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Steilrohrkessel Bei Dampfkesselanlagen sind die Betriebsdrücke und
die spezifischen Leistungen immer mehr gesteigert worden, um ein möglichst hohes
Druck- bzw. Temperaturgefälle und möglichst kleine Kessel bzw. eine möglichst große
Dampfleistung auf kleiner Grundfläche zu erzielen. Mit der Erhöhung der Drücke und
der Leistungen erhöhen sich aber auch die Schwierigkeiten, hervorgerufen durch Kesselsteinansatz
und Anfressungen; denn trotz sorgfältiger Speisewasseraufbereitung kommen doch noch
Unreinigkeiten und Gase in die Kessel. Es liegt dieses daran, daß das Speisewasser
erst dann alle Unreinigkeiten und Gase ausscheidet, wenn es im Kessel mit dem Druck
auch die Verdampfungstemperatur angenommen 'hat und lange genüg in diesem Zustande
verbleibt. Schon ein dünner Kesselsteinbelag und geringe Anfressungen können ein
Ausbeulen und Aufreißen der Siederohre herbeiführen, ganz.abgesehen davon, daß der
Kesselstein die Wärme schlecht durchläßt und damit außer der Betriebssicherheit
auch die Leistung und Wirtschaftlichkeit der Anlage sinkt.
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Ein betriebssicherer, leistungsfähiger und wirtschaftlicher Zustand
bei einer Dampfkesselanlage wird demnach erst dann erreicht, wenn es gelingt, die
Siederohre und besonders diejenigen, welche in den heißesten Feuergasen liegen,
gegen Kesselsteinansatz und Anfressungen auf die Dauer wirksam zu schützen.
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Eine weitere Haupt- und Grundbedingung bei Hochdruck- und Hochleistungskesseln
ist ein einwandfreier, schneller, mit der Leistung des Kessels sich steigernder
Wasserumlauf innerhalb des 'Kessels. Bei fast allen Steilrohrkesseln soll das Wasser
aus den Obertrommeln nach den Untertrommeln durch ein Fallröhrenbündel fließen,
das von den Heizgasen bestrichen, also beheizt wird. Durch die Beheizung bekommt
aber das Wasser in diesem Bündel das Bestreben, nach oben zu steigen, wodurch der
Wasserumlauf sehr vermindert wird. Wird die Beheizung zu stark und bildet sich in
den Rohren ,auch noch Dampf, dann steigt, wie in den anderen Rohren auch, das Wasser
nach oben in die Obertrommeln, indem sich in allen Rohren ein Dampfkissen bildet,
welches das Wasser vor sich herdrückt. Ist dieses Dampfkissen dann in die Obertrommel
gelangt, dann fließt das Wasser wieder in die Rohrre zurück. Letztere bekommen so
zeitweise überhaupt kein Wasser, sie überhitzen sich, beulen auf und reißen. Der
Kesselhausbetrieb wird umruhig, unübersichtlich und unwirtschaftlich. Maschinen
und andere Dampfverbraucher, welche von einer solchen Kesselanlage mit Dampf versehen
werden, arbeiten dann ebenfalls unwirtschaftlich.
Wird das Speisewasser
unmittelbar mit erheblich niedrigerer als der Verdampfungstemperatur in die Kessel
gespeist, so werden dadurch Undichtigkeiten an den Nieten und Nähten sowie an den
Rohreinwalzstellen verursacht, weil diese Teile bei wechselnden Temperaturen sich
verziehen, und das eingespeiste Wasser enthält noch Kesselsteinbildner und Gase,
die sich im Kessel selbst ausscheiden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, die diese
Mängel dadurch beseitigt, daß in einer in den Wasserraum der Kessel eingebauten
Vorrichtung das Speisewasser, bevor es an die dampferzeugenden Heizflächen gelangt,
auf die Verdampfungstemperatur erwärmt wird, alle Kesselsteinbildner und Gase ausgeschieden
und so die dampferzeugenden Teile von Kesselstein und Anfressungen verschont bleiben.
Die hocherhitzten Teile erhalten nur Wasser von Verdampfungstemperatur, und ferner
wird das von den Obertrommeln nach der Untextrommel strömende Wassergekühlt, so
daß ein sicherer, schneller und mit der Kesselleistung sich steigernder Wasserumlauf
erzielt wird. Hierdurch werden Betriebssicherheit, Leistungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit
und Lebensdauer der Kesselanlagen gesteigert und der Wasserumlauf bei jeder Leistung
gesichert.
