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Überhitzen, insbesondere Zwischenüberhitzer, mit Heizrohrschlangen
Die Erfindung bezieht sich auf Überhitzen insbesondere Zwischenüberhitzer, bei denen
das Heizmittel in Rohrschlangen von oben nach unten und der zu überhitzende Verbrauchsdampf
im Gegenstrom zum Heizmittel durch den überhitzerbehälter strömt, der durch Querwände
mit versetzt liegenden Durchgangsöffnungen unterteilt ist. Die Erfindung besteht
darin, daß in den durch die Querwände gebildeten Abschnitten des üb.erhitzerbehälters
die parallel geschalteten Heizrohrschlangen waagerechte, durch freie Zwischenräume
getrennte Rohrwindungslagen bilden, so daß der Verbrauchsdampf diese Zwischenräume
vorwiegend an den Rohrwindungen entlang in etwa waagerechter Richtung und mit einer
von der Höhe der Zwischenräume abhängigen Geschwindigkeit durchströmt.
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Bei bekannten Schlangenrohrüberhitzern, bei denen Heizmittel und -
Verbrauchsdampf im Gegenstrom geführt sind, durchströmt der Verbrauchsdampf den
Behälter im wesentlichen in senkrechter Richtung, und zwar durch die Spielräume
zwischen den nebeneinanderliegenden Rohrwindungen und zwischen den äußeren Rohrwindungen:
und der Behälterwand hindurch. Da diese Spielräume mit Rücksicht auf die Herstellung
und den Einbau der Rohrschlangen verhältnismäßig groß sein müssen, so ergibt sich
als Summe dieser Spielräume ein so großer Durchgangsquerschnitt, daß die Strömungsgeschwindigkeit
des Verbrauchsdampfes unter allen Umständen niedrig bleibt. Außerdem wird die äußere
Fläche der Heizschlangen von dem zwischen den Schlangenwindungen in senkrechter
Richtung durchströmenden Verbrauchsdampf nur an der engsten Stelle zwischen den
benachbarten Windungen an zwei schmalen Streifen berührt. Aus diesen beiden Gründen,
also infolge der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit des Verbrauchsdampfes und infolge
seiner ungünstigen Berührung mit der Heizfläche, ergibt sich ein niedriger Wärmeübergangskoeffizient
und dementsprechend eine sehr große Heizfläche. Die große Heizfläche bedingt .einen
schlechten Wirkungsgrad des überhitzers und hohe Herstellungskosten, ganz abgesehen
davon, daß in vielen Fällen der erforderliche Platz nicht zur Verfügung steht. Die
erwähnten Nachteile sind beim Erfindungsgegenstand vermieden, bei welchem die Strömungsgeschwindigkeit
des Verbrauchsdampfes nicht mehr von der Größe der Spielräume zwischen den nebeneinanderliegenden
Rohrwindungen und zwischen den Rohrwindungen und den Behälterwandungen abhängig
ist, sondern bestimmt wird in senkrechter Richtung durch die Größe der Durchgangsöffnungen
der Querwände und in ivaagerechter Richtung `durch die Höhe der Zwischenräume
zwischen
den übereinanderliegenden Rohrwindungslagen. . Außer der Möglichkeit, mit- hoher
Strömungsgeschwindigkeit des Verbraüchsdämpfes -zu arbeiten, ergibt die Erfindung
noch eine günstige Berührung der Heizfläche. Der Verbrauchsdampf berührt nämlich
die Schlangenwindungen nicht nur an der engsten Stelle zwischen benachbarten Windungen,
sondern er strömt an den Windungen entlang und umspült diese. Auch in den unteren
Schlangenrohrwindungen, die mehr oder weniger Kondensat führen und nur noch in dem
oberen Teil ihres Querschnittes Dampf enthalten, findet durch den an der oberen
Seite der Rohrwindungen entlang streichenden Verbrauchsdampf noch eine wirksame
Wärmeaufnahme statt. Alle diese Umstände wirken darauf hin, die für eine bestimmte
Leistung des Erhitzers notwendige Heizfläche zu verkleinern.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Abb. i ist ein senkrechter Mittelschnitt durch den überhitzer und Abb.2
:ein Querschnitt nach Linie II-11 der Abb. i. Abb. 3 zeigt im Schnitt die dampfdichte
Durchführung eines Sammelