DE3134435T1 - Method for the vaporization of liquid and apparatus for carrying out the method - Google Patents
Method for the vaporization of liquid and apparatus for carrying out the methodInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdampfung von
Flüssigkeit in einem Steigrohrwärmeaustauscher, bei dem der die Hitze liefernde Dampf oder Flüssigkeit durch die Rohre
der sich im Wärmeaustauscher befindenden Rohrgruppe hindurch vorzugsweise von unten nach oben geleitet wird.
Es sind sowohl Verdampfer,, bei denen die Verdampfung ausgehend von einer in einer Flüssigkeit eingetauchten Hitzefläche
stattfindet als auch sogenannte Film-Verdampfer bekannt.
Im ersten Fall beginnt die Verdampfung dann, wenn die Temperatur der Hitzefläche die Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit bei dem auf der Fläche vorherrschenden Druck überschreitet.
Der hydrostatische Druck der Flüssigkeit bewirkt damit ein Ansteigen der Verdampfungstemperatur und vermindert dadurch
den für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Temperaturunterschied.
Bei Film-Verdampfern hingegen findet kein Ansteigen der Siedetemperatur
infolge des hydrostatischen Drucks statt. Daher kann bei einem Film-Verdampfer im Vergleich zu einem Thermositon-Wärmeumlauf-Verdampfer
oder einem Siedekessel-Kettel-Verdampfer mit geringeren Temperaturunterschieden oder alternativ mit einer
kleineren Hitzefläche gearbeitet werden.
Es gibt zwei Haupt typen von Film-Verdampfern: Steigrohr- und Horizontalrohrverdampfer.
In Steigrohr-Filmverdampfern findet die Verdampfung innerhalb des Rohres ausgehend von einem entweder
abwärts oder aufwärts fließenden Flüssigkeitsfilm statt. Bei Horizontalrohr-Filmverdampfern dagegen fließt ein Flüssigkeitsfilm auf der Außenfläche der Rohre abwärts, wobei der Flüssigkeitsfilm
durch Aufsprühen der Flüssigkeit mittels Düsen oder einer Lochplatte erzeugt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verdampfung in einem
Steigrohr-Filmverdampfer, wobei sich das Verfahren nach der Erfindung hauptsächlich dadurch kennzeichnet, daß die zu
verdampfende Flüssigkeit zur Einführung in den mantelseitigen Bereich in den oberen Abschnitt des Wärmeaustauschers oder
getrennt in jedes mit Düsen versehene Becken des Wärmeaustauschers eingeleitet und so geführt wird, daß sie auf der
Außenfläche der Rohrgruppe als Flüssigkeitsfilm nach unten fließt, und daß der von dem Flüssigkeitsfilm erzeugte Dampf
mittels in die Rohrgruppe hinein ausgebildeter Dampfflußdurchgänge vom unteren Abschnitt des Wärmeaustauschers oder getrennt
von jeder Wärmeaustauscher-Teileinheit in die jeweils verwendete Verbrauchereinheit weitergeleitet wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des oben angeführten Verfahrens, wobei die grundlegenden Merkmale
der Vorrichtung aus den Ansprüchen 3 bis 6 hervorgehen.
Bei dem Steigrohr-Filmverdampfer kann Wärme auch von einem verunreinigten
Medium wiedergewonnen werden. Da der die Wärme liefernde Mediumfluß in den Rohren fließt, können diese, falls
erforderlich, leicht gereinigt werden. Aufgrund der Film-Verdampfung
findet eine wirksame Wärmeübertragung statt.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt die einzige Figur
in Seitenansicht eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen
Steigrohrwärmeaustauschers.
