DE2523874A1 - Wasserraumkessel, bei dem das heizende medium heizrohre durchstroemt - Google Patents

Description

Anmelder: Combustion Engineering. Inc.,
Windsor, Conn.,U.S.A.

Wasserraumkessel, bei dem das heizende Medium Heizrohre durchströmt.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserraumkessel, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist. Solche Wärmeaustauscher sind z.B. durch die U.S. Patentschrift 3 139 070 bekannt. Bei Dampferzeugern dieser Art wird ein Rohrbündel verwendet, das z.B. aus Rohren bestehen kann, die nach Art eines umgekehrten U gebogen sind und deren Enden jeweils mit einer einzigen Rohrplatte verbunden sind. Man kann solche Wärmeaustauscher auch mit geraden Rohren herstellen, die jeweils an den entgegengesetzten Enden mit zwei axial gegeneinander versetzten Rohrplatten verbunden sind. Solche Wärmeaustauscher arbeiten mit einer bestimmten Menge von Sekundärflüssigkeit, die in einem ringförmigen abwärts führenden Durchlass und im Bereich der Dampferzeugung auf einem bestimmten Stand gehalten wird. Der Umlauf der Flüssigkeit zwischen den beiden Abschnitten wird durch die thermische Heberwirkung aufrechterhalten, die durch den Unterschied in der Dichte der Flüssigkeit in den beiden Abschnitten entsteht.

Es ist üblich, dass die Strömung der Sekundärflüssigkeit aus dem ringförmigen Durchlass in den Dampferzeugungsraum von der Peripherie her eintritt, ihre Richtung ändert und den Dampferzeugungsraum nach oben durchströmt. Durch dieses Strömungsschema entsteht im unteren Teil des Dampferzeugungsbereiches eine stagnierende oder langsame Strömung, die es gestattet, dass von der Sekundärflüssigkeit mitgeführte kleine

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Teilchen, z.B. Metalloxyde oder Kesselstein bildendes Kalzium sich absetzen können und Ablagerungen bilden. Wenn solche Ablagerungen nicht entfernt werden, bedecken sie die Oberfläche der Rohre und beeinträchtigen den Wärmeaustausch sowie die Wärmeaustauschfläche. Solche Ablagerungen fördern auch die Korrosion, weil die Konzentration z.B. von Chlorsalzen oder dergl., gefördert wird, die das Material der Rohre angreifen können und deren Ausfall herbeiführen können. Der Dampferzeuger müsste dann stillgesetzt werden.

Die Entfernung von Ablagerungen ist durch periodische oder ständige Spülung mit verhältnismässig schneller Flüssigkeit durchgeführt worden. Diese Verfahren sind aber immer schwieriger geworden, weil die Wasserraumkessel immer grosser wurden. Bei grösseren Kesseln wird eine grössere Zahl von Rohren benötigt, und es lässt sich eine Tendenz feststellen, diese grössere Zahl von Rohren im Kessel unterzubringen, indem man die Rohre dicht nebeneinander anordnete. Dadurch aber wird die Abführung von Ablagerungen erschwert, weil · die Spülrohre für die Spülung aller Bereiche des Rohrbündels nicht mehr untergebracht werden können. Es wäre unwirtschaftlich, ganze Reihen von Rohren des Wärmeaustauschers wegzulassen, um Platz für zusätzliche Spülrohre zu schaffen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine solche Spülung zu ermöglichen, ohne die Wärmeübergangsfläche wesentlich einzuschränken.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die Anordnung gemäss dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Die Leitwand besitzt Löcher, die entsprechend den Merkmalen des Anspruches 2 oder in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, entsprechend den Merkmalen des Anspruches 3 angeordnet sind. Der Abschlämmraum kann durch senkrechte Trennwände in mehrere Abschnitte (Anspruch 4) oder Sektoren (Anspruch 5) geteilt werden. Allgemeiner gesprochen wird durch die Leitwand und die Rohrplatte ein Raum bestimmt, von dem sich eine ■ oder mehrere Abschlämmrohre nach unten erstrecken, um aus dem Raum selbst Flüssigkeit stetig oder periodisch abzuführen.

