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Wasserröhrenkessel mit einem Oberkessel (Wasser- und Dampfsammler)
in Verbindung mit einem inneren Röhrensystem und einem es umschließenden äußeren
Röhrensystem mit einer Anzahl über der Feuerung liegender Röhren. Die Erfindung
betrifft einen Wasserröhrenkessel mit einem Oberkessel (Wasser- und Dampfsammler)
in Verbindung mit einem inneren Röhrensystem und einem es umschließenden äußeren
Röhrensystem mit einer Anzahl - über der Feuerung liegender Röhren. Gegenüber diesen
bekannten Wasserröhrenkesseln besteht die Erfindung darin, daß der Wasserumlauf
durch das äußere Röhrensystem nach dem inneren Röhrensystem hin erfolgt, wobei das
äußere Röhrensystem an einen zur Aufnahme des Frischspeisewassers bestimmten Teil
des Oberkessels angeschlossen ist.
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Durch Trennung des Kessels in zwei Systeme, deren eines nur im voraus
auf Siedetemperatur gebrachtes Wasser erhält, während das andere System mit dem
kalten Speisewasser beschickt wird und so bemessen ist, daß es nur ausreicht, das
Speisewasser ohne Dampfbildung auf Siedetemperatur zu bringen, erreicht man eine
bedeutende Verbesserung der Wärmeübertragung, wie aus folgenden Betrachtungen hervorgeht.
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. Die" Wassererwärmung vollzieht sich bei dem größten' Temperaturgefälle,
nämlich bei der Anfangstemperatur. des Speisewassers -und der Temperatur der heißesten
Feuerungsgase, wobei die Wärmeaufnahme durch Dampf nicht gestört ist, weil sich
noch kein Dampf bildet. Man erreicht also hier die größte erreichbare Wirksamkeit
der Wärmeübertragung. Während der folgenden Verdampfung, welche sich ausschließlich
in dem inneren System vollzieht, ist die Wärmeübertragung im wesentlichen dadurch
beeinflußt, daß das Wasser, welches sich schon auf dem Siedepunkt befindet, keine
weitere Wärme aufnehmen .kann, ohne sich plötzlich in Dampf zu verwandeln. Die zu
dieser Verwandlung benötigte Wärme entzieht das Wasser rasch den Röhrenwänden, die
hierdurch befähigt werden, diese Wärme ihrerseits den Heizgasen rascher zu entziehen.
Der Wärmeübergang ist hier also rascher. als wenn die Wärme, anstatt nur zum Verdampfen
des Wassers, noch zu dessen teilweiser Erwärmung dienen müßte.
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Durch die oben beschriebene Trennung wird ferner bezweckt, diejenigen
Röhren, die Dampf oder ein Gemisch aus Dampf und Wasser führen, der heftigsten Hitze
zu entziehen, weil der Dampf und das Gemisch aus Dampf und Wasser eine niedrigere
Wärmeleitfähigkeit .besitzen als Wasser und somit die Rohrwände gegen heftiges Feuer
weniger schützen. - Demnach ist die eigentliche Verdampfung in eine vom Feuer verhältnismäßig
entfernt liegende Zone verlegt, wo die Gase dem schon auf Siedetemperatur gebrachten
Wasser zwar- die
zu seiner@Verdampfung nötige Wärme abgeben, den
wasserentblößten Rohrwänden aber nicht mehr schaden können.-Auf der Zeichnung sind
einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
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Fig. i bis 3 zeigen die eine Ausführungsform im seitlichen Höhenschnitt,
im liegenden Schnitt und im Höhenschnitt senkrecht zu ersterem.
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Fig. q. zeigt eine zweite Ausführungsform im seitlichen Höhenschnitt.
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Fig. g zeigt in schaubildlicher Darstellung eine besondere Anordnung
der inneren Röhren. Fig. 6 und 7 zeigen weitere Ausführungsformen im seitlichen
Höhenschnitt und kleinerem Maßstab.
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Für die Erwärmung des Wassers bis zur Siedetemperatur eignen sich
nahezu wagerecht gelegene Rohre am besten. Hierbei steigen die an der Unterseite
des Rohres durch die Flamme erhitzten Wasserteilchen sofort nach oben und lassen
die kälteren Teilchen an die heißeste Wandstelle treten. Bei der Verdampfung dagegen
ist die nahezu senkrechte Anordnung der Röhren besser geeignet, den entwickelten
Dampf rasch abzuführen. Dementsprechend ist der in die heißeste Feuerungszone verlegte
Stromkreis, in welchem sich der erste oder Wassererhitzungsverlauf vollzieht, vorzugsweise
annähernd wagerecht angeordnet und kann aus Röhren größeren Durchmessers hergestellt
sein. Der Stromkreis, in welchem sich die Verdampfung vollzieht, ist annähernd senkrecht
angeordnet und vorzugsweise aus Röhren kleineren Durchmessers hergestellt, damit
die Wasserteilchen die für ihre Verdampfung zuzuführende Wärme den Rohrwänden entziehen
können; endlich ist dieser Stromkreis, um die Röhren zu schützen, weiter vom Rost
verlegt, weil der in den Röhren zusammen mit dem heißen Wasser enthaltene Dampf
die Rohrwände weniger abkühlt.
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Die in Fig. i bis q. dargestellte -Anordnung umfaßt einen Oberkessel
A und schräg liegende, in der Längsrichtung nebeneinander angeordnete Kopfstücke
G; "welche über den Wasserspiegel im Oberkessel hinausreichen, so daß in ihnen außer
dem im Oberkessel ein zweiter Wasserspiegel gebildet ist. An ihrem oberen Teil sind
die Kopfstücke G mit dem Oberkessel durch Nippel S verbunden, deren lichte Öffnung
teils über und teils unter dem Wassefspiegel liegt; durch jene strömt Dampf, durch
diese Wasser in den Oberkessel. Der Oberkessel A und die Kopfstücke G sind beiden
Röhrensystemen., dem Wässererhitzungs-und dem Verdampfungssystem, gemeinsam. Beide
Systeme arbeiten gleichgerichtet nach dem gemeinschaftlichen Teil und sind derart
geschaltet, daß erst das Wassererhitzungssystem und dann das Verdampfungssystem
von den Feuergasen bestrichen wird. Die beiden Hauptstromkreise können gemäß Pig.
2 aus mehreren unabhängigen, durch den gemeinschaftlichen -Teil miteinander verbundenen
Einzelstromkreisen bestehen, die unter sich gleich sind und nebeneinander liegen.
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Nach Fig. i bis ¢ besteht ein jedes Glied des Wassererhitzungssystems
aus dem vom Oberkessel herabsteigenden Rohr B, das mit einem schrägen, unmittelbar
über dem Rost liegenden Rohr C verbunden ist. Das Rohr C ist an das Steigrohr D
angeschlossen, welches der strahlenden Hitze einer zweiten Verbrennungskammer 0
unmittelbar ausgesetzt ist und in das Kopfstück G mündet, so daß der geschlossene
Stromkreis A-B-C-D-G-A entsteht. Die Verbindung -der Rohre B und C sowie der Rohre
C und D ist durch wagerechte Quersammler E und F hergestellt. Das Speisewässer tritt
bei M in den über dem Absteigerohr B befindlichen Raum des - Oberkessels, dessen
Inneres durch eine Scheidewand in zwei Räume Aa und AP eingeteilt ist, von
denen' der eine Aa zur Aufnahme des Speisewassers bestimmt ist. Das Wasser durchfließt
den Erhitzungsstromkreis, indem es von Aa durch Rohr B in den Sammler E fällt,
im Rohr C unmittelbar über dem Feuerraum N erhitzt wird, durch den Quersammler F
und das Rohr D wieder aufsteigt .und dabei durch Berührung mit den Flammen der Verbrennungskammer
0 weiter erhitzt wird. Der Feuerraum N befindet sich unmittelbar über dem Rost und
die Verbrennungskammer 0 in dem durch das Verdampfungsröhrenbündel k, die Röhren
C und die Röhren D eingeschlossenen -Raum, da diese Teile eine unter sich verschiedene
Neigung aufweisen. Das erhitzte Wasser ergießt sich durch die Kopfstücke G in die.
Abteilung AP des Oberkessels.
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Das Verdampfungssystem setzt sich außer aus dem Teil Ap des Oberkessels
und den Kopfstücken G aus den Röhren K und einem Röhrenbündel zusammen, bestehend
aus einer Gruppe von Steilröhren: k kleinen Durchmessers, welche oben in die Kopfstücke
G und 'unten in der Kesselbreite nacheinander angeordnete Kopfstücke H eingewalzt
sind. Demgemäß fließt das im Wassererhitzungssystem erhitzte Wasser aus den Kopfstücken
G in den Raum AP des Oberkessels über und fällt von hier durch die Röhren K herab,
uni das Verdampfungsröhrenbündel k zu speisen; der sich entwickelnde Dampf strömt
in die Kopfstücke G ein. -Die schräge, teilweise über dem Wasserspiegel liegende
Anordnung der Kopfstücke G schafft einen zusätzlichen Wasserspiegel getrennt von
demjenigen im Oberkessel, und darüber einen Raum zur Aufnahme des aus den Röhren.
k aufsteigenden Dampfes. Der- Was-.serspiegel .im Oberkessel wird also- durch den
Dampfaustritt
aus dem Röhrenbündel k nicht gestört. Infolgedessen geht die Trennung des Dampfes
vom Wasser- im Oberkessel A zum Vorteil der Dampftrockenheit ruhig vonstatten.
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Um den Druck und den Wasserstand in den beiden getrennten, aber durch
die gemeinschaftlichen Kopfstücke G und durch. den Oberkessel miteinander verbundenen
Stromkreisen auszugleichen, ist ein Sammler P vorgesehen, der die unteren Kopfstücke
untereinander verbindet und an beiden Enden je ein Ausgleichrohr R erhält, das sich
an den tiefer liegenden Quersammler E anschließt. Die Ausgleichröhren R dienen auch
als Ablaßröhren für das Verdampfungssystem.
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Der Kessel kann nach Fig. g anstatt mehrerer in der Richtung der Kesselbreite
aneinan.dergereihter Glieder mit getrennten Kopfstücken eine oder mehrere große
Wasserkammern .haben oder nach Fig: 6 halbzylindrische Behälter mit flachem Boden
oder nach Fig. 7 vollzylindrische Behälter mit gebogenen, radial eingesetzten Röhren.
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