Der in der Figur gezeigte Wärmeaustauscher weist einen vertikalen zylindrischen Mantel 4 auf, in dem eine Rohrgruppe 7
mittels Rohrplatten 5 und 6 angebracht ist. Im unteren Abschnitt des Wärmeaustauschers ist eine Einlaßverbindung 8 vor-
gesehen, durch die hindurch Dampf öder möglicherweise
Flüssigkeit in den Räum 9 imunteren Abschnitt des Wärmeaustauschers
eingeführt und von da aus innerhalb der Rohre der Rohrgrüppe 7 nach oben in den Raum 10 im oberen
Abschnitt des Wärmeaustauschers weitergeleitet wird, aus dem der Dampf oder die Flüssigkeit durch die Verbindung 11
entweicht. Der Dampf oder die Flüssigkeit kann auch durch
die Verbindung 11 in den Wärmeaustauscher eingeführt werden, wobei in diesem Falle der Dampf oder die Flüssigkeit in
den Rohren der Rohrgruppe 7 vom oberen Abschnitt aus nach
unten fließt und durch die Verbindung 8 im unteren Abschnitt
aus dem Wärmeaustauscher austritt.
Der Wärmeaustauscher ist so ausgelegt, daß die zu verdampfende
Flüssigkeit dem mantelseitigen Abschnitt des Wärmeaustauschers,
d.h. dem^ abgeschlossenen Räum zugeführt wird, der durch den
Mantel 4 des Wärmeaustauschers, durch die Außenfläche der Rohre
der Rohrgruppe 7 und durch die Rohrplatten 5 und 6 festgelegt ist.Die zu verdampfende Flüssigkeit wird in den Wärmeaustauscher
durch eine im Bereich seines oberen Abschnitts angeordnete Verbindung 12 eingeleitet und der Düsenplatte 13
zugeführt. Über der Düsenplatte 13 ist ein Düsenbecken 14
ausgebildet/ in dem die Lage des Flüssigkeitsspiegels durch
das Uberlaufrohr 15 festgelegt ist. Die Düsenplatte 13 des
Düsenbeckens 14 ist so ausgebildet, daß sie gleichzeitig als Stützplätte für die Rohre der Rohrgruppe 7 dient.
Dazu sind jsür Erzeugung der Düsen 16 die für die Rohre gebohrten
Löcher mit Nuten versehen. Die zu verdampfende
Flüssigkeit wird von dem Düsenbecken 14 aus mittels der
Düsen 16 so weitergeleitet, daß sie als Flüssigkeitsfilm
auf der Außenfläche der Röhre abwärts fließt * Die Düsen 16
sind derart dimensioniert, daß die Rohre angefeuchtet, d.h.
über ihre ganze Abschnittslänge mit einem Flüssigkeitsfilm
überzogen sind; Der Wärmeaustauscher kann von solchem Typ
ς ■■■■■■■■■ ■■·■ ■ -·.-
sein, daß der von dem Flüssigkeitsfilm erzeugte Dampf mittels in die Rohrgruppe 7 hinein ausgebildeter Dampfflußdurchgänge
entweder vom unteren Abschnitt des Wärmeaustauschers durch die Verbindung 17 hindurch oder von jeder Wärmeaustauscher-Teileinheit
1, 2 und 3 an die verwendete Verbrauchereinheit weitergeleitet wird. Beim letzteren Typ müssen die Düsenplatten
zwischen den Wärmeaustauschereinheiten 1, 2 und 3 derart ausgelegt
sein, daß sie getrennt arbeiten können und nur der Flüssigkeitsfilm über die gesamte Länge der Rohrgruppe 7
hinweggeführt wird. In anderen Worten ausgedrückt verhindert die diesem Düsenplatten-Typ entsprechende, zwischen den
Wärmeaustauschereinheiten 1 und 2 gelegene Düsenplatte 18, daß Dampf über die Plätte hinweg nach unten weitergeführt
wird, wobei über der Platte jedoch ein neues Düsenbecken 19 ausgebildet ist, von dem aus die Düsen 20 die Flüssigkeit
wiederum derart weiterleiten, daß sie auf der Außenfläche der Rohre der Rohrgruppe 7 als Flüssigkeitsfilm weiterfließt und
dadurch die Gleichförmigkeit des Flüssigkeitsfilms sichergestellt ist. Wird der Dampf getrennt von jeder Wärmeaustauschereinheit
1, 2 und 3 der Verbrauchereinheit zugeführt, so geschieht dies, wie in Verbindung mit der Teileinheit 1 dargestellt,
über die Verbindung 21. Bei einem Wärmeaustauscher, bei dem der Dampf getrennt von jeder Teileinheit 1, 2 und 3
der Verbrauchereinheit zugeführt wird, muß die Düsenplatte oder das Düsenbecken zwischen den Teileinheiten 2 und 3
natürlich vom gleichen Typ wie die zwischen den Teileinheiten 1 und 2 sein.
Wird der im Wärmeaustauscher von dem Flüssigkeitsfilm erzeugte
Dampf ausschließlich über die im unteren Abschnitt des Wärmeaustauschers angeordnete Verbindung 17 aus dem Wärmeaustauscher
herausgeführt, so muß die zwischen den Teileinheiten 1 und 2 gelegene Düsenplatte 18 natürlich durch ein Düsenbecken, wie
z.B. das zwischen den Teileinheiten 2 und 3 gelegene, ersetzt
werden, das eine Weiterleitung des Dampfes von der Teileinheit
1 zu der Teileinheit 2 nicht verhindert. Zwischen den Teileinheiten
2 und 3 ist in der Zeichnung ein Düsenbecken 22 gezeigt, in dem zwischen der Bodenplatte des Beckens und den Rohren
der Rohrgruppe 7 Düsenöffnungen 23 ausgebildet sind, die z.B. ringförmige, die Rohre umschließende Düsenöffnungen sein können,
Zwischen den Teileinheiten 2 und 3 zeigt die Zeichnung ein Düsenbecken 22, das eine getrennte Stützplatte 24 zur Abstützung
der Rohre der Rohrgruppe 7 erfordert, die über der Bodenplatte des Düsenbeckens 22 mit Abstand angeordnet ist.
Ist die Vorrichtung in Betrieb, so ist eine derartige Stützplatte 24 in der sich in den Düsenbecken befindenden Flüssigkeit
eingetaucht, so daß sie den längs der Rohre der Rohrgruppe 7 abwärtsfließenden Flüssigkeitsfilm nicht unterbricht. In
einem solchen Falle muß die Stützplatte 24 in den zwischen den Rohren der Rohrgruppe 7 gelegenen Abschnitten weite Flußöffnungen
25 für die Flüssigkeit aufweisen.
In jeder Teileinheit 1, 2 und 3 wird der Flüssigkeitsspiegel
in dem Düsenbecken über der Teileinheit durch ein Überlaufrohr festgelegt, das ein kurzes, sich nur wenig über die
Düsenplatte hinaus erstreckendes Überlaufrohr oder ein längeres Überlaufrohr des in der Zeichnung gezeigten Typs sein
kann. Zwischen den Überlaufrohren 15 und 16 ist eine Führungsplatte 31 vorgesehen, um den Fluß vom oberen überlaufrohr 15
unmittelbar in das untere Überlaufrohr 26 zu verhindern.
Zwischen den überlaufrohren 26 und 30 ist eine entsprechende
Führungsplatte 32 angeordnet.
Die in den untersten Abschnitt des Wärmeaustauschers hineingelaufende
Flüssigkeit wird in dem Becken oberhalb der Rohrplatte 6 gesammelt, von wo aus sie über die Verbindung 27
abgeführt wird.
Die Flüssigkeit kann auch unter Druck über die Verbindung
12 in den oberen Abschnitt des Wärmeaustauschers eingeführt
werden. Die Formung des Flüssigkeitsfilms in den Teilabschnitten 2 und 3 kann durch Einführen von zu verdampfender
Flüssigkeit durch Verbindungen 28 und 29 hindurch in die entsprechenden Düsenbecken gesteuert werden.
Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher ist insbesondere
für Anwendungsfälle geeignet, wo verunreinigter Dampf durch die Verbindung 8 hindurch in die Rohre der Rohrgruppe 7
des Wärmeaustauschers eingeleitet wird, da jegliche sich auf den Innenflächen der Rohre ansammelnde Schmutzstoffe
wieder leicht aus den Rohren entfernt werden können. Dies kann z.B. während des Betriebs der Vorrichtung durch Einspritzen einer Reinigungsflüssigkeit in den Raum 10 oberhalb
der Rohrgruppe 7 erfolgen, wobei die Flüssigkeit längs der Innenfläche der Rohre der Rohrgruppe 7 nach unten fließt
und die Schmutz stoffe somit entfernt und in den unteren
Abschnitt des Wärmeaustauschers hineingeschwemmt werden, von wo aus sie leicht zu beseitigen sind.
Claims (6)
1. Verfahren zur Verdampfung von Flüssigkeit in einem Steigrohrwärmeaustauscher,
bei dem der die Hitze liefernde Dampf oder Flüssigkeit durch die Rohre der sich im Wärmeaustauscher
befindenden Rohrgruppe (7) hindurch vorzugsweise von unten nach oben geleitet wird, dadurch gekennzeichnet , daß die zu verdampfende Flüssigkeit
zur Einführung in den mantelseitigen Bereich in den oberen Abschnitt des Wärmeaustauschers oder getrennt
in jedes mit Düsen versehene Becken des Wärmeaustauschers eingeleitet und so geführt wird, daß sie auf der Außenfläche
der Rohrgruppe (7) als Flüssigkeitsfilm nach unten fließt, und daß der von dem Flüssigkeitsfilm erzeugte Dampf
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mittels in die Rohrgruppe (7) hinein ausgebildeter Dampfflußdurchgänge
vom unteren Abschnitt des Wärmeaustauschers oder von jeder Wärmeaustauscher-Teileinheit (1, 2, 3) in
die jeweils verwendete Verbrauchereinheit weitergeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
,daß die zu verdampfende, auf der Außenfläche der Rohre der Rohrgruppe (7) abwärtsfließende Flüssigkeit in
vorgegebenen Abständen, z.B. in Abständen von etwa einem Meter, gesammelt und wiederum derart geführt wird, daß sie
auf der Außenfläche der Rohre der Rohrgruppe als Flüssigkeitsfilm weiterfließt, wodurch die Gleichförmigkeit des
Flüssigkeitsfilms sichergestellt ist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung aus einem Steigrohrwärmeaustauscher
besteht und der die Hitze liefernde Dampf oder Flüssigkeit durch die Rohre der Rohrgruppe (7) hindurchgeleitet wird,
dadurch gekennzeichnet , daß die Rohrgruppe
(7) derart durch zumindest eine Düsenplatte (18) oder ein Düsenbecken (22) hindurchgeführt ist, daß zwischen den
öffnungen der Düsenplatten und den Rohren die Rohre umschließende Düsenöffnungen (16, 20, 23) festgelegt sind,
durch die hindurch die oberhalb der Düsenplatte herangeführte Flüssigkeit zur Bildung eines rohrumschließenden
Flüssigkeitfilms um jedes Rohr der Gruppe (7) herumgeführt werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die die Rohre umschließenden Düsenöffnungen
(23) ringförmig ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß Stützplatten (24) zur Abstützung
der Rohre der Rohrgruppe (7) derart mit Abstand oberhalb der Grundplatte der Düsenbecken (22) angeordnet
sind, daß dann, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, die Stützplatten (24) in der sich in den Düsenbecken (22)
befindenden Flüssigkeit eingetaucht sind, um den längs der Rohre abwärts fließenden Flüssigkeitsfilm nicht zu
unterbrechen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Stützplatte (24) in den
zwischen den Rohren gelegenen Abschnitten weite Flußöffnungen (25) für die Flüssigkeit aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenbecken derart ausgebildet
ist, daß es gleichzeitig als Stützplatte für die Rohre dient und daß dazu die für die Rohre gebohrten Löcher
zur Ausbildung der Düsen (20) mit Nuten versehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß jeglicher Flüssigkeitsüberschuß
vom Düsenbecken über der Düsenplatte mittels eines oder mehrerer Überlaufrohre oder -Öffnungen (15, 26) zur
nächsten, tieferen Düsenbecken-Stufe geführt wird.
Patentansprüche
1. Verfahren zur Verdampfung von Flüssigkeit in einem
Steigrohrwärmeaustauscher, bei dem der die Hitze liefernde Dampf oder Flüssigkeit durch die Rohre der
sich im Wärmeaustauscher befindenden Rohrgruppe (7) hindurch vorzugsweise von unten nach oben geleitet
wird und bei dem die zu verdampfende Flüssigkeit zur Einführung in den mantel seitigen Bereich in den oberen
Abschnitt des Wärmeaustauschers eingeleitet und so geführt wird, daß sie auf der Außenfläche der Rohrgruppe
(7) als Flüssigkeitsfilm abwärtsfließt und bei der der
von dem Flüssigkeitsfilm erzeugte Dampf in die jeweils verwendete Verbrauchereinheit weitergeleitet wird,
dadurch gekennzeichnet , daß die auf der Außenfläche der Rohre der Rohrgruppe (7) abwärtsfließende
zu verdampfende Flüssigkeit in vorgegebenen Abständen, z.B. in Abständen von etwa einem Meter, in einem einzigen
zusammenhängenden Raum des mantelseitigen Bereichs in Düsenbecken (22) gesammelt und derart weitergeführt wird,
daß sie auf der Außenfläche der Rohre der Rohrgruppe als Flüssigkeitsfilm weiterfließt, wodurch die Gleichförmigkeit
des Flüssigkeitsfilms in dem Raum im mantelseitigen Bereich über die gesamte Länge der Rohrgruppe sichergestellt
ist.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
wobei die Vorrichtung aus einem Steigrohrwärmeaustauscher besteht und der die Hitze liefernde Dampf oder Flüssigkeit
durch die Rohre der Rohrgruppe (7) hindurchgeleitet wird'/'iwährend die über der Düsenplatte (13) des Wärmeaus-
Λ W
Konrgruppe
tauschers geführte Flüssigkeit um jedes Rohr der Kohfgruppe
(7) derart herumgeführt sein kann, daß sich ein das Rohr umschließender Flüssigkeitsfilm bildet, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohrgruppe (7) in dem zusammenhängenden
Raum des mantelseitigen Bereichs derart durch zumindest ein Düsenbecken (22) hindurchgeführt ist, daß zwischen
den öffnungen in dem Düsenbecken (22) und den Rohren Düsenöffnungen
festgelegt sind, die die Rohre umgeben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß Stützplatten (2 4) zur Abstützung der Rohre der Rohrgruppe (7) derart mit Abstand oberhalb der Grundplatte
der Düsenbecken (22) angeordnet sind, daß dann, wenn die Vorrichtung
in Betrieb ist, die Stützplatten (24) in der sich in den Düsenbecken (22) befindenden Flüssigkeit eingetaucht
sind, wodurch der längs der Rohre abwärts fließende Flüssigkeitsfilm nicht unterbrochen wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützplatte (24) in den zwischen den Rohren gelegenen Abschnitten weite Flußöffnungen (25) für die
Flüssigkeit aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Düsenbecken derart ausgebildet ist, daß es gleichzeitig als Stützplatte für die Rohre dient und daß
dazu die für die Rohre, gebohrten Löcher zur Ausbildung der Düsen (20) mit Nuten versehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jeglicher Flüssigkeitsüberschuß vom Düsenbecken mittels einem oder mehrerer Überlaufrohie oder -öffnungen
(15, 26) zur nächsten, tieferen Düsenbecken-Stufe geführt wird.
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