DE3725435A1 - Fallstromverdampfer - Google Patents

Description

Fallstromverdampfer mit stehenden Rohren, die in einem oberen und einem unteren Rohrboden gehalten sind mit Druckausgleich zwischen dem obenliegenden Verteilerraum und dem untenliegenden Dampfraum, wobei in jedes Rohr im Bereich des oberen Rohrbodens ein Einführungsteil mit einer zentralen Bohrung eingesetzt und unterhalb der Auslauföffnung der Bohrung des Einführungsteils mit Abstand ein Einbaukörper vorgesehen ist, Bei solchen Fallstromverdampfern besteht die Notwendigkeit, die zu verdampfende Flüssigkeit einerseits gleichmäßig auf die einzelnen Verdampferrohre und anderersei-ts möglichst gleichmäßig als Flüssigkeitsfilm auf die Innenwandung des einzelnen Verdampferrohres zu verteilen.

Flüssigkeitsverteiler in Fallstromverdampfern sind in vielfältiger Form bekannt. So sind oberhalb der Rohrböden angeordnete Siebböden vorgeschlagen worden, die jedoch den Nachteil haben, daß die Öffnungen der Siebböden nach einer gewissen Betriebszeit verstopfen und damit die gleichmäßige Verteilung nicht mehr gewährleistet ist. Auch sind Drall- und Überlaufverteiler bekannt. Diese lassen sich jedoch nur bei sauberen, wässrigen, nicht mit Feststoffen beladenen Flüssigkeiten mit Erfolg einsetzen. Bei zähen bzw. feststoffbeladenen Flüssigkeiten arbeiten diese Flüssigkeitsverteiler nicht mehr zufriedenstellend. Grund dafür sind z.B. die engen Strömungsquerschnitte oder auch durch nicht-newtonisches Fließverhalten bedingte Ablauf- und Überlaufstörungen. Nicht exakt ausgerichtete Vertikal- oder Fallstromverdampfer führen, insbesondere bei nach dem Überlaufprinzip arbeitenden Verteilern, zu Fehlverteilungen der Flüssigkeit und damit zur Erhöhung der Verkrustungsgefahr bzw. Verminderung der Wärmeübergangsleistung.

In der US-PS 39 95 663 ist eine Lösung vorgeschlagen, bei der in jedes Verdampferrohr ein Flüssigkeitsverteiler eingesteckt ist, der aus einer oberen Halteplatte besteht, an die sich ein Einführungsrohr anschließt. Die Halteplatte liegt auf dem oberen Rohrboden auf. An das Einführungsrohr schließt sich ein sich in Strömungsrichtung erweiternder Trichter an, der in eine relativ lange zylindrische, an der Innenfläche des Verdampferrohres anliegende Hülse übergeht. Im Bereich des Trichters ist ein mit der Spitze nach oben weisender Konus vorgesehen, der die Flüssigkeit glockenförmig verteilt. Hierdurch trifft die Hauptmenge der zu verdampfenden Flüssigkeit erst weit unterhalb des Konus auf und nur ein geringer Teil wird durch Wandhaftungskräfte über den Trichter und die Hülse auf die Innenwand der Rohre geleitet. Ohne diese lange, zylindrische Hülse würden die Verdampferrohre in diesem oberen Bereich nur unzureichend mit Flüssigkeit benetzt, wodurch sich Inkrustierungen und damit Beschädigungen der Verdampferrohre einstellen würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fallstromverdampfer mit verbesserter Flüssigkeitsverteilung vorzuschlagen, der darüber hinaus relativ unempfindlich ist gegenüber Montage- und Aufstellungsungenauigkeiten.

Diese Aufgabe wird bei einem Fallstromverdampfer der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Einbaukörper als Prallkörper (10) ausgebildet ist, der mit einem oder mehreren Stegen (9) mit dem Einführungsteil (8) verbunden ist und oberhalb des oberen Rohrbodens (3) der Flüssigkeitspegel in einer in Abhängigkeit von dem zu verdampfenden Medium bemessenen Höhe gehalten ist. Durch die unkritische Regelung des Flüssigkeitsspiegels läßt sich das Teillastverhalten in weiten Bereichen beeinflussen, was wesentlich zu einer sicheren Betriebsführung beiträgt.

