DE3809678C1 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22G—SUPERHEATING OF STEAM
- F22G5/00—Controlling superheat temperature
- F22G5/12—Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays
- F22G5/123—Water injection apparatus
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Dampfkühler mit Wassereinspritzung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Dampfkühler zur Erzeugung von niedriger temperiertem Dampf
aus Heißdampf unter annähernder Beibehaltung des Dampfdrucks gehören zum
allgemein bekannten Stand der Technik. Sie werden über Flansch- oder
Schweißverbindungen in Dampfleitungen eingebaut und bestehen im
wesentlichen aus einem rohrförmigen Gehäuse, in dem ein Düsensystem zur
zentralen Wassereinspritzung angeordnet ist. Das Wasser wird in der
Regel in Strömungsrichtung des abzukühlenden Heißdampfes eingespritzt.
Damit das rohrförmige Gehäuse des Dampfkühlers nicht unter der
Einwirkung des kalten Wassers beschädigt wird (Thermospannungen), ist im
Abstand von der Gehäusewand eine innere rohrförmige Schürze koaxial
angeordnet. Die Schürze wird über Anschweißnocken, die mit der Schürze
und der Gehäusewand verbunden sind, gehalten. Ein Teil des abzukühlenden
Heißdampfes tritt am oberen Ende der Schürze in den zwischen der Schürze
und der Gehäusewand bestehenden Ringspalt ein und am unteren Ende der
Schürze wieder aus diesem heraus. Dadurch wird der kühlere Innenstrom
von einem heißeren Außenstrom umhüllt. Ein Temperaturausgleich beider
Teilströme findet verzögert über die Grenzschicht der Teilströme statt.
Für die Regelung der erforderlichen Einspritzmenge an Wasser wird die
Temperaturabnahme des Dampfes hinter der Einspritzstelle nach
Durchlaufen einer Mischstrecke gemessen. Nach den einschlägigen
Regelwerken ist hierfür normalerweise ein Abstand einzuhalten, der
mindestens das 15- bis 20fache des Rohrleitungsdurchmessers beträgt.
Wenn mehrere Dampfkühler auf eine gemeinsame Dampfverteilerleitung
geschaltet sind, kann aus baulichen Gründen diese Mischstrecke
nicht immer eingehalten werden, so daß die Temperaturmessung
bereits an einer Stelle vorgenommen wird, an der noch kein
vollständiger Temperaturausgleich vorliegt. Dies führt zu falschen
Meßwerten und damit zu falschen Wassereinspritzmengen.
Aus der US-PS 34 09 274 ist eine Mischeinrichtung für
Flüssigkeiten unterschiedlicher Temperatur bekannt, wobei die
zuzumischende Flüssigkeit durch Öffnungen tangential eingeführt
wird. Zum Temperaturausgleichen ist dabei der Anschlußbereich
doppelwandig ausgeführt.
Andererseits ist in der DE-Zeitschrift (Mitteilungen der
Vereinigung der Großkesselbesitzer Heft 32, Dez. 1954, Seiten 345
-353) die Heißdampf-Temperaturregelung durch Einspritzen von
Wasser allgemein bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dampfkühler mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem die
Ausgleichsstrecke für die Dampftemperaturmessung mindestens bis auf
den 10fachen Durchmesser verkürzt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Dampfkühler mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2-6
angegeben.
Die Erfindung sieht vor, daß der zwischen der Schürze und der
Gehäusewand bestehende Ringspalt auf der Seite des Dampfeintritts
geschlossen und nur am unteren Ende der Schürze offen ist. Hierdurch
wird vermieden, daß ein Teil des Heißdampfes von der übrigen Strömung
zeitweilig abgetrennt wird. Ein weiteres wesentliches Merkmal ist, daß
vor dem unteren Ende der Schürze ein Strömungsverdrängungskörper koaxial
zur Gehäuseachse angeordnet wird, wobei von diesem
Strömungsverdrängungskörper in radialer Richtung Leitschaufeln ausgehen,
deren Fläche schräg zur axialen Strömungsrichtung des Dampfes angestellt
sind. Die Leitschaufeln, die mit der Schürze und dem
Strömungsverdrängungskörper fest verbunden sind, geben der Strömung
einen Drall um die Gehäuseachse. Der Strömungsverdrängungskörper ist
vorzugsweise rotationssymmetrisch, z. B. als Kegelstumpf mit gerundetem
Kopf- und Fußteil geformt, wobei die Kegelspitze der Strömungsrichtung
entgegensteht.
