DE2651953A1 - Nacherhitzer fuer eine feuchtigkeitsabscheider-nacherhitzungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzungsvorrichtungen und insbesondere auf verbesserte Nacherhitzer für derartige in Dampfturbinenkraftwerken benutzte Vorrichtungen .

Bei großen Dampfturbinenkraftwerken, bei denen eine Reihe von Turbinenstufen angewendet wird, ist es vielfach erwünscht, den aus einer solcher Turbinenstufe austretenden Dampf zu behandeln, bevor er in eine nachfolgende Stufe eintritt. Der Dampf wird in einer solchen Weise behandelt, daß jegliche mitgerissene Feuchtigkeit bzw. ein entsprechender Wassergehalt entfernt und der Dampf auf höhere Temperaturen erhitzt werden.

Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzer bzw. -Wiedererhitzer (moisture separator reheaters) verschiedener Arten sind bekannt, und ein Beispiel hierfür ist im US-Patent 3 712 272 offenbart. Bei dem dortigen Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzer werden zwei Nacherhitzerabschnitte angewendet, von denen jeder eine Reihe oder ein Bündel U-förmiger Rohre aufweist, die sich longitudinal innerhalb einer druckdichten Hülle erstrecken und die ein Kopfstück (header) zum Einführen eines Nach- bzw. Wiedererhitzungs-

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fluids (Dampf) in die Rohre sowie zum Abziehen des Fluids (Kondensat) von den Rohren enthalten. Dieses Kopfstück ist mit einer im wesentlichen an dessen Mitte angeordneten vertikalen Zwischenwand versehen, die das Kopfstück in Einlaß- und Auslaßabschnitte unterteilt. Jedes Rohr ist strömungsmäßig mit seinem einen Ende mit dem Einlaßabschnitt und mit seinem anderen Ende mit dem Auslaßabschnitt verbunden. Im Betrieb wird gesättigter Nacherhitzungsdampf durch den Einlaßabschnitt des Kopfstücks zu den U-förmigen Rohren geleitet, um diese zu durchströmen und durch den Auslaßabschnitt des Kopfstücks aus ihnen auszutreten, wobei in den Nacherhitzerrohren gebildetes Kondensat durch einen in dem Auslaßabschnitt vorgesehenen einzigen Abfluß abgelassen wird.

Bei gewissen Betriebsbedingungen können beträchtliche Mengen des Nacherhitzungsdampfes in den unteren, thermisch stark belasteten U-förmigen Rohren kondensieren und sich in dem Auslaßabschnitt des Kopfstücks bis zu einem Ausmaß sammeln, daß sich darin eine Kondensatanhäufung ergibt. Diese kann zu einem Überfluten der Rohre führen. Während des Betriebes des Feuchtigkeitsabscheidungsnacherhitzers können sich die überfluteten Rohre selbst reinigen bzw. entleeren, um dann wieder überflutet zu werden. Dieses zyklische überfluten und Reinigen der Rohre führt zu einem thermischen Kreislauf (thermal cycling) der Rohre, in denen sich hierdurch thermische Spannungskonzentrationen ergeben, was zu einem gelegentlichen Reißen solcher Rohre führen kann.

Ein bekannter Nacherhitzer für Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzungsvorrichtungen befaßt sich gemäß der Beschreibung im US-Patent 3 759 319 mit dem Problem der Rohrüberflutung, indem in ein hierbei angewendetes Kopfstück eine Verteileranordnung für eine Umlaufströmung bzw. zum Umleiten des Nacherhitzungsfluids von einem Teil der Rohre durch einen anderen Teil der Rohre eingebaut wird. Bei diesem Umlauf- bzw. Umlenkströmungsvorgang erfolgen eine Ablagerung von Kondensat in der Leitung und ein Abfließen des Kondensats aus der Leitung zum Kopfstück. Aus diesem strömt das Kondensat durch einen einzelnen Abfluß ab. Diese Lösung des Problems erfordert jedoch ein Verteilersystem und eine zusätzliche Rohranlage in dem Kopfstück. Der verbesserte Nacherhitzer nach der vorliegenden Erfindung vermeidet die Möglichkeit

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einer Rohrüberflutung in einer wirkungsvolleren und weniger komplizierten Weise.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Nacherhitzer für eine Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzungsvorrichtung zu schaffen, der in einfacher sowie wirkungsvoller Weise und mit einer minimalen Anzahl zusätzlicher Komponenten eine Rohrüberflutung vermeidet und hierdurch einen thermischen Kreislauf bzw. Zyklus sowie ein mögliches Reissen von irgendwelchen hierbei angewendeten Rohren vermeidet.

Erfindungsgemäß wird in einer Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzungsvorrichtung ein verbesserter Nacherhitzer vorgesehen, der ein allgemein zylindrisches Kopfstück mit einer darin angeordneten ersten vertikalen Zwischenwand aufweist, die das Kopfstück in erste Umlauf- (recirculation) und zweite Einlaß-/Auslaß-Kammern unterteilt. Eine horizontal geneigte und in bezug auf die erste Zwischenwand querverlaufend angeordnete zweite Zwischenwand teilt die zweite Kammer in Einlaß- und Auslaßstromkammern. Bündel von U-förmigen Rohren befinden sich in Strömungsverbindung mit dem Kopfstück, und zwar über eine ebene Rohrplatte, die auch eine Wandung des Kopfstücks bildet. Jedes Rohr eines ersten Bündels befindet sich an seinen Enden in Strömungsverbindung mit den Umlaufsowie Einlaßstromkammern, während jedes Rohr eines zweiten Bündels strömungsmäßig an seinen Enden mit den Umlauf- sowie Auslaßstromkammern verbunden ist. In den Umlauf- und Auslaßstromkammern sind Abflüsse vorgesehen. Das nach- bzw. wiedererhitzende Fluid (Dampf) wird ander Einlaßstromkammer ins Kopfstück eingeführt, um in das mit der Einlaßstromkammer strömungsmäßig verbundene erste Bündel U-förmiger Rohre einzutreten. Nach dem Durchströmen dieser Rohre wird das Nacherhitzungsfluid an die erste oder Umlaufströmungskammer abgegeben, wobei das Kondensat aus dem Kopfstück durch den ersten Abfluß abströmt. Das Nacherhitzungsfluid befindet sich unter ausreichendem Druck, so daß es in das mit der Umlaufströmungskammer in Strömungsverbindung stehende zweite Rohrbündel eintritt. Nach Durchströmen desselben gelangt das Nacherhitzungsfluid in die Auslaßstromkammer, die mit einem zweiten Abfluß zum Entfernen von weiterem Kondensat aus dem Kopfstück versehen ist. Ein Wärmeaustauscher, der in- der vorliegenden Beschreibung als ein solcher mit

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vierfachem Durchlauf bzw. Durchgang (four-pass heat exchanger) bezeichnet wirct, enthält Maßnahmen zum Ablassen von Kondensat etwa auf halb--..[ii Wege im Kreislauf des Nacherhitzungsfluids und ferner zum Ablassen von weiterem Kondensat nach dem Ausströmen des Nacherhitzungsfluids aus dem Nacherhitzer, während in den Rohren ein relativ großer Druck des Nacherhitzungsfluids aufrechterhalten wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - eine teilweise geschnittene Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ,

Figur 2 - einen Schnitt längs der Linie 2-2 aus Figur 1 und Figur 3 - in einer perspektivischen Ansicht den verbesserten und zum Aufzeigen von Details aufgebrochenen Nacherhitzer nach der vorliegenden Erfindung.

Die Figuren 1 und 2 zeigen im Schnitt eine Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzungsvorrichtung (moisture separator reheater) nach der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung hat eine zylindrische Wandung 1, die zum Bilden eines druckdichten Behälters an ihren Stirnseiten allgemein halbkugelige bzw. halbrunde Endstücke 4 und 6 aufweist. Im unteren Abschnitt der Wandung sind zwei Reihen 8 und 1o aus Feuchtigkeitsabscheidungselementen V-förmig angeordnet. Die Einzelheiten der Feuchtigkeitsabscheidungselemente sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich/ und es handelt sich bei diesen Elementen vorzugsweise um solche vom bekannten Zickzack- oder Wellenformtyp. Der verbesserte Nacherhitzer 14 der vorliegenden Erfindung befindet sich über den Feuchtigkeitsabscheidungselementen innerhalb der zylindrischen Hülle bzw« Wandung 1. Das Arbeitsf luid, gewöhnlich Dampf vom Ausgang einer Turbinenstufe, wird durch eine Vielzahl von Einlassen, von denen einer bei 17 dargestellt ist, in die Feuchtigkeitsabscheider-Nacherhitzungsvorrichtung eingeführt, und der Arbeitsfluidstrom ist in Figur 1 durch die Pfeile 18 angegeben. In dem Arbeitsfluidstrom befindliche Feuchtigkeit wird beim Auftreffen

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auf die Reihen 8 und 1o entfernt, und es erfolgt ein Abtropfen zum Boden der Hülle sowie ein Entfernen durch Auslässe, von denen einer bei 2o dargestellt ist. Nach dem Hindurchtreten durch die Reihen 8 und 1o gelangt das Arbeitsfluid durch den Nacherhitzer 14, der das Arbeitsfluid unter Anhebung seiner Temperatur erhitzt, bevor das Fluid über einen Auslaß 23 zu einer nachfolgenden Turbinenstufe abgelassen wird. Am Nacherhitzer 14 sind gleitende Seitenschienen befestigt, von denen eine bei 26 weggebrochen ist. Diese gleitenden Schienen befinden sich in Eingriff mit stationären Schienen 28 und 3o, die zum Stützen des Nacherhitzers an der zylindrischen Hülle bzw. Wandung befestigt sind.

Der verbesserte Nacherhitzer nach der vorliegenden Erfindung hat ein querverlaufendes Kopfstück 34, das an den Enden durch Kappen 36 und 38 verschlossen ist. Die Kappen sind mit Einstiegschächten 4o versehen, die mit zusammengehörigen Einstiegschächten 43 in der zylindrischen Wandung 1 an beiden Enden des Kopfstücks ausgerichtet sind, so daß das Innere desselben für jegliches Wartungspersonal zugänglich ist. Das Kopfstück 34 ist mit einer ebenen Wandung oder Rohrplatte 45 versehen, durch die erste untere und zweite obere Bündel ü-förmiger Rohre 5o und 51 mit dem Inneren des Kopfstücks in Strömungsverbindung stehen. Insgesamt enthalten die Bündel 5o und 51 bei einer Ausführungsform etwa 6oo Rohre. Eine sich in einer vertikalen Ebene erstreckende erste Zwischenwand 53 befindet sich im Inneren des Kopfstücks 34 und unterteilt dieses in erste umlauf- (recirculation) und zweite Eingangs-/ Ausgangs-Kammern 55 sowie 56. In der ersten Zwischenwand 53 ist unter Ausrichtung mit dem Einstiegschacht 4o eine Tür 57 für ein leichtes Inspizieren der Strömungskammern 55 und 56 angeordnet.

Erfindungsgemäß ist das Kopfstück so aufgebaut, daß eine Kondensatüberflutung bzw. -anstauung und der resultierende thermische Kreislauf (cycling) der Rohre vermieden werden. Im einzelnen wird für zwei separate Ablaufvorgänge im Kopfstück 34 gesorgt. Hierzu wird in der zweiten Einlaß-/Auslaß-Kammer 56 eine zweite Zwischenwand vorgesehen, die diese Kammer in getrennte Einlaß- und Auslaßströmungskammern unterteilt. Bei der bestimmten vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die in der zweiten Kammer 56 angeordnete, im wesentlichen horizontale sowie leicht geneigte Zwi-

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schenwand 60 quer zur ersten vertikalen Zwischenwand 53. Die zweite geneigte Zwischenwand 60 ist gegenüber dem Kopfstück 34, der Rohrplatte 45, der ersten Zwischenwand 53 und der Kappe 38 festgelegt, wodurch sie die zweite Kammer 56 in eine untere Einlaßströmungskammer 63 und eine obere Auslaßströmungskammer 66 unterteilt. Die zweite Zwischenwand 60 ist nach unten geneigt, um Kondensat zu einem Auslaß zu leiten, damit das Kondensat von den Rohren des Bündels 51 aus der Auslaßkammer 66 abfließen kann.

Insbesondere aus Figur 3 ist es ersichtlich, daß alle · Rohre mit dem Kopfstück 34 an beiden Seiten einer ersten Zwischenwand 53 in Strömungsverbindung stehen. Das erste Rohrbündel 5o steht in Strömungsverbindung mit der Einlaßstromkammer 63 und dem unteren Teil der ersten oder UmlaufStrömungskammer 55. Das zweite Rohrbündel 51 befindet sich in Strömungsverbindung mit dem oberen Teil der UmlaufStrömungskammer 55 und der Auslaßstromkammer 66, wobei mit dem ersten Rohrbündel ein Wärmeaustauscheraufbau mit vierfachem Durchgang gebildet wird.

Durch eine Einlaßleitung 72 wird ein Wieder- bzw. Nacherhitzungsfluid in die Einlaßstromkammer 63 eingeführt. In diesem Fluid enthaltene nicht kondensierbare Gase verlassen den verbesserten erfindungsgemäßen Nacherhitzer durch eine Austrittsleitung 74. Um ein überfluten irgendeines der U-förmigen Rohre zu vermeiden, sind entsprechende erste und zweite Abflüsse 76 sowie 78 vorgesehen. Der erste Abfluß 76 weist ein Rohr auf, das mit einem unteren Teil der UmlaufStrömungskammer 55 in Strömungsverbindung steht und das jegliches Kondensat aus der Kammer entfernt, und zwar etwa auf halbem Wege in dem Kreislauf des Nacherhitzungsfluids durch den von dem verbesserten Nacherhitzer der vorliegenden Erfindung gebildeten Aufbau mit vierfachem Durchgang. Der zweite Abfluß 78 weist ein Rohr auf, das mit einem unteren Teil der Auslaßstromkammer 66 am unteren Rand der zweiten Zwischenwand 60 in Strömungsverbindung steht und jegliches Kondensat aus dieser Kammer entfernt, und zwar am Ende des mit vierfachem Durchgang erfolgenden Kreislaufs des Nacherhitzungsfluids durch den Nacherhitzer.

Im Betrieb wird Nacherhitzungsfluid oder -dampf durch die Einlaßleitung 72 in die Einlaßstromkammer 63 eingeführt. Das

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Fluid tritt in diese Kammer ein und wird aufgrund seines Drucks in das erste unters Bündel 5o der hiermit in Strömungsverbindung stehenden U-förmigen Rohre gepreßt. Das Fluid durchströmt das erste Rohrbündel 5o zum unteren Teil der UmlaufStrömungskammer 55. In dem ersten Rohrbündel kondensiertes Nacherhitzungsfluid wird von dem Kopfstück mittels des ersten Abflusses 76 abgelassen, um ein Überfluten dieses Rohrbündels zu vermeiden. Wie es durch Pfeile 84 in Figur 3 dargestellt ist, tritt das Fluid nach dem Verlassen des ersten Rohrbündels 5o und nach Durchströmen nur eines Teils der Gesamtzahl der Rohre unter einem relativ großen Druck dort in das zweite Bündel 51 der U-förmigen Rohre ein, wo dieses Bündel mit dem oberen Teil der UmlaufStrömungskammer 55 in Verbindung steht. Das Nacherhitzungsfluid durchströmt die Länge des zweiten Rohrbündels und gelangt zur Auslaßstromkammer 66, wo der zweite Abfluß 78 jegliches Kondensat in dieser Kammer entfernt und hierdurch ein überfluten des zweiten Rohrbündels vermeidet. Somit werden bei dem verbesserten Nacherhitzer der vorliegenden Erfindung zwei Abflußvorgänge durchgeführt, und zwar einer in der UmlaufStrömungskammer (recirculation flow chamber) und der andere in der Auslaßstromkammer. Da in dem erfindungsgemäßen Nacherhitzer zwei Abflußvorgänge vorgesehen sind, wird jegliches Ansammeln von Kondensat in dem Kopfstück vermieden. Da ferner das Nacherhitzungsfluid dem verbesserten Nacherhitzer nur über einen Teil der Rohre (denjenigen im ersten Bündel) zugeführt wird, befindet sich der Strom durch das erste Bündel auf einem relativ hohen Druck, was eine Verhinderung des Ansammeins von Kondensat in den Rohren unterstützt. Das in die Auslaßstromkammer abströmende nicht kondensierbare Gas wird über die Austrittsleitung 74 aus dem Nacherhitzer abgelassen.

Es ist ersichtlich, daß der verbesserte Nacherhitzer nach der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit einer Überflutung von eingebauten Wärmeaustauscherrohren ausschaltet und deshalb das Reißen der Rohre unter dem Einfluß eines thermischen Kreislaufs (thermal cycling) vermeidet, der diese Überflutung und jedes nachfolgende Ablassen von kondensiertem Nacherhitzungsfluid aus den Rohren begleitet. Dieses erfolgt ferner ohne Anwenden komplizierter Leitungsanordnungen gemäß dem Stand der Technik oder ohne Er-

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fordernis zweier separater Kopfstücke. Vielmehr erfolgt das Verhindern einer Rohrüberflutung nach der vorliegenden Erfindung in einer einfachen und wirtschaftlichen Weise mit einer minimalen Anzahl zusätzlicher Komponenten.

- Ansprüche -

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Claims (7)

Ansprüche

1. Feuchtigkeitsabscheider-Dampfnacherhitzungsvorrichtung, gekenn-—'' zeichnet durch einen im wesentlichen druckdichten Behälter (D/ durch Mittel (17) zum Zuführen von kühlem feuchtigkeitshaltigem Dampf zu dem Behälter (1), durch Mittel (8, 1o) zum Abscheiden von in dem Dampf enthaltener Feuchtigkeit, durch Mittel (14) zum Anheben der Temperatur des Dampfes nach der Feuchtigkeitsabscheidung, wobei dieses Temperaturanhebungsmittel ein von dem Dampf in Wärmeaustauschbeziehung durchströmtes Feld (5o, 51) einer Vielzahl von Wiedereintritts-Rohren in einer weitgehend ü-förmigen Konfiguration aufweist, ferner ein mit beiden Enden der Vielzahl von Wiedereintritts-Rohren verbundenes Kopfstück (34), ferner Mittel (72, 74) zum Zuführen von Heizdampf zum Kopfstück (34) sowie zum Abführen des abgekühlten Rests, ferner in dem Kopfstück (34) befindliche Zwischenwandmittel (53, 6o), die dafür sorgen, daß der gesamte die Zuführungs- und Abführungsmittel (72, 74) passierende Heizdampf zweimal in einem ü-förmigen Pfad ausgewählte Rohre der Vielzahl von Rohren durchströmt, und Abflußmittel (76, 78) zum Entfernen der aus dem Heizdampf kondensierten Feuchtigkeit von den Zwischenwandmitteln nach jedem Durchströmen der Rohre, und wobei schließlich die Nacherhitzungsvorrichtung Mittel (23) zum Abführen des erhitzten sowie von der Feuchtigkeit bzw. dem Wassergehalt getrennten Dampfes aus dem Behälter (1) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwandmittel eine erste vertikale Zwischenwand (53), die das Kopfstück (34) in eine erste Umlaufkammer (recirculation chamber, 55) sowie eine zweite Einlaß-/Auslaß-Kammer C56) unterteilt, und eine zweite weitgehend horizontale Zwischenwand