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Die Leitwand besitzt viele Bohrlöcher von begrenztem Durehlassbereieh, so dass die Strömung der Flüssigkeit durch die Platte hindurch und in dem Raum selbst mit verhältnismässig grosser Geschwindigkeit erfolgt. Wenn das Fluidum auf diese Weise durch die Leitwand hindurchgeführt wird, werden die Ablagerungen wirksam abgespült und in den Abschlämmraum geführt, von wo sie in bekannter Weise mit Hilfe der Abfuhrleitungen, entfernt werden können.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Leitwand mit einer Anzahl von Bohrlöchern versehen, durch die die Wärmeaustauschrohre hindurchgeführt werden, und mit anderen Löchern von wesentlich kleinerem Durchmesser, durch die die SpülflUssigkeit hindurchtritt. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Leitwand nur mit Bohrlöchern gleichen Durchmessers versehen, der ein wenig grosser ist, als der äussere Durchmesser der Rohre; die Spülung erfolgt dann durch die ringförmige Öffnung zwischen dem Rohr und dem äusseren Rand der Bohrung. Man kann den Abschlämmraum durch radial angeordnete Trennwände teilen und dann die dadurch entstehenden Teilräume nacheinander spülen, so dass mit höheren Strömungsgeschwindigkeiten der Spülflüssigkeit gearbeitet werden kann.

Diese Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie ihre Einzelheiten,auch beim Betrieb, ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Figur 1 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Wasserraumkessel mit Heizrohren;

Figur 2 ist ein vergrösserter Teilschnitt des Wasserraumkessels und Dampferzeugers nach Figur 1 und stellt die Einzelheiten einer Ausführungsform der Erfindung dar;

Figur 3 ist die Ansicht eines Schnittes längs der Linie 3-3 der Figur 2;

Figur k ist wiederum die Darstellung eines Teilschnittes der

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Figur 1 in Vergrösserung; es handelt sich um ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 5 ist ein Schnitt längs der Linie 5-5 der Figur 4; und Figur 5 ein Schnitt längs der Linie 6-6 der Figur 1.

In der Figur 1 ist ein Dampferzeuger gezeigt, der als Wasserraumkessel mit Heizrohren ausgebildet ist. Er besteht aus einem länglichen sich vertikal erstreckenden Druckgefäss, das aus einem unteren zylindrischen Kessel 12 und einem oberen Kessel 14 besteht, die beide aus einem Stück bestehen und durch einen konischen Teil l6 miteinander verbunden sind. Die Enden des Druckgefässes sind unten durch einen halbkugelförmigen Abschlusskopf l8 und oben nach Art eines Dampfdomes 20 mit einem Dampfauslasstutzen 22 abgeschlossen. Das Innere des Druckgefässes enthält mehrere Leitbleche von ringförmigem Querschnitt, nämlich 24, 26 und 28; das Leitblech 24 hat einen zylindrischen Querschnitt und ist koaxial zu aber im Abstand von der Wandung des unteren Kessels 12 angeordnet und wirkt mit diesem in der Weise zusammen, dass ein innerer Dampferzeugungsbereich j50 und ein äusserer Durchlass J2. von ringförmigem Querschnitt entsteht. Das untere Ende des Kessels ist durch die Rohrplatte J4 verschlossen, die zwischen dem unteren Ende des Kessels 12 und dem unteren Abschlusskopf 18 angeordnet ist. Die Rohrplatte J>k erstreckt sich senkrecht zur Achse des Kessels und verbindet an ihrem Umfang den Kessel 12 und den Abschlusskopf 18. Die Rohrplatte jj4 enthält viele Rohröffnungen, um die Enden der als umgekehrtes U gestalteten Wärmeübertragungsrohre 38 aufzunehmen. Diese bilden ein sich senkrecht und länglich nach oben erstreckendes Rohrbündel 40,. das den Dampferzeugerbereich des Druckbehälters im wesentlichen ausfüllt. Die Rohrenden sind offen und führen durch die Rohrplatte hindurch, um die Rohre 38 in Verbindung mit der Heizflüssigkeitskammer zu bringen, die sich im Kopf l8 befindet und durch die Teilungswand 48 in einen Einlass- und- Auslassteil 44 und 46 geteilt ist. Die Kammer für das heizende Medium wird ihrerseits mit einer Quelle für das heizende Medium verbunden, und zwar über die Stutzen 50 und 52, so dass von dieser Quelle über die Kammerteile 44 und 46 ein Kreislauf des Heizfluidums über die Rohre

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3Ö entsteht.

