Verfahren zum Erzeugen von Wasserdampf über 50 at Druck Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Hochdruckdampfkesseln mit mittelbarer Erzeugung
des Hochdruckdampfes mittels eines oder mehrerer geschlossener Wärmeträ,er-"mlaufrohrsysteme,
von denen der wärmeabgebende Teil eine im Wasserraum der Hochdrucktrommel zur Entwickelung
des Betriebsdampfes liegende Heizschlange bildet, welche von kondensierendem Dampf
des Wärmeträgers durchströmt wird. Bei der Verwendung von Wasser als Wärmeträger
ist es hierbei nötig, den Druck des Heizmittels in dem geschlossenen W.ärmeträgerumlaufsystem
zu erhöhen, um das nötige Temperaturgefälle zwischen Heizdampf und dem Wasser der
Hochdrucktrommel zu erhalten, und zwar wird der Druckunterschied um so größer. je
höher der Druck des zu erzeugenden Betriebsdampfes ist. Um diesen holten Druck im
Wärmeträgerumlaufsystern zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, eine schwer
siedende Flüssigkeit als '\Värmeträger zu verwenden, wie Salzlösungen oder auch
Kohlenwasserstoffe. Läßt man diese Wärmeträger in ffiüssigem Zustand kreisen, so
geht der Vorteil des großen Wärmeaustauschvermögens verloren, wie ihn der kondensierende
Wasserdampf gegenüber dem Wasser der Betriebstrommel gewährt. Will man diesen Vorteil
erzielen, so ist gemäß der Erfindung als ZVärineträger der Dampf eines schwer siedenden
Kohlenwasserstoffes zu verwenden, der in dampfförmigem Zustand eine um ein Vielfaches
größere Dichte als Wasserdampf, in flüssigem Zustand aber das gleiche oder das sehr
stark angenähert gleiche spezifische Gewicht wie Wasser hat. Außerdem darf dieser
Wärmeträger nicht giftig und nicht feuergefährlich sein; er darf sich bei den im
Betrieb von Dampfkesselanlagen durch die Beheizung möglichen Temperaturen nicht
zersetzen, sondern erst bei. weit höheren Temperaturen und in diesem Fall auch nur
zu einem unschädlichen Zersetzungsprodukt. Er darf infolgedessen auch nicht Bestandteile
enthalten, welche das Rohrmaterial (Stahl oder Schmiedeeisen) angreifen. Ein Kohlenwasserstoff,
welcher die zuerst genannten Eigenschaften besitzt, ist beispielsweise Diphenylamin.
Da bei demselben indessen an die Kohlenwasserstoflgruppe (C,;11,5). eine \H-Gruppe
(Amin) angeschlossen ist, so eignet sich dieser Kohlenwasserstoff für das vorliegende
Verfahren nicht, weil wegen der Stickstoffgruppe die Gefahr der Abspaltung von Salpeter
besteht, durch welche bekanntlich Schmiedeeisen oder Stahl besonders stark angegriffen
werden. Gemäß der Erfindung wird als Wärmeträger Diphenyloxyd verwendet auf Grund
der Erkenntnis, daß dieser Stoff alle die erwähnten Vorbedingungen erfüllt. Es hat
in flüssigem
Zustand angeiiäiiert das gleiche spezifische Gewicht
wie Wasser, dabegen ist in dampfförmigem Zustand die Dampfdichte eine mehrfach größere
als bei Wasser. Es ist nicht giftig und zersetzt sich erst bei Temperaturen über
4oo" zu einem ganz geringen Prozentsatz unter Bildung von dem unschädlichen Phenol,
weil hier an die Kohlenwasserstoffgruppe nur 0, also Sauerstoff, angeschlossen ist,
d. h. also ähnlich wie bei ZVasser an den Wasserstoff H.>.Method for generating water vapor above 50 at pressure The invention
relates to a method for operating high-pressure steam boilers with indirect generation
of high pressure steam by means of one or more closed heat transfer systems,
of which the heat-emitting part is one in the water space of the high-pressure drum for development
of the operating steam forms the lying heating coil, which of condensing steam
the heat transfer medium flows through. When using water as a heat transfer medium
it is necessary to increase the pressure of the heating medium in the closed heat transfer system
to increase the necessary temperature gradient between the heating steam and the water of the
To obtain high pressure drum, namely, the greater the pressure difference. ever
the pressure of the operating steam to be generated is higher. To bring this pressure im
To avoid heat transfer systems has already been proposed, a difficult one
To use boiling liquid as a heat transfer medium, such as saline solutions or also
Hydrocarbons. If these heat carriers are allowed to circulate in a liquid state, so
the advantage of the large heat exchange capacity is lost, as it is the condensing
Water vapor is granted over the water of the operating drum. Do you want this advantage
achieve, according to the invention as a ZVärineträger the vapor of a low-boiling
To use hydrocarbon, which in its vaporous state is a multiple
greater density than water vapor, but the same or very much in the liquid state
has approximately the same specific weight as water. In addition, this may
Heat transfer media are non-toxic and non-flammable; he may contact the im
Operation of steam boiler systems by heating possible temperatures not
decompose, but only at. far higher temperatures and in this case only
to a harmless decomposition product. As a result, it must not contain any components
which attack the pipe material (steel or wrought iron). A hydrocarbon
which has the first-mentioned properties is, for example, diphenylamine.