(6o) enthält, die die Einlaß-/Auslaß-Kammer (56) in eine Einlaßkammer (63) und eine Auslaßkararaer (66) unterteilt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußmittel einen Auslaß-Abfluß (76) an einem niedrigen Punkt

. der mittleren Kammer (55) und einen Auslaß-Abfluß (78) an einem niedrigen Punkt der Auslaßkammer (66) aufweisen.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (34) einen allgemein zylindrischen Hohlkörper aufweist, dessen eine im wesentlichen ebene Oberfläche zum Aufnehmen der Rohrenden geeignet ist, ferner eine an einem ersten Ende des Kopfstücks (34) angeordnete erste Einlaßkammer (63), die sich zum Zuführen von Heizdampf zu einem Ende etwa der Hälfte der Rohre eignet, ferner eine an einem zweiten entgegengesetzten Ende des Kopfstücks (34) angeordnete Umlaufströmungskammer (recirculation flow chamber, 55), die dazu geeig-· net ist, Heizdampf und Feuchtigkeit von dem anderen Ende der ungefähren Hälfte der Rohre aufzunehmen und den Dampf in das andere Ende der verbleibenden Rohre einzuleiten sowie die Feuchtigkeit zum Ableiten zu sammeln, und eine an dem ersten Ende des Kopfstücks (34) vertikal über der ersten Einlaßkammer (63) angeordnete Auslaßkammer (66) , die dazu geeignet ist, den Rest des Heizstroms von dem ersten Ende der übrigen bzw. verbleibenden Rohre zu empfangen und Feuchtigkeit bzw. Wassergehalt von den Rohren zum Ableiten zu sammeln, wobei die Einlaß- und Auslaßkammern (63, 66) durch eine dazwischen befindliche weitgehend horizontale, etwas geneigte Zwischenwand (6o) unterteilt sind und wobei die UmlaufStrömungskammer (55) von den Einlaß- und Auslaßkammern (63, 66) durch eine vertikale Zwischenwand (53) abgetrennt ist, die das Kopfstück (34) in zwei weitgehend gleiche Hälften unterteilt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (34) in Einlaß-, Auslaß- und UmlaufStrömungskammern (63, 55, 66) unterteilt ist und daß das Rohrfeld ein erstes Bündel (5o) von mit dem Kopfstück (34) in Strömungsverbindung stehenden U-förmigen Rohren aufweist, wobei jedes Rohr des ersten Bündels (5o) strömungsmäßig an einem Ende mit der Einlaßstromkammer (63) und an dem entgegengesetzten Ende mit der Umlaufströmungskammer (55) verbunden ist, daß ferner ein erster Abfluß (76) strömungsmäßig mit der UmlaufStrömungskammer (55) verbanden ist, um Kondensat von dieser Kammer und dem ersten Bündel (5o) U-förmiger Rohre zu entfernen, daß das Rohrfeld ferner ein zweites Bündel (51) U-förmiger sowie mit dem Kopf-

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stück (34) strömungsmäßig verbundener Rohre aufweist, wobei jedes Rohr des zweiten Bündels (51) strömungsmäßig an einem Ende mit der Umlaufströmungskammer (55) und an dem entgegengesetzten Ende mit der Auslaßstromkainmer (66) verbunden ist/ und daß ein zweiter Abfluß (78) strömungsmäßig mit der Auslaßstromkammer (66) verbunden ist, um Kondensat aus dieser Kammer und dem zweiten Bündel (51) U-förmiger Rohre zu entfernen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abfluß (76) in einem unteren Teil der Umlaufströmungskammer (55) und der zweite Abfluß (78) in dem unteren Teil der Auslaßstromkainmer (66) angeordnet sind, wobei die zweite Zwischenwand (6o) in Richtung zum zweiten Abfluß (78) geneigt ist, um diesem Kondensat zuzuleiten.

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