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Hochdruckdampferzeuger mit senkrechten oder annähernd senkrechten
Wasserrohren Die Erfindung betrifft einen Hochdruckdampferzeuger mit senkrechten
oder annähernd senkrechten Wasserrohren. Die Schaffung von Dampfer zeugungsanlage:n
für hohen Druck bedingt J.ie Lösung von Aufgaben, die wesentlich verschieden von
denjenigen sind, die sich bei der Herstellung von Kesseln für normale Drücke,,d.
h. Drücke bis zu etwa 25 bis 3o Atm., stellen. So sollte ein Hochdruckkessel, damit
er betriebssicher ist, keine großen, gemeinsamen Wassertrommeln und Dampftrommeln
in den von den heißen Feuergasen bestrichenen Räumen aufweisen, da die von den hohen
Temperaturen in den Trommeln hervorgerufenen Spannungen immer Schwierigkeiten bereiten.
Da ferner genietete und selbst geschweißte Trommeln für Drücke von über 6o Atm.
kaum noch in Betracht kommen können und nahtlos geschmiedete Trommeln sehr teuer
sind, so lassen sich billigeHoch,drllclelzess,e1 so lange nicht herstellen, als
nahtlos geschmiedete Trommeln zur Verwendung kommen müssen. Das Vorsehen von Trommeln
:bedingt zudem das Vorsehen von Wasserrücklaufrohren, wobei nicht nur die Einwalzstell.en
der Rohre, sondern auch der Wasserumlauf und das Reinhalten der Rohre Schwierigkeiten
bereiten. Wasserrohrkessel mit Umlauf bedingen zudem besondere Einbauten zur Führung
der Feuergase. Vorliegende Erfindung löst, unter Vermeidung all der angeführten
Nachteile, die Aufgabe, einen betriebssicheren und wirtschaftlich arbeitenden Hochdruckd,ampferzeuger
großer Leistung zu schaffen. Zu diesem Behufe erweitern sich die Wasserrohre in
einem Hochdruckdampferzeuger nach,der Erfindung von unten nach oben, das Wasser
verdampft ohne Umlauf in diesen Rohren, deren Dampfraum oberhalb .der Feuerratimdecke
gelegen ist.
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Wenn im Kesselbau senkrechte oder annähernd senkrechte `'Wasserrohre
mit einem oberen Dampfsammelraum auch schon zur Anwendung gekommen sind, so hat
einer solchen Anwendung bisher doch nie die Erkenntnis, auf die sich vorliegende
Erfindung stützt, zugrunde gelegen, nämlich dieRrkenntnis, daß solche Rohre eine
richtige Dampferzeugung nur ermöglichen, wenn in ihnen hohe Dampfdrücke zur Anwendung
kommen. Im letzteren Falle kann nämlich die Verdampfungsoberfläche zur Heizfläche
der Rohre in ein solches Verhältnis gebracht werden, daß bei noch nicht zu großer
lichter Weite am oberen Rohrende, also bei einer Rohrform, die sich noch verhältnismäßig
billig herstellen läßt, annehmbare Verdampfungsverhältn.is,se erzielbar sind, so
daß selbst beiErzeugung einer großen Dampfmenge je Flächeneinheit eine ruhige Verdampfung
ohne Mitreißen von
Wasser gewährleistet ist. Sind ferner auch die
übrigen kennzeichnenden Merkmale des neuen Hochdruckdampferzeu.gers in Verbindung
mit Niederdruckdampferzeugern ebenfalls bereits bekannt geworden, so ist doch noch
niemals vorgeschlagen worden, diese verschiedenen Merkmale gemeinsam anzuwenden,
um einen brauchbaren und wirtschaftlich arbeitenden Hochdruckdampferzeuger zu schaffen.
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Um die Betriebssicherheit zu erhöhen, kann in eine enge Speiseleitung
und enge Dampfabführungsleitung jedes Wasserrohres je ein in Abhängigkeit von dem
in @bzw. hinter dem betreffenden Rohr herrschenden Druck selbsttätig betätigtes
Sicherheitsventil eingebaut sein.
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Auf der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht.