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Die Erfindung besteht in der Ausbildung einer solchen Einrichtung
für Steilrohrkessel, und zwar werden von innerhalb der Wassertrommeln liegenden
Behältern, die an die Speisewasserleitung und die Schlammablaßleitung angeschlossen
sind, Rohre .angeschlossen, welche Wasserrohre des Kessels derart durchziehen, daß
sie innen vom Speisewasser durchflossen, außen vom umlaufenden Kesselwasser umspült
werden.
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Ein Ausführungsbeispiel ist auf den Zeichnungen dargestellt, und zwar
zeigen Abb. i einen Dreitrommelsteilrohrkessel - im Querschnitt, Abb. 2 im Grundrißschnitt,
Abb. 3 im Längsschnitt und Abb. q. dieselbe Anlage mit einem Speicher versehen.
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i ist die vordere, 2 die hintere Obertrommel, 3 die Untertrommel,
q. das vordere, 5 das hintere Röhrenbündel des Vorderkessels, 6 das vordere und
7 das hintere Röhrenbündel des Hinterkessels. 8 ist ein des Hinterkessels bzw. mit
dem Dampftrockner. Rohrleitung i o verbindet die Dampfräume des Vorderkessels mit
dem des Hinterkessels bzw. mit dem Dampfsammler. Röhrenbündel i i verbindet die
Wasserräume der vorderen Obertrommel mit denen der hinteren Obertrommel. Die Heizgase
bestreichen von der Feuerung kommend die Heizflächen des Kessels in vier Zügen,
die durch Pfeile gekennzeichnet sind. Hinter dem Fuchs können zur weiteren Ausnutzung
der Heizgase Rauchgasvorwärmer, Winderhitzer oder Trockenapparate eingebaut werden.
Der Dampf wird bei 12 entnommen und entweder unmittelbar oder durch den Überhitzer
oder Dampftrockner 9 durch die Leitung 13 der Verwendungsstelle zugeführt.
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Die Siederohre 15 sind mit ihren Enden oben in der Obertrommel 2 und
unten in der Untertrommel 3 befestigt. Sie werden zweckmäßig in nächster Nähe der
Achse, welche die Mitte der Obertrommel 2 mit der Mitte der Untertrommel 3 verbindet,
verlegt und als gerade Rohre ausgebildet. Sie erhalten Durchmesser, die so groß
sind, daß- durch sie hindurch die Rohre 16 geführt werden können. Damit letztere
in den Rohren 15 gleichachsig gelagert bleiben, sind die Halter 14 angebracht. Es
verbleiben demnach zwischen den inneren Wänden der Rohr 15 und den äußeren Wänden
der Rohre 16 Ringräume 17,
deren Gesamtquerschnitte so groß bemessen werden,
daß durch dieselben eine genügend große Wassermenge von der Obertrommel 2 nach der
Untertrommel 3 fließen kann, damit die dampferzeugenden Siederohre q., 5, 6, 7 auch
bei größter Verdampfung von genügend Wasser durchströmt werden.
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Die Rohre 16 sind mit ihren unteren Enden mit einem in der Untertrommel
3 liegenden Behälter 18 und, nachdem sie die Rohre 15 durchzogen, mit einem in der
Obertrommel 2 liegenden Behälter oder Verteiler 2o verbunden. Das Speisewasser wird
durch i9 in den Behälter 18 gebracht. Es steigt, je nachdem nachgespeist wird, in
den Rohren 16 hoch, um schließlich oben in die Vorrichtung 20 überzulaufen. Das
Kesselwasser steigt durch die Erwärmung und getrieben durch die sich bildenden Dampfblasen
von der Untertrommel 3 durch die Siederohre ¢, 5, 6, 7 nach oben in die Obertrommeln
1, 2 und fällt durch die Ringräume 17 in den Rohren 15 nach. unten, wobei der Teil.
des Kesselwassers, der in den Röhrenbündeln q. und 5 nach oben steigt, von der Obertrommel
i durch das Rqhrembündel i i nach der Obertrommel 2 überströmt. Von der Untertrommel
3 steigt dann das Wasser wieder hoch. Dieser Kreislauf wiederholt sich immer wieder.
Die Rohre 16 werden daher innerhalb der Ringräume 17 von dem heißen Kesseltvasser
bespült, das von oben nach unten fließt, während das Speisewasser im Innern der
Rohre 16 nach oben fließt. Hierdurch wird dem Kesselwasser Wärme entzogen, während
sich das Speisewasser erwärmt. Durch die starke Erwärmung durch das heiße Kesselwasser
und bei entsprechend großen Flächen der Rohre 16 wird das Speisewasser schon bald
nach
seinem Eintritt in die Rohre 16 auf die Verdampfungstemperatur gebracht und bis
zum Überlauf bei 2o darauf gehalten, so daß die Kesselsteinbildner ausgeschieden
und die Gase ausgetrieben werden. Ein Teil der Kesselsteinbildner fällt nach unten
in den Behälter 18 und wird von da mittels der Schlammablaßvorrichtung von Zeit
zu Zeit abgelassen. Ein Teil der Unreinigkeiten steigt mit dem Wasser nach oben
und lagert sich auf der Vorrichtung 2o ab. Die ausgeschiedenen Gase steigen nach
oben in den Dampfraum und werden mit dem Dampf sofort aus dem Kessel entfernt. Das
so ausgekochte und entgaste Wasser fließt bei 2o über und vermischt sich erst dann
mit dem umlaufenden Kesselwasser. Hierdurch werden die dampferzeugenden Teile des
Kessels wirksam gegen Kesselstein und Anfressungen geschützt.