Durch einen Eingangsstutzen 54, der den oberen Teil 14 des Kessels durchdringt, wird Speisewasser zugeführt. Eine ringförmige Kopfleitung 56 ist mit dem Stutzen 54 verbunden und dient dazu, Speisewasser vom Stutzen auf den nach unten führenden Durchlass 32 zu lenken. Zu diesem Zwecke sind Austrittsöffnungen 58 vorgesehen. Die Strömung des Speisewassers auf dem Durchlass 32 in die Dampferzeugungskammer 30 wird durch den Abstand ermöglicht, der zwischen dem zylinderförmigen Leitblech 28 und der Oberfläche der Rohrplatte 34 sich befindet. Im Dampferzeugungsabschnitt fliesst das Speisewasser Im Wärmeaustausch mit den Rohren 3Ö, so dass Wärme des die Rohre 38 durchströmenden heizenden Pluidums die Verdampfung des Speisewassers - das zur Gänze in Dampf überführt werden soll - einleitet. Die dabei entstehende Dampfflüssigkeitsmischung strömt in den oberen Bereich der Dampferzeugungskammer, wo eine Sammelkammer 60 das Gemisch aufnimmt. Viele Dampfabscheider 62 sind auf dem Leitblech 28 montiert und stehen durch Öffnungen mit dem Inneren der Sammelkammer 60 in Verbindung. Die Dampfabscheider oder auch Wasserabscheider 62 können von irgend einer bekannten Bauart sein, dargestellt sind solche, die nach dem Zentrifugalprinzip arbeiten. Sie führen die abgeschiedene Flüssigkeit abwärts auf die Platte 28, von wo sie durch den nach unten führenden Durchlass 32 abgeführt, um wieder mit dem ankommenden Speisewasser gemischt zu werden und erneut durch den Kessel geführt werden. Der abgeschiedene Dampf dagegen wird von den Dampfabseheidern 62 nach oben geleitet, um aus dem Dampfauslasstutzen 22 auszutreten und von dort einem Verbraucher zugeführt zu werden.

Um Ablagerungen im unteren Bereich des Dampferzeugungsabschnittes zu verhindern, ist gemäss den Figuren 2 und 3 ein Leitblech 64 vorgesehen, das sich senkrecht zur Achse des Druckgefässes parallel zur Rohrplatte 34 befindet. Die Platte 64 ist z.B. durch Schweissung . an ihrem Umfang mit dem Druckgefäss verbunden, und zwar an dessen unterem Ende. Die Platte 64 hat gegenüber der Rohrplatte 34 einen gewissen Abstand und ist etwa in der Mitte zwischen dem unteren Ende

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des zylindrischen Leitblechs 24 und der Rohrplatte 34 angeordnet. Der Abstand zwischen dem Leitblech 64 und der Rohrplatte 34 definiert einen Abschlämmungsraum 66. Viele auf dem Umfang im Abstand angeordnete Abschlämmungsleitungen 68 mit Betätigungsventilen 70 sind an den Abschlämmungsraum 66 angeschlossen und zwar auf dem Umfang im Abstand voneinander; und verbinden den Abschlämmungsraum 66 mit einem Abschlämmungsvielfach, das hier als Ringleitung 72 ausgebildet ist.