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Es zeigt: Abb. i einen senkrechten Schnitt .nach der Linie i-i der
Abb. 2 durch eine Hochdruckdampferzeugungsanlage, deren Wasserrohre in zwei konzentrischen
Kreisreihen angeordnet sind. In diesem Schnitt sind die Wasserrohre, die nur (in
der Ansicht ersichtlich wären, der Deutlichkeit .halber weggelassen worden, Abb.
2 einen waagerechten Schnitt nach der Linie II-II der Abb. i, wobei eine größere
Anzahl Leitungen der Deutlichkeit halber weggelassen ,ist, Abb.3 einen senkrechten
Schnitt nach der Linie III-III der Abb. 4 ,durch eine Hochdruckdampferzeugungsanlage,
deren Wasserrohre in parallelen Reihen zu beiden Seiten des Rostes angeordnet sind,
und A,bb.4 zeigt in der oberen Hälfte einen waagerechten Schnitt nach der Linie
IV-IV der Abb. 3 und in der unteren Hälfte einen Schnitt nach der Linie V-V der
Abb. 3.
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In den Abb. i und :2 bezeichnet i senkrechte Wasserrohre, die sich
von unten nach oben kegelig erweitern und in großer Anzahl in zwei konzentrischen
Reihen angeordnet sind. Jedem Wasserrohr i wird unten durch eine eigene enge Speiseleitung
2 Wasser aus einer Verteilungskammer 3 bzw. 4 zugeführt. Die Kammern 3, 4 sind an
,einen Speisewasservorwärmer 5 angeschlossen, dem durch eine Leitung 6 Frischwasser
zufließt :und der durch die abziehenden Feuergase erhitzt wird. Der Kessel ist mit
einer Kohlenstaubfeue= rung 7 .ausgerüstet, um welche die zwei Reihen von Wasserrohren
i im Kreis angeordnet sind. Die Heizfläche der Wasserrohre i ist so bemessen und
der Durchflußquerschnitt der engen Speirseleitungen 2 sowie die Geschwindigkeit
des darin strömenden Wassers sind .derart gewählt, daß das unten in die Wasserrohre
i einströmende Wasser bereits beim einmaligen Durchgang völlig zur Verdampfung kommt.
Durch passende Wahl der Kegelform der Wasserrohre i hat man es ferner in der Hand,
die Verdampfungsoberfläche d zur Heizfläche jedes einzelnen Rohres so groß zu bemessen,
daß die Verdampfung verhältnismäßig ruhig vor sich geht. Der oberste Teil der Wasserrohre
i ist zylindrisch ausgebildet und nur zum kleineren Teil mit Wasser gefüllt, so
daß ein Raum b vorhanden ist, der als Wasserabscheider und Dampfsammelraum dient.
Der obere Teil der Wasserrohre i ist durch eine Zwischenwand i i, die gleichzeitig
zur Sicherung der Wasserrohre i in ihrer senkrechten Lage dient, von dem Feuerungsraum
12 getrennt, so daß der genannte Dampfsammelraum b gegen Wärmeaufnahme aus den Feuergasen
geschützt ist, indem die Feuergase zum Raum ig keinen Zutritt haben. Um die Ableitung
des in den Wasserrohren i erzeugten Dampfes hohen Druckes zu ermöglichen, ist jedes
Wasserrohr i oben mit einer eigenen engen Dampfabführun.gsleitung 8 versehen. Die
verschiedenen Leitungen 8 sind an einen Dampfsammelkasten g angeschlossen, von dem
der Dampf zu Überhitzerschlangen io gelangt. Die Feuergase strömen aus dem Raume
12 in Richtung des Pfeiles A nach dem überhitzer io und von diesem durch einen Kanal
13 in Richtung des Pfeiles B nach dem Vorwärm@er 5. Bei dem beschriebenen Kessel
sind im Feuerun.gsraum 1z von den Wasserverteil- und Dampfsammeleinrichtungen nur
die Wasserrohre i und die diiesen zugeordneten engen Speiseleitungen 2 gelegen,
so daß die Betriebssicherheit des Kessels eine große ist. Diese Sicherheit kann
noch dadurch erhöht werden, daß in jede Leitung 2, 8 je eine Absperrvorrichtung
eingebaut wird, so daß: jedes Wasserrohr i sowohl in bezug auf die Wasserzuführung
als in bezug auf die Damptfabfüh;-r:ung einzeln absperrbar ist. Wenn daher irgendein
Rohr i während des Betriebes eine Beschädigung erfährt, so läßt es sich ausschalten,
ohne daß der ganze Kessel stillzulegen äst.
