DE2604389A1

DE2604389A1 - Verfahren und vorrichtung zur gleichmaessigen beaufschlagung von heizrohren in fallfilmverdampfern

Info

Publication number: DE2604389A1
Application number: DE19762604389
Authority: DE
Inventors: Konrad Mattern; Helmut Dipl Ing Saft
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1976-02-05
Filing date: 1976-02-05
Publication date: 1977-08-18
Also published as: FR2340119B1; FR2340119A1; ES455616A1; US4154642A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung von Heizrohren in Fallfilmverdampfern

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung von Heizrohren in FaIlfilmverdampfern mit Eindampfgut.

Bei Fallfilmverdampfern kommt es darauf an, die einzudampfende Flüssigkeit gleichmäßig auf eine Vielzahl von Heizrohren zu verteilen. Eine gleichmäßige Verteilung ist umso wichtiger, je größer das Konzentrationsverhältnis ist und je höher die Eindampfung an die Endk;onzentration herankommt.

Zur Verbesserung der Verteilung des Eindampfgutes auf die Heizrohre ist vorgeschlagen worden, Loch- oder Siebbleche über dem oberen Rohrboden anzuordnen. Diese führen jedoch nur zu einer groben Verteilung des einzudampfenden Gutes, insbesondere dann, wenn das Eindampfgut veränderliche Eigenschaften aufweist.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, dreieckige Kerben an über dem oberen Rohrboden überstehenden Heizrohren anzubringen. (H. oatone, Chemical Economy and Engineering»

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Review, 7ol. 6, ΙΓο. 5 (1974) Seiten 20 - ₂5).

Diese führen nicht zum Ziel, da das G-efälle von der Eintrittsstelle in den Verdampfer· zu den Heizrohreintritten bei wechselnden Belastungen immer verschieden ist.

Es werden auch Vollkegeldüsen für die Flüssigkeitsverteilung verwendet, die bei großer Beaufschlagung brauchbare Ergebnisse erbringen. Bei hohen Konzentrationsverhältnissen reicht jedoch diese Methode auch nicht aus} außerdem ist hier ein zusätzlicher Energieverlust gegeben, da das Ein-« dampfgut auf den für die Vollregeldüsen erforderlichen Druck angehoben werden muß.

G-emäß DT-AS 1519.74-1 wird in einer über dem Rohrboden angeordneten lasse das Eindampfgut angestaut und durch Löcher auf den Rohrboden verteilt. Es ist bei dieser Anordnung jedoch nicht sichergestellt, daß das auf den Rohrboden gleichmäßig an verschiedenen Punkten aufgegebene Eindampfgut auch gleichmäßig in die Heizrohre einfließt. Dies ist sicher nicht der FaIl, wenn das Eindampfgut mit höherer Temperatur als der Sindampftemperatur in den Verdampfer eingespeist wird, weil der dabei entstehende Bntspannungsdampf quer zu dem aus der Tasse ausfließenden, verteilten Eindampfgut strömt und dieses zusammen mit dem auf den Rohrboden aufgetragenen Gut in das Zentrum des Rohrbodens geschoben wird.

Ferner sind Einsätze am Rohreintritt der Heizrohre von Fallfilmverdampfern bekannt, die nur einen begrenzten Querschnitt freilassen, so daß sich Eindampfgut über den öffnungen anstauen kann, wodurch eine gleichmäßige Verteilung möglich wird. (H. Satone, Chemical Economy and Engineering Review, Vol. 6, Ho. 5 (1974) Seiten 20 - 25).

Diese gleichmäßige Verteilung ist jedoch nur dann gewährleistet, wenn da3 Eindampfgut eine niedrigere Temperatur

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als die Sindampftemperatur hat, da sich bei Temperaturen über der Eindampftemperatur ein entsprechend hoher und veränderlicher Druck einstellt, wofür eine Begrenzung des Plüssigkeitsdurchtritts bei einem -vorgegebenen Querschnitt der öffnungen nicht mehr ausreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Eindampfgut mit einer höheren als der Bindampftemperatur in den Raum über dem oberen Rohrboden einführt, daß man hier das Eindampfgut auf den Druck im Verdampfer entspannt, auf dem oberen Rohrboden anstaut und gemäß der Beziehung Q = S¹ .~\/2*g.h ,wobei Q das Eindampf gut in m /see, ff den Eintrittsquerschnitt in m , g die Erdbeschleünigung in m/sec und h die Stauhöhe in m bedeuten, durch Öffnungen gleichen Querschnitts jedem Rohr separat, bei gleichzeitiger Zugabe des anteiligen Entspannungsdampfes, zuteilt.

Besitz das Eindampfgut gleiche oder niedrigere Temperatur als die Eindampftemperatur, so kann man nach einer Weiterbildung der Erfindung das Bindampfgut bei gleicher oder niedrigerer Temperatur gegenüber der Bindampftemperatur zusammen mit so viel Fremddampf in den Raum über dem oberen Rohrboden einführen, daß über die mögliche Aufwärmung hinaus Dampf im Überschuß in die Heizrohre einströmen kann.