Das Ablenkblech 64 besitzt Öffnungen, wie dies besonders aus Figur ersichtlich ist; durch diese Öffnungen werden Rohre 38 hindurchgeführt. Es ist ferner mit einer Anzahl von Bohrlöchern 76 versehen, die sich zwischen der regelmässigen Anordnung der Rohrlöcher befinden und die einen Austausch des Fluidums zwischen dem Inneren des Abschlämmungsraums 66 und des Dampferzeugungsraumes 30 ermöglichen sollen. Die Anordnung des Bleches 64 wird so gewählt, dass die normale Strömung der zu erhitzenden Flüssigkeit und der Ablagerungsvorgang oberhalb der Oberfläche des Bleches 64 erfolgt. Andererseits wird der Durchmesser der Löcher 76 so gewählt, dass bei Öffnung der Ventile 70 eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärflüssigkeit im Abschlämmungsraum entsteht, um diese aus dem Dampferzeugungsbereich zu entfernen und aus dem Kessel herauszuführen. Der Abstand zwischen dem Leitblech 64 und der Rohrplatte 34 ist gering, z.B. 25 bis 50 mm (l oder 2 Zoll). Der Abstand ist gerade so gross, dass genügende Geschwindigkeiten des Fluidums durch den Abschlämmungsraum erzeugt werden, um eine erneute Ablagerung in diesem Raum zu verhindern.

Bei dem anderen, in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Leitblech 64* mit nur einer Art von Bohrungen 78 versehen, deren Durchmesser grosser ist als der Aussendurchmesser der Rohre; dadurch entsteht zwischen den Rohren und dem Blech eine konzentrische ringförmige Öffnung für die Durchführung der Flüssig-KtIt und der davon mitgerissenen Ablagerungen in die Abschlämraungs-•Aiae so» '.._■'

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mit Hilfe von radial angeordneten Trennwänden 60, die sich von der Rohrplatte J5²* nach oben bis zum Ablenkblech 64 oder 64' erstrecken, in Sektoren geteilt werden, die auf dem Umfang nebeneinander angeordnet aber gegeneinander abgeschlossen sind. Die Abschlämmungsleitungen 68 bedienen dann je einen Sektor und die Ventile 70 können einzeln betätigt werden, um den Abschlämmungsvorgang nur in einem ausgewählten Sektor zu veranlassen. Auf diese Weise können höhere Strömungsgeschwindigkeiten des Fluidums durch die Löcher in dem Leitblech 64 erzielt werden; bei einer gegebenen Gesamtströmung können auf diese Weise die Geschwindigkeiten durch die Löcher des Leitbleches auf einen maximalen Wert gebracht werden.

Bei Betrachtung des Ausführungsbeispiels ergibt sich noch deutlicher, dass mit Hilfe der Erfindung eine sehr wirkungsvolle Lösung für das Problem der Entfernung von Ablagerungen in einem Wasserraumkessel mit Heizrohren gefunden wurde. Auch der Verlust an Heizfläche ist minimal, weil keine besonderen Rohre für den Abschlämmvorgang nötig sind. Solche Rohre konnten nur in dem Raum untergebracht werden, in dem sich die Heizrohre des Wärmeaustauschers befinden. Beim Abschlämmvorgang ergibt sich auch eine sehr gute Spülung in allen Bereichen des Rohrbündels, weil sich Öffnungen in der Nähe aller Rohre befinden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Dem Wärmeaustausch zwischen zwei Medien dienender länglicher ^v-'' zylindrischer Wasserraumke3sel, bei dem das heizende Medium Heizrohre durchströmt, über deren äussere Oberfläche das zu verdampfende Medium mit Hilfe von Leitwänden geführt wird und die mit einer Anordnung zur Abführung von Ablagerungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitwand (64) oberhalb von und parallel zur Rohrplatte (j?4) des Kessels angeordnet ist, so dass zwischen Rohrplatte (34) und Leitwand (64) ein Abschla'mmraum (66) entsteht, aus dem der Schlamm durch Öffnungen (68) abgezogen werden kann.

   2. Wasserraumkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwand (64) Löcher (74), durch die Rohre (38) des Wärmeaustauschers geführt sind, und andere Löcher (76) für den Durchtritt des zu verdampfenden Fluidums besitzt.

   5. Wasserraumkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Löcher (78) grosser ist als der Aussendurchmesser der Rohre(38), so dass zwischen den Rohren und der Leitwand (64) eine ringförmige Öffnung entsteht.

   4. Wasserraumkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlämmraum (66) durch senkrechte Wände (80) in mehrere unabhängige Teilräume (82) geteilt ist, deren Jede ein Ventil (70) und eine Auslassleitung (68) besitzt.

   5. Wasserraumkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (80) radial angeordnet sind, so dass unabhängige Sektoren (82) entstehen.

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