Das Medium wird in bekannter Weise über eine Verteilerplatte in den Fallstromverdampfer eingeleitet und bildet eine über dem Rohrboden stehende Flüssigkeitsschicht. Aufgrund der geodätische Höhe ergibt sich beim Auftreffen auf den Prallkörper ein gegen die Rohrwand gerichteter Flüssigkeitsfächer, wodurch auf der Innenfläche des Rohres ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm entsteht. Wesentlich dabei ist, daß durch die erfindungsgemäße Konstruktion Probleme bei der Flüssigkeitsverteilung auf die einzelnen Rohre vermieden werden und der Verteilungsmechanismus durch die eindeutige Zuordnung der einzelnen Flüssigkeitsverteiler zu den Verdampferrohren auf ein eindimensionales Problem reduziert wird. Damit ist keine Abhängigkeit von schwankenden oder unruhigen Flüssigkeitsständen oberhalb des oberen Rohrbodens gegeben. Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsverteiler eignet sich für sämtliche Rohrabmessungen und Verdampfergrößen. Aufgrund der Anpaßbarkeit an beliebige Durchsätze und Medien ist er außerdem universell einsetzbar. Er kann somit bei feststoffbeladenen Flüssigkeiten, bei zähen Fluiden und bei zum Feststoffausfall neigenden Flüssigkeiten eingesetzt werden. Um die Ausbildung eines gleichmäßigen, möglichst direkt am Austritt des Verdampferrohres aus dem oberen Rohrboden bzw. an der Unterkante des Einführungsteiles beginnenden Flüssigkeitsfilms zu erreichen, ist nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Prallkörper mit einer ebenen oder konkaven Auftreff-Fläche ausgebildet ist und einen Durchmesser aufweist, der gleich dem oder größer als der Innendurchmesser der Bohrung des Einführungsteils ist, wobei die Wölbung vorzugsweise konkav ist.

Je nach zu verdampfendem Medium und Rohrabmessungen ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Prallkörper mit einem Abstand zur Auslauföffnung der Bohrung angeordnet ist, der einen ungestörten Freistrahl des einzudampfenden Mediums bis zum Prallkörper gewährleistet, wobei das Verhältnis vom Innendurchmesser der Bohrung zu Abstand gleich 0,2 bis 3,0 beträgt. Es werden damit einerseits genügend große Querschnitte auch für den Einsatz des Fallstromverdampfers für feststoffgeladene Flüssigkeiten zur Verfügung gestellt und ein Verstopfen oder Zusetzen sicher vermieden und andererseits sichergestellt, daß der gesamte Querschnitt des Freistrahles tatsächlich auf dem Prallkörper auftrifft und die Umlenkung zur Rohrwand erfährt. Es wird weiterhin vorgeschlagen, die Befestigung des Prallkörpers so zu gestalten, daß der oder die Stege eine Form aufweisen, die die Zerteilung des den Prallkörper verlassenden Flüssigkeitsfächers weitestgehend vermeidet, vorzugsweise stromlinienförmig ausgebildet sind. Als besondere Maßnahme der Vermeidung von Verteilungs- und Einlaufproblemen, insbesondere bei feststoffbeladenen Flüssigkeiten, ist vorgesehen, daß das Einführungsteil bündig mit der Oberkante des Rohrbodens abschließt. Es werden damit Ablagerungen zwischen den einzelnen Flüssigkeitsverteilern ebenso vermieden wie Wirbelbildungen, die den Einlauf in das Einführungsteil und die Ausbildung des Freistrahls stören könnten. Ein Einführungsteil ohne Bund trägt auch zur Verringerung der Bauhöhe und zu Kosteneinsparungen bei. Die Einlaufkanten des Einführungsteils sind mit einem Radius versehen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gesamtbauhöhe des Flüssigkeitsverteilers, bestehend aus Einführungsteil und Prallkörper, ein Maß aufweist, das 0,3 bis 1,5 mal dem Innendurchmesser des Verdampferrohres entspricht, und daß die Höhe des Einführungsteils ein Maß aufweist, das 0,5 bis 1,5 mal der Dicke des Rohrbodens entspricht, um einereits die Bauhöhe des Flüssigkeitsverteilers zu reduzieren, die damit nur etwa 1/5 der üblichen Ausführungen beträgt, und andererseits um tatsächlich die Gesamtlänge der Verdampferrohre für die Verdampfungen nutzen zu können, was zu einer geringeren Bauhöhe des Verdampfers und damit verbundenen Kosteneinsparungen führt. Um einen sicheren Betrieb unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß der Verteilerraum durch ein Druckausgleichsrohr mit dem Dampfraum verbunden ist, das mit seinem oberen Ende über den Flüssigkeitsspiegel hinaus in den Verteilerraum ragt. Dadurch werden Instabilitäten des Systems vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Fallstromverdampfer,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1: Oberer Rohrboden mit einem Verdampferrohr und Flüssigkeitsverteiler.

In dem Verteilerraum 1 ist eine Verteilerplatte 2 angeordnet, um die zugeführte Flüssigkeit beim Eintritt auf dem oberen Rohrboden 3 zu verteilen. In Bohrungen der Rohrböden 3 und 4 sind die Verdampferrohre 5 eingesetzt. Unterhalb des Rohrbodens 4 ist der Dampfraum 6, der zum Druckausgleich über ein Druckausgleichsrohr 7 mit dem Verteilerraum 1 in Verbindung steht. Jedes Verdampferrohr 5 ist oben mit einem Flüssigkeitsverteiler versehen, der aus dem Einführungsteil 8, den Stegen 9 und dem Prallkörper 10 besteht. Das Einführungsteil 8 ist eingepreßt und schließt bündig mit der Oberkante des Rohrbodens 3 ab. Der Einlauf in die zentrale Bohrung 11 ist mit einem Radius 12 versehen. Die mit H bezeichnete Höhe des Flüssigkeitsspiegels über dem oberen Rohrboden 3 ergibt sich aufgrund der geodätischen Höhe, die für die Ausbildung eines störungsfreien Freistrahles aus dem unteren Ende der Bohrung 11 erforderlich ist und zwar abhängig von der Zähigkeit und der Zusammensetzung der zu verdampfenden Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsstrahl trifft auf die in diesem Beispiel konkav ausgebildete Auftreff-Fläche 13 des Prallkörpers 10. Der Durchmesser dieses Prallkörpers 10 ist mindestens so groß wie der Durchmesser der Bohrung 11. Der auftreffende Strahl wird zerteilt und umgelenkt in Richtung Wandfläche des Verdampferrohres 5. Damit der sich bildende Flüssigkeitsfächer möglichst wenig zerteilt wird, sind die Stege 9 dünn und stromlinienförmig ausgebildet. Der Abstand des Prallkörpers 10 von der Unterkante der Bohrung 11 ist mit A bezeichnet. Das Verhältnis vom Durchmesser der Bohrung 11 zu diesem Abstand A hängt von den Rohrabmessungen und dem zu verdampfenden Medium ab und liegt zwischen 0,2 und 3,0. Die Gesamtbauhöhe B des Flüssigkeitsverteilers wird möglichst gering gehalten und liegt zwischen 0,3 und 1,5 mal dem Innendurchmesser des Verdampferrohres 5, wobei die Dicke des Einführungsteils 8 zwischen 0,5 und 1,5 mal der Dicke des Rohrbodens 3 liegt.

Claims (7)

1. Fallstromverdampfer mit stehenden Rohren, die in einem oberen und einem unteren Rohrboden gehalten sind mit Druckausgleich zwischen dem obenliegenden Verteilerraum und dem untenliegenden Dampfraum, wobei in jedes Rohr im Bereich des oberen Rohrbodens ein Einführungsteil mit einer zentralen Bohrung eingesetzt und unterhalb der Auslauföffnung der Bohrung des Einführungsteils mit Abstand ein Einbaukörper vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbaukörper als Prallkörper (10) ausgebildet ist, der mit einem oder mehreren Stegen (9) mit dem Einführungsteil (8) verbunden ist und oberhalb des oberen Rohrbodens (3) der Flüssigkeitspegel in einer in Abhängigkeit von dem zu verdampfenden Medium bemessenen Höhe gehalten ist.

2. Fallstromverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (10) mit einer ebenen oder konkaven Auftreff-Fläche (13) ausgebildet ist und einen Durchmesser aufweist, der gleich dem oder größer als der Innendurchmesser der Bohrung (11) des Einführungsteils (8) ist.

3. Fallstromverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (10) mit einem Abstand (A) zur Auslauföffnung der Bohrung (11) angeordnet ist, der einen ungestörten Freistrahl des einzudampfenden Mediums bis zum Prallkörper (10) gewährleistet, wobei das Verhältnis vom Innendurchmesser der Bohrung (11) zu Abstand (A) gleich 0,2 bis 3,0 beträgt.

4. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Stege (9) eine Form aufweisen, die die Teilung des den Prallkörper (10) verlassenden Flüssigkeitsfächers weitestgehend vermeidet, vorzugsweise stromlinienförmig ausgebildet sind.

5. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführungsteil (8) bündig mit der Oberkante des Rohrbodens (3) abschließt.

6. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbauhöhe des Flüssigkeitsverteilers, bestehend aus Einführungsteil (8) und Prallkörper (10), ein Maß aufweist, das 0,3 bis 1,5 mal dem Innendurchmesser des Verdampferrohres (5) entspricht, und daß die Höhe (B) des Einführungsteils (8) ein Maß aufweist, das 0,5 bis 1,5 mal der Dicke des Rohrbodens (3) entspricht.

7. Fallstromverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerraum (1) durch ein Druckausgleichsrohr (7) mit dem Dampfraum (6) verbunden ist, das mit seinem oberen Ende über den Flüssigkeitsspiegel hinaus in den Verteilerraum (1) ragt.