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Als Absperrvorrichtungen für die Leitungen 2 und. 8 können selbsttätig
wirkende Ab,., sperrventile zur Verwendung kommen; die Bauart dieser Ventile kann
eine solche sein, daß die 4n die engen Speiseleitungen2 eingebauten Ventile beispielsweise
bei einer unzulässig hohen Druckzunahme im Wasserrohr, die in die engen Dampfabführungsleitungen
8 eingebauten ,dagegen beim Auftreten eines zu hohen Drntekes hinter (in der Strömungsrichtung
;des Dampfes betrachtet) dem zugeordneten Wasserrohr geschlossen werden. -
Wie
erwähnt, ist es für idie Erzielung einer ruhigen Verdampfung zweckmäßig, daß die
Wasserrohre i am oberen Ende weiter sind als am :unteren Ende, damit die Verdampfun.gsoberfläche
im Verhältnis zur Heizfläche groß ,ausfällt. Das kann nicht nur dadurch erreicht
werden, daß idie Rohre i in der in Abb. i dargestellten Weise sich stetig nach oben
erweitern, also kegelig ausgebildet werden, sondern beispielsweise .auch, wie es
für ebenfalls andere Rohre bekannt ist, @dadurch, daß .man die Wasserrohre sich
von unten nach oben stufenförmig erweitern läßt. Gewünschten.falls können die Rohre
i auch nur annähernd senkrecht angeordnet sein und unter Umständen bis ganz ans
obere Ende kegelig gestaltet sein. Ist der obere Teil der Wasserrohre i, und zwar
vor allem .der Teil, der den als Wasserabschei:der und Dampfraum dienenden Raum
b begrenzt, in einem Raum gelegen, der den Feuergasen zugänglich ist, so muß jener
Teil mit einer wärmeisolierenden Masse überzogen sein.
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Die Anordnung der Wasserrohre i kann jedem Bedürfnis angepaßt werden.
So sind die .in großer Anzahl vorgesehenen senkrechten Wasserrohre i bei der in
Abb. 3 .und d. gezeigten zweiten Ausführung in parallelen Reihen zu beiden Seiten
eines Rostes 13 angeordnet. Dabei ist der Speisewasservorwärmer 5, in der
Strömungsrichtung der Feuergase betrachtet, hinter dem Überhitzer angeordnet, der
seinerseits wieder hinter dem Rost 13 aufgestellt ist, so daß die Längenabmessung
:des Kessels wesentlich größer ist als .dessen Breitenabmessung. In den Abb. 3 und
q. -sind auch die Absperrvorrichtungen 1.j_ und 15 angedeutet, die in die
engen Speiseleitungen 2 bzw. engen Dampfabführungsleitungen 8, von denen je eine
jedem Wasserrohr i zugeordnet .ist, eingebaut sind. Sämtliche Leitungen :2 bzw.
8 einer Reihe ,sind je an :eine gemeinsame Hauptleitung 16 bzw. 17 angeschlossen,
die aber auch noch verhältnismäßig eng sind, da mit kleinen Strömungsgeschwindi.gkeiten
auszukommen ist. Dabei sind die Absperrorgane 14 .und dite Hauptleitungen 16 sowie
die Wasserverteilkammern 18, wie in Abb. q. gezeigt, in bekannter Weise ganz außerhalb
der Kesselmauerung 2o gelegen, was weiter zur Sicherung des Betriebes beiträgt,
indem hier die innerhalb,des Feuer.ungsraumes 12 gelegenen Wasser- und Dampfräume
sehr klein sind, da ja auch die Leitungen 8 und 17 .in dem von den Feuergasen nicht
durchströmten Raum i9 gelegen sind.
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Da das Wasser bei den beschriebenen Ausführungen bereits -beim einmaligen
Durchgang durch .die Wasserrohre i völlig zur Verdampfung kommt, so werden keine
Wasserumlaufpumpen benötigt, was weiter zur Erhöhung der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit
des Kesselbetriebes beiträgt.