Rohrboden um die kalten Rohrenden herum angeordneten, mit dem Speiseflüssigkeitseinlaß in Verbindung stehenden Vorwärmteil zur Vorwärmung der Speiseflüssigkeit, welch letzterer an seinem unteren Ende durch eine mit Abstand vom Rohrboden angeordnete Abschlußplatte verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abschlußplatte (41) und dem Rohrboden (13) eine jeweils einen Abstand von diesen beiden Teilen aufweisende Strömungsverteilerplatte (45) angeordnet ist, daß weiter der Raum zwischen dieser Verteilerplatte und dem Rohrboden mit dem zwischen dem Mantel (7) und der Umhüllung (31) gebildeten Ringraum (33)

- 11 509829/0227

in Verbindung steht, durch welchen nicht verdampfte Speiseflüssigkeit zum unteren Kesselende zurückströmt, und daß die Verteilerplatte eine Vielzahl von Zirkulationsöffnungen (49), durch welche die zurückgeströmte Speiseflüssigkeit nach oben hindurchströmen kann, aufweist und dadurch eine Berührung der kalten Speiseflüssigkeit aus dem Vorwärmteil (35) mit dem Rohrboden verhindert.
2. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatte (41) die Rohre (3) des Rohrbündels eng umschließende Öffnungen (51) aufweist und daß die Zirkulationsöffnungen (49) der Strömungsverteilerplatte (45) um die Rohre herum verlaufen und entlang der Rohre verlaufende Strömungswege bilden,

3«, Dampfkessel nach Anspruch 1 oder 2, mit Mitteln zur Abscheidung von Tropfen aus dem erzeugten Dampf, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die abgeschiedene nicht verdampfte Speiseflüssigkeit in den Ringraum (33) leiten, von wo aus sie in den zwischen dem Rohrboden (13) und der Strömungsverteilerplatte (45) befindlichen Raum zurückströmt»

4_β Dampfkessel nach Anspruch 1 oder 2, mit einer

- 12 5 09829/0227

innerhalb der Umhüllung angeordneten vertikalen Trennplatte, welche einen um den heißen Ast des Rohrbündels herum angeordneten Dampfüberhitzungsteil begrenzt, und mit einer Vielzahl von Ablenkplatten, welche einen gewundenen Strömungsweg für den Dampf herstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (31) öffnungen (65) aufweist, durch welche vorgewärmte Speiseflüssigkeit in den Ringraum (33) zwischen der Umhüllung und dem Mantel (7) austreten kann.

- 13 5 0 9 8 2 9/0227