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Die Beheizung des durch die Rohre 16 fließenden Speisewassers wird
durch die Beheizung der Rohre 15 von außen durch die Heizgase noch unterstützt,
da die Wärme der letzteren durch die Rohrwände 15 und 16 und durch die Wasserschicht
der Ringräume 17 hindurchdringt. Die Rohre 15 können von außen mit einer Isolierschicht
umgeben werden, ohne die Wirkung zu beeinflussen. Bei Zweitrommel-Steilrohrkesseln
werden die Rohre 15 in den zweiten Zug verlegt. Bei Dreitrommel- oder Viertrommel-Steilr
ohrkesseln können sie in den dritten oder vierten Zug verlegt werden.
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Dadurch, daß das durch die Ringräume 17 fließende Kesselwasser seine
Wärme zum Teil an das durch die Rohre 16 fließende Speisewasser abgibt, verdichtet
es sich, wird spezifisch immer schwerer und sinkt schnell nach unten, von oben Wasser
nachreißend. je mehr der Kessel angestrengt wird, also je mehr Dampf er erzeugt
und ihm entnommen wird, um so schneller muß nachgespeist werden, um so mehr und
schneller kühlt sich das durch die Ringräume 17 fließende Kesselwasser ab und infolgedessen
erhöht sich die Geschwindigkeit des umlaufenden Kesselwassers; mit anderen Worten,
je höher die Kesselleistung, je schneller läuft das Kesselwasser um.
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Ist das Wasser sehr gasreich, so wird die Vorrichtung 2o zweckmäßig
kaskadenartig ausgebildet, so daß auf ihren Flächen auch die letzten Spuren von
Gasen sich ausscheiden.
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Damit das Innere der Rohre 16 gereinigt werden kann. sind als Verbindung
des Dampfsammlers 8 mit der Obertrommel 2 die Rohrstutzen 22 vorgesehen. Um die
Rohre 16 auswechseln zu können, sind auf dem Dampfsammler 8 die Verschlüsse 23 vorgesehen,
die bei fehlendem Dampfsammler 8 auf dem Mantel der Obertrommel 2 angebracht werden.
Da das Innere des Behälters 18 und der Rohre 16 nur den Druck der Wassersäule vom
Wasserstand des Kessels bis zum Oberlauf 2o auszuhalten haben, so ist dieser Druck
sehr gering. Die Rohre 16 werden daher nur leicht in 18 und 2o befestigt, damit
sie gegebenenfalls leicht herausgenommen werden können, um die Rohre 15 nachwalzen
oder reinigen zu können.
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Soll mit einer vorbeschriebenen Anlage ein Speicher verbunden werden
zwecks Speicherung heißen Wassers oder im Speicher durch Druckabfall Dampf niedrigerer
Spannung erzeugt werden, zum Zwecke, die Dampferzeugungs- und Dampfentna'h'meschwankungen
auszugleichen, so wird, wie Abb. 4. veranschaulicht, der Speicher 24 angeordnet,
der durch die Rohrstutzen 22 mit der Obertrommel 2 verbunden wird. Die Rohre 16
werden in diesem Falle durch die Rohre 22 hindurch bis in den Speicher 24 geführt
und durch die Vorrichtungen 25 gegen das Innere der Obertromme12 abgedichtet. Der
Speicher 24 kann dann von der Marke N-W bis zur Marke H-W mit heißem Wasser aufgeladen
werden. Dem Dampferzeuger wird dann das gespeicherte Wasser aus dem Speicher 24
durch die Leitung 26 zugeführt, wobei der Wasserzufluß durch eine Reglervorrichtung
27 geregelt wird. Wird durch Druckabfall im Speicher 24 Dampf erzeugt, so wird dieser
durch die Leitung 28 unmittelbar oder durch einen Dampftrockner der Verwendungsstelle
zugeführt.
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Beide, die Heißwasserspeicherung wie auch die Dampfspeicherung können
getrennt oder zu gleicher Zeit angewendet werden.