Since with the same, however, to the hydrocarbon group (C,; 11.5). an \ H group
(Amine) is attached, this hydrocarbon is suitable for the present
The process is not because the nitrogen group poses a risk of saltpeter being split off
consists, by which wrought iron or steel is known to be particularly severely attacked
will. According to the invention, diphenyloxide is used as a heat transfer medium
the knowledge that this substance fulfills all of the preconditions mentioned. It has
in liquid
State has the same specific gravity
like water, while in the vaporous state the vapor density is several times greater
than with water. It is not poisonous and only decomposes at temperatures above
400 "in a very small percentage with the formation of the harmless phenol,
because here only 0, i.e. oxygen, is attached to the hydrocarbon group,
d. H. so similar to ZVasser to the hydrogen H.>.
Das Diphenyloxyd ist bereits als Ersatz von Quecksilber als Betriebsmittel
für Mehrstoffdampfmaschinen vorgeschlagen worden, doch ist hierbei der Gewinn gegenüber
Wasser ein nur geringer und weit niedriger als bei der Verwendung von Quecksilber,
und es kommt ferner hinzu, daß das Diphenyloxyd bei etwa 27' C fest wird,
d. h. also in den Leitungen und Steuerungsteilen der Dampfmaschine erstarrt, wenn
diese erkaltet. Diese für die Verwendung als Betriebsstoff in der Dampfmaschine
ungünstigen Mängel spielen für das vorliegende Verfahren der mittelbaren Erzeugung
von Höchstdruckdampf indessen keine Rolle, weil hier der Wärmeträgerstoff lediglich
in einem geschlossenen einfachen Rohrsystem iii geringer Menge dauernd kreist. Wird
gemäß der Erfindung der Heizkessel für die mittelbare Erzeugung des Betriebsdampfes
mit Diphenyloxyd statt mit destilliertem Wasser betrieben, so ergibt sich als weiterer
Vorzug, daß nur der im Innern der Hochdrucktrommel liegende Kondensationsteil des
Umlaufrohrsystems einem hohen Druck, und zwar Außendruck, ausgesetzt ist und entsprechend
als Hochdruckrohrsystem ausgebildet und in seiner Wandstärke bemessen zu sein braucht,
während der gesamte außerhalb der Betriebstrommeln liegende Teil des Umlaufrohrsystems
einschließlich der Dampfzwischenbehälter nur einem mittleren Druck, und zwar Innendruck,
ausgesetzt ist und entsprechend leichter und in der Herstellung einfacher wird.
Gleichzeitig wird aber auch der erstgenannte, dem Wärmeaustausch innerhalb der Betriebsdampftrommel
dienende Teil. beträchtlich kleiner wegen der nunmehrigen Möglichkeit eines um ein
Mehrfaches größeren Temperaturunterschiedes zwischen Z@'ärmeträger und Betriebgkesselwasser.