Eine weitere Ausgestaltung de3 erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Entspannung des Eindampfgutes in einem Ringraum 4 erfolgt, dort durch einen Ringquerschnitt 7 so angestaut wird, daß gemäß der Beziehung Q = TT\/g_th. das Bindampfgut am äußeren Umfang des Rohrbundeis in den Flüssigkeitsstau auf dem Rohrboden 11 einfließen kann.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Heisrohre 2 höher über den oberen Rohrboden 11 hinausstahend eingesetzt '.verden

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als der vorgesehenen Stauhöhe entspricht, wobei die Begrenzung der Aufgabemenge durch jeweils eine öffnung 8 in dem überstehenden Rohrteil unmittelbar über dem Rohrboden 11 erfolgt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Standrohre 9 mit einer seitlichen öffnung 8 tiefer als der vorgesehene Stau über dem Rohrboden 11 jeweils so in die Heizrohre 2 eingesetzt, daß deren seitliche öffnung 8 für die Mengenbegrenzung über dem Rohrboden 11 angeordnet ist.

Erfindungsgemäß sind die öffnungen 8 für die Mengenbegrenzung in den Heiz- und/oder Standrohren 9 so bemessen, daß sie eine tangentiale Einströmung bewirken.

Die Standrohre 9 sind im Rahmen der Erfindung mit Hilfe von Stopfen 10 in die Heizrohre 2 eingesetzt.

Nach der Erfindung können Standrohr 9 und Stopfen 10 auch aus einem Stück bestehen. Dieses Stück kann z.B. aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt sein, da diese Teile am Wärmeaustausch nicht beteiligt sind.

Nach einer erfinderischen Weiterentwicklung des Stopfens 10 für das Einsetzen der Standrohre 9 in die Heizrohre 2 werden diese Stopfen mit einem gegenüber dem lichten Rohrquerschnitt der Standrohre 9 verengten Querschnitt 13 ausgebildet, welcher in eine diffusorartige Erweiterung 14 übergeht.

Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß ohne die Zudosierung des Eindampfgutes gemäß der Beziehung Q = FVTTgTh. zu beeinflussen, ein rotierender Flüssigkeitsring unterhalb der Eintrittsöffnung sowie ein Druckverlust an der Verengung 13 entsteht, wodurch eine

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besonders gute Verteilung de3 Sindampfgutes auf die innere Oberfläche der "Verdampf err öhre erfolgt.

Gemäß der Torliegenden Erfindung werden die Mangel des Standes der Technik vermieden. Es ist gewährleistet, daß unabhängig von der wechselnden Beschaffenheit des Eindampf' gutes und dessen Temperatur, eine gleichmäßige Verteilung in jedes Heizrohr erfolgt.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen "beispielsweise und schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Ea zeigen:

ffig.1 einen senkrechten Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;

2 eine Draufsicht auf das Oberteil des Verdampfers gem. Figur 1ϊ

3 ein Verdampferrohr mit öffnung in der Rohrwand und dessen Stellung im Rohrboden;

Fig.4 ein mit Hilfe eines Stopfens in ein Heizrohr eingesetztes Standrohr;

Mg. 5 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stopfens.

In den Figuren bedeuten

1 Oberteil des Verdampfers, 2 Verdampferrohr, 3 Stutzen für Einführung des Eindampfgutes, 4 Ringraum, 5 Apparatemantel, 6 Einbau, 7 Ringspalt, 8 öffnung in Rohrwand der Verdampferrohre 2, 9 Standrohre, 10 Stopfen, 11 Rohrboden, 12 Einsatzstück des Stopfens 10 mit Verengung 13 und diffusorartiger Erweiterung 14, und 15 Stutzen für Einführung von Treibdampf.

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Ausführun^sbeiBpiel

In die erste Stufe einer zehnstufigen Meerwasserdestillationsanlage, nach dem Fallfilmprinzip arbeitend, müssen in das Oberteil des Verdampfers 1 150 m /h Meerwasser mit einer Temperatur von 106 ⁰G eingespeist und auf 769 Verdampferrohre 2, in welchen ein Druck von 1 ata herrscht, gleichmäßig verteilt werden. Das Meerwasser tritt zweckmäßig, wie in Fig. 2, einer Draufsicht auf das Oberteil des Verdampfers 1, tangential durch den Stutzen 3 in den Ringraum 4, wie er durch den Mantel 5 und den Einbau 6 gebildet wird, ein. Durch Entspannung auf den Verdampfungsdruck entstehen ca. 1500 kg/h Dampf, der in Pfeilrichtung abströmt und durch die oben offenen Verdampferrohre 2 in den Abscheiderraum des Verdampfers gelangt. Das durch Entspannungsverdampfung auf ca. 101 ⁰O abgekühlte Meerwasser fließt durch den Ringspalt 7, gebildet durch den unten erweiterten Einbau 6 und den Apparatemantel 5 nach unten auf den Rohrboden 11 ab. Es bildet sich um die überstehenden Verdampferrohre 2 ein Flüssigkeitsstand von 200 mm Höhe aus, wenn die überstehenden Rohre unmittelbar über dem Rohrboden 11 mit einer öffnung 8 in der Rohrwand der Verdampferrohre 2 mit einem Querschnitt von

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35 mm versehen sind.