Während die Dampfströmung im Bereich der Gehäuseachse durch den
Strömungsverdrängungskörper aufgerissen wird, findet durch die
Leitschaufeln und den Strömungsabriß am Ende der Schürze eine intensive
Verwirbelung der Strömung und somit ein schneller, d. h. auf kurzer
Strecke erfolgender Temperaturausgleich statt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand des in Fig. 1 und 2 im axialen
Längsquerschnitt bzw. in der Draufsicht dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Der dargestellte Dampfkühler kann als Baueinheit unmittelbar durch zwei
stirnseitige Rundnähte in eine Dampfleitung eingebaut werden. Es ist
selbstverständlich auch möglich, die Verbindung als Flanschenverbindung
zu gestalten. Der Dampfkühler hat ein im wesentlichen rohrförmiges
Gehäuse mit der zylindrischen Gehäusewand 1. Der Querschnitt auf der
Eintrittsseite 10 für den Heißdampf ist keiner als derjenige auf der
Austrittsseite 13 für den abgekühlten Dampf. Im Bereich der
Dampfeintrittsseite 10 ist zentral ein Düsensystem 4 angeordnet, dem
über den Wasseranschluß 9 das zur Dampfkühlung erforderliche
Einspritzwasser (ggf. zur feineren Verteilung unter zusätzlichem Einsatz
von Treibdampf) zugeführt wird. Das Düsensystem 4 besteht vorzugsweise
aus mehreren Einzeldüsen und ist zweckmäßig als Drall- oder
Kreisldüsensystem ausgebildet. Die Spritzrichtung der Düsen ist in
Strömungsrichtung etwas schräg nach außen gerichtet. Das zylindrische
Gehäuseteil 15 am Dampfeintritt 10 geht in Strömungsrichtung in ein
konisches Erweiterungsteil 11 über, das wiederum mit einem als
Doppelring ausgebildeten Einschweißteil 3 gleichen Anschlußdurchmessers
dicht verbunden ist. 3 weist im Querschnitt ein
h-förmiges Profil auf. Der obere Schenkel des h-Profils 3 ist mit dem
Erweiterungsteil 11, der innen liegende untere Schenkel mit einer
rohrförmigen Schürze 2 und der außen liegende untere Schenkel mit der
Gehäusewand 1 dicht verschweißt.
Vor dem Ende der Schürze ist vorzugsweise in einem Abstand, der etwa dem
2- bis 3fachen des Gehäusedurchmessers entspricht, ein
Strömungsverdrängungskörper 5 koaxial zur Gehäuseachse angeordnet. Der
Strömungsverdrängungskörper 5 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch,
insbesondere etwa kegelstumpfförmig mit gerundetem Kopf- und Fußteil
geformt, wobei die Kegelspitze gegen die Strömungsrichtung zeigen
sollte. Gehalten wird der Strömungsverdrängungskörper 5 durch radial
verlaufende fest mit der Schürze 2 verbundene Leitschaufeln, deren
Schaufelflächen schräg gegen die Strömungsrichtung geneigt sind. Die
einzelnen Leitschaufeln 6 können zusätzlich durch einen Verstärkungsring
14 untereinander gehalten werden. Zweckmäßigerweise wird die Schürze 2
durch einseitig entweder an die Schürze 2 oder an die Gehäusewand 1
angeschweißte Abstandsnocken 12 gestützt. Somit wird zwischen der
Schürze 2 und der Gehäusewand 1 ein ringförmiger Raum 8 gebildet, der
zum abstromseitigen Ende der Schürze 2 hin offen ist.
In der erfindungsgemäßen Konstruktion wird der vorliegende Innendruck
von den Gehäuseteilen 15, 11, 3 und 1 aufgenommen. Die Schürze 2
gewährleistet, daß die Gehäusewand 1 keinen starken
Temperaturschwankungen durch das zur Kühlung des Heißdampfes über das
Düsensystem 4 in den Einspritzraum 7 eingespritzte Wasser ausgesetzt
wird. In dem zur Dampfeintrittsseite 10 hin geschlossenen Ringraum 8
kann sich eine gleichmäßig temperierte Sattdampfzone ausbilden, die
strömungstechnisch als Totzone zu betrachten ist. Im Unterschied zum
bisherigen Stand der Technik bleibt die Dampfströmung insofern völlig
ungeteilt und auf den freien Querschnitt innerhalb der Schürze 2
beschränkt. Da die Temperaturverteilung über den Strömungsquerschnitt
stark schwankt - die höchsten Temperaturen finden sich im Bereich der
Kühlerachse -, wird durch die Einbauten 5, 6 eine Vergleichmäßigung der
Temperatur angestrebt, indem die Strömung intensiv verwirbelt wird.
Hierzu wird die Dampfströmung durch den Strömungsverdrängungskörper 5 im
Mittelbereich aufgerissen, in die peripheren Bereiche umgelenkt und
durch die Leitschaufeln in eine zusätzliche Drallbewegung um die
Gehäuseachse versetzt. Durch den Strömungsabriß am Ende der Schürze 2
und die dort vorliegende Erweiterung des Strömungsquerschnitts kommt es
zu einer intensiven Durchmischung der Dampfströmung und somit zu einem
schnellen Temperaturausgleich. Wenn die Mischstrecke extrem kurz
gehalten werden soll, können im Dampfkühler auch zwei oder mehr
(verkürzte) Abschnitte mit Doppelring, Schürze, Gehäusewand und
Strömungsverdrängungskörper mit Leitschaufeln hintereinander angeordnet
werden.
Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht es, die Ausgleichsstrecke
zur gesicherten Feststellung der effektiven Mischtemperatur des
Dampfes gegenüber dem Stand der Technik drastisch zu reduzieren.
Vielfach reicht bereits eine Strecke aus, die etwa dem 4- bis 5fachen
des Rohrdurchmessers entspricht. Ein weiterer wesentlicher Vorteil
resultiert aus der geänderten Art der Befestigung der Schürze 2 an der
Gehäusewand 1 über das Einschweißteil 3. Während die Befestigung mittels
beidseitig angeschweißter Abstandsnocken im Stand der Technik zu sehr
starken thermischen Spannungen zwischen der heißen Gehäusewand (ein Teil
des Heißdampfes strömt ständig daran vorbei) und der durch das
Spritzwasser kälteren Schürze führt, wodurch häufig Beschädigungen des
Kühlers entstehen, werden erfindungsgemäß extreme Temperaturgradienten
und dadurch bedingte Spannungen an den tragenden Teilen völlig
vermieden, so daß ein längerer störungsfreier Betrieb ermöglicht wird.
Claims (6)
1. Dampfkühler mit Wassereinspritzung mit einem
rohrförmigen Gehäuse, in dem im Bereich der
Gehäuseachse ein Düsensystem zur zentralen Einspritzung
von Wasser angeordnet ist und bei dem die Gehäusewand
durch eine koaxiale innere rohrförmige Schürze, an
deren in Strömungsrichtung unterem Ende ein offener
Ringspalt zwischen Gehäusewand und Schürze besteht, vor
Spritzwasser geschützt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schürze (2) dampfeintrittsseitig dicht mit der
Gehäusewand (1) verbunden ist, daß in Strömungsrichtung
des Dampfes gesehen am unteren Ende der Schürze (2) ein
Strömungsverdrängungskörper (5) koaxial zur
Gehäuseachse angeordnet ist, wobei der
Strömungsverdrängungskörper (5) von in radialer
Richtung verlaufenden Leitschaufeln (6) gehalten wird,
die mit der Schürze (2) verbunden sind und deren
Flächen zur Erzeugung einer um die Gehäuseachse
rotierenden Drallströmung gegen die axiale
Strömungsrichtung des Dampfes angestellt sind.
2. Dampfkühler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der axiale Abstand zwischen dem
Einspritzdüsensystem (4) und dem
Strömungsverdrängungskörper (5) das zwei- bis dreifache
des Gehäusedurchmessers beträgt.
3. Dampfkühler nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innendurchmesser der Schürze (2) gleich dem
Innendurchmesser des in Strömungsrichtung des Dampfes
unmittelbar davor angeordneten Teils (11) des Gehäuses
ist.
4. Dampfkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schürze (2) in ihrem unteren Ende von einseitig
an die Gehäusewand (1) oder die Schürze (2)
geschweißten Abstandsnocken (12) geschützt wird.
5. Dampfkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang des Gehäuses zur Schürze (2) durch ein
ringförmiges Einschweißteil (3) mit h-förmigem
Profilquerschnitt gebildet ist.
6. Dampfkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Einspritzdüsensystem (4) zur Wassereinspritzung
als Drall-Düsensystem ausgebildet ist.
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