Damit kann auch bei gleichem Wasserinhalt die Hochdrucktrommel kleiner, dünnwandiger
und leichter werden.Diphenyloxide has already been proposed as a substitute for mercury as an operating medium for multi-fuel steam engines, but here the gain compared to water is only small and far lower than when using mercury, and there is also the fact that the diphenyloxide solidifies at about 27 ° C is, ie solidified in the lines and control parts of the steam engine when it cools down. These deficiencies, which are unfavorable for use as a fuel in the steam engine, play no role in the present method of indirect generation of extremely high pressure steam, because here the heat transfer medium only circulates continuously in a closed, simple pipe system iii a small amount. If, according to the invention, the boiler for the indirect generation of operating steam is operated with diphenyloxide instead of distilled water, there is a further advantage that only the condensation part of the circulation pipe system located inside the high-pressure drum is exposed to high pressure, namely external pressure, and accordingly designed as a high-pressure pipe system and its wall thickness needs to be measured, while the entire part of the circulation pipe system lying outside the operating drums including the intermediate steam container is only exposed to a medium pressure, namely internal pressure, and is correspondingly lighter and easier to manufacture. At the same time, however, the first-mentioned part, which is used for heat exchange within the operating steam drum, is also used. considerably smaller because of the possibility of a temperature difference that is several times greater between the Z @ 'heat carrier and operating boiler water. This means that the high-pressure drum can become smaller, thinner-walled and lighter, even with the same water content.
Die Zeichnung zeigt zum Vergleich in Abb. i den Querschnitt durch
den Hochdruckteil einer ausgeführten Hochdrucklokomotive für 6o at Betriebsdruck
mit der Einrichtung zur mittelbaren Dampferzeugung, während die Abb. z die entsprechende
Einrichtung gemäß der Erfindung unter Anwendung von Diphenyloxyd für denselben Betriebsdruck
zeigt. In beiden Fällen bezeichn,-t i die Hochdrucktrommel zur Erzeugung des Betriebsdampfes.
-Die Wände und die Decke der Feuerbüchse werden im Beispielsfalle durch die Verdampfungsrohre
4 gebildet, welche unten in den Rost umgebende Sammelkammern der Wärmeträgerflüssigkeit
6 und oben in die Zwischenbehälter 7 zum Sammeln und Trocknen des aus der Wärmeträgerflüssigkeit
erzeugten Dampfes münden. Durch ,Rohre 9 gelangt der Heizdampf. in die Rohrschlangen
5, die im Innern des Wasserraumes der Hochdrucktrommel i liegen und durch die Trommelwand
hindurch an die Rohre 9 angeschlossen sind. Die unteren Enden der Heizschlangen
5 sind mittels Rohre io an Fallrohre i i angeschlossen, welche das Kondensat des
während der Beheizung des Betriebskesselwassers kondensierenden Wärmeträgerdampfes
nach den Sammelkammern 6 führen. Die Fallrohre i i liegen gegen die Heizgase durch
die von den Steigrohren 4 gebildete Wand geschützt. Weitere Steigrohre 12 führen
an der Rückwand der Feuerung in eine Sammelkammer 13, die durch Verdampfungsrohre
14 ebenfalls an die Zwischenbehälter i angeschlossen ist. Während nun bei Abb. i
infolge der Verwendung von destilliertem Wasser als Wärmeträger alle Rohre, die
Zwischenbehälter und die Anschlußverbindungen einem Innendruck ausgesetzt sind,
der um 2 5 bis 3o at höher ist als der Druck in der Hochdrucktrommel i und dementsprechend
verhältnismäßig dickwandig und schwer ausgeführt werden müssen, unterliegt bei der
Abb. z der gesamte außerhalb der Betriebstrommel i hegende Teil des Umlaufsystems
nur einem verhältnismäßig geringen Innendruck, beispielsweise bei 6o at Betriebsdampfdruck
nur io at, und lediglich die Rohrschlangen 5 der im Innern der Betriebstrommel liegenden
Heizelemente müssen für einen Druck ausgebildet sein, welcher dem Betriebsdruck
der Trommel entspricht. Diese Rohrschlangen können aber wegen des weit höheren Temperaturunterschiedes
und dadurch gesteigertenWärmeaustausches beträchtlich kleiner sein, und damit kann
auch der Kessel i bei gleichem Wasserinhalt kleiner werden.The drawing shows for comparison in Fig. I the cross section through
the high-pressure part of a built high-pressure locomotive for 6o at operating pressure
with the device for indirect steam generation, while Fig. z shows the corresponding
Device according to the invention using diphenyl oxide for the same operating pressure
shows. In both cases, -t i denotes the high-pressure drum for generating the operating steam.
-The walls and the ceiling of the fire box are in the case of the example through the evaporation pipes
4 formed, which below in the grate surrounding collecting chambers of the heat transfer fluid
6 and above in the intermediate container 7 for collecting and drying the from the heat transfer fluid
generated steam open. The heating steam passes through pipes 9. into the pipe coils
5, which are inside the water space of the high pressure drum i and through the drum wall
are connected through to the pipes 9. The lower ends of the heating coils
5 are connected to downpipes i i by means of pipes io, which contain the condensate of the
Heat transfer steam condensing during the heating of the operating boiler water
lead to the collecting chambers 6. The downpipes i i lie against the heating gases
the wall formed by the riser pipes 4 is protected. More riser pipes 12 lead
on the rear wall of the furnace in a collecting chamber 13, which is through evaporation pipes
14 is also connected to the intermediate container i. While in Fig. I
as a result of the use of distilled water as a heat transfer medium, all pipes that
The intermediate tank and the connection connections are exposed to internal pressure,
which is 2 5 to 3o atm higher than the pressure in the high pressure drum i and accordingly
must be made relatively thick-walled and heavy, subject to the
Fig. Z the entire part of the circulation system lying outside the operating drum
only a relatively low internal pressure, for example at 60 at operating steam pressure
only io at, and only the coils 5 of the inside of the operating drum
Heating elements must be designed for a pressure that corresponds to the operating pressure
corresponds to the drum. These coils can, however, because of the much higher temperature difference
and thereby increased heat exchange can be considerably smaller, and thus can
the boiler i will also become smaller with the same water content.
Die erwähnten Vorteile kommen bereits zur Geltung bei der Erzeugung
von Hochdruckdampf von 5o bis 7o at, während darüber hinaus noch der besondere Vorteil
darin liegt, daß der Nachteil einer raschen Abnahme der Heizwirkung mit dein Steigen
des Betriebsdruckes, wie es sich bei der Anwendung von destilliertem Wasser ergibt,
in Fortfall kommt, so daß sich ohne Schwierigkeit durch diese Einrichtung mittelbar
Hochdruckdampf bis i 5o at und höher erzeugen läßt,
ohne daß Druck
und Temperatur im Heizsystem über 4o0' bis 4.50' entsprechend i o bis i 6 at steigen.
Der Temperaturunterschied zwischen Wärmeträgerdampf und Betriebskesselwasser würde
dann bei i 5o at Betriebsdruck 6o° bis i io' betragen. Bei gleichem Gewicht läßt
sich demnach die Leistung einer solchen Hochdrucklokomotive mit mittelbarer Belieizung
unter Erhöhung der Betriebssicherheit erheblich steigern.The advantages mentioned come into play during generation
from high pressure steam from 5o to 7o at, while in addition still the special advantage
lies in that the disadvantage of a rapid decrease in heating effect as you climb
the operating pressure, as it results when using distilled water,
in the absence of any difficulty, so that it can be achieved indirectly through this facility
Can generate high pressure steam up to i 50 at and higher,
without any pressure
and the temperature in the heating system rises above 4o0 'to 4.50', corresponding to i o to i 6 at.
The temperature difference between heat transfer steam and operating boiler water would
then at i 5o at operating pressure 6o ° to i io '. With the same weight leaves
Accordingly, the performance of such a high-pressure locomotive with indirect Belieizung
increase considerably while increasing operational safety.
Wenngleich das Ausführungsbeispiel einen Hochdruckkessel für Lokomotiven
zeigt, ist die Einrichtung gemäß der Erfindung mit den gleichen Vorteilen auch für
Schiffskessel und stehende Kessel dieser Art anwendbar. Auch kann erforderlichenfalls
in den Weg des Wärmeträgerkondensates ebenso wie bei der Verwendung von Wasser als
Wärmeträger zur Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit und zur Sicherung gegen Stockungen
und Umkehr der Umlaufrichtung in bekannter «reise eine Umlaufpumpe (vgl. z. B. Patentschrift
394. 266) oder ein Kühler in Gestalt eines Speisewasservorwärmers (vgl. z. B. Patentschrift
.1.3o 356) oder beides eingeschaltet sein.Although the embodiment is a high pressure boiler for locomotives
shows, the device according to the invention with the same advantages is also for
Ship boilers and standing boilers of this type are applicable. Also can if necessary
in the way of the heat transfer condensate as well as when using water as
Heat transfer medium to increase the speed of circulation and to protect against blockages
and reversal of the direction of rotation in the known direction of a circulation pump (see, for example, patent specification
394.266) or a cooler in the form of a feed water preheater (see e.g. patent specification
.1.3o 356) or both must be switched on.