Die öffnung 8 in der Rohrwand wird zweckmäßig, wie in Fig. 3 dargestellt, so in die überstehenden Heizrohre eingebracht, daß ein tangential einströmender Flüssigkeitsstrom entsteht, was zusammen mit dem von oben einströmenden Dampf zu einer guten Verteilung des Eindampfgutes auf der Rohrinnenwand führt.

Die zehnte Stufe derselben Anlage arbeitet bei einem Verdampf ungsdruck von 0,12 ata; die Keerwasaermenge ist in den dazwischenliegenden Stufen durch Verdampfung auf ca. 70 m /h verringert worden. Die mit einer Temperatur von

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55 O in den Verdampfer eintretende Sole verdampft durch Entspannung. Es entstehen ca, 500 kg/h Wasserdampf, der auch in diesem Pail durch die Verdampferrohre 2, ohne eine störende Druckdifferenz aufbauen zu können, in den Abscheider des Verdampfers abziehen kann. Bei der jetzt verringerten Aufgabe stellt sich über dem Rohrboden 11 ein Flüssigkeitsstand von ca. 70 mm ein.

Störungen bei der Dosierung des Sindampfgutes in die Ver— dampferrohre werden vermieden, wenn ein ruhiger, gleichmäßiger Flüssigkeitsstand über den Heizrohren sichergestellt wird, In weiterer Anwendung des Srfindungsgedankens wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel schon beschrieben, das Eindampfgut bei seinem Eintritt durch den Stutzen 3 in den Ringraum 4 entspannt, durch entsprechende Bemessung des Ringspaltes 7 so angestaut, daß das Eindampfgut gemäß der Beziehung Q =]/2.g.h gleichmäßig in der äußeren Umgrenzung des Rohrbündels in den Stau auf dem Rohrboden einfließen kann. Der Entspannungsbrüden aus dem Eindampfgut oder der von außen durch den Stutzen 15, Fig. 1 eingeführte Treibdampf können sich bei dieser Anordnung ungehindert und ohne Behinderung der Eindampfgutverteilung auf die Eindampfrohre 2 verteilen.

~ 8 Patentansprüche

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Claims

1)) Verfahren zur gleichmäßigen Beaufschlagung von Heizrohren in Fallfilmverdampfern mit Sindampfgut,
dadurch gekennzeichnet, daß man das Eindampfgut mit
einer höheren als der Eindampftemperatur in den Raum über dem oberen Rohrboden einführt, daß man hier das Sindampfgut auf den Druck im Verdampfer entspannt,
auf dem oberen Rohrboden anstaut,und gemäß der Be-. Ziehung Q = ?7\/2.g.h, wobei Q das Eindampfgut in
m/s, F den Eintrittsquerschnitt in m , g die Erdbeschleunigung in m/s und h die Stauhöhe in m bedeuten, durch Öffnungen gleichen Querschnitts jedem Rohr separat, bei gleichzeitiger Zugabe des anteiligen Ent— Spannungsdampfes, zuteilt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Eindampfgut hei gleicher oder niedrigerer Temperatur gegenüber der Eindampftemperatur zusammen mit so viel Fremddampf in den Raum über dem oberen
Rohrboden einführt, daß über die mögliche Aufwärmung hinaus Dampf im Überschuß in die Heizrohre einströmen kann.

3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet^ daß die Entspannung des Eindampfgutes in einem Ring- I raum (4) erfolgt, dort durch einen Ringquerschnitt (7) so angestaut wird, daß gemäß der Beziehung Q = 3¹ ~\/g.h das Eindampfgut am äußeren Umfang des Rohrbündels in den ?lüssigkeitsstau auf dem Rohrboden 11 einfließen kann.

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ORIGINAL INSPECTED

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4) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrohre (2) höher über den oberen Rohrboden (11) hinausstehend eingesetzt werden als der vorgesehenen Stauhöhe entspricht, wobei die Begrenzung der Aufgabemenge durch jeweils eine öffnung (8) in dem überstehenden Rohrteil unmittelbar über dem Rohrboden (11) erfolgt.

5) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Standrohre (9) mit einer seitlichen öffnung (8) tiefer als der vorgesehene Stau im Rohrboden (11) jeweils so in die Heizrohre (2) eingesetzt werden, daß deren seitliche öffnung (8) für den Mengenbegrenzung über dem Rohrboden (11) angeordnet ist.

6) Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (8) für die Mengenbegrenzung in den Heiz- und/oder Standrohren (9) so bemessen sind, daß sie eine tangentiale Einströmung bewirken.

7) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Standrohre (9) mit Hilfe von Stopfen (10) in die Heizrohre (2) eingesetzt sind.

8) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Standrohr (9) und Stopfen (10) aus einem Stück bestehen.

9) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (10) eine Verengung (13) mit einer diffusorartigen Erweiterung (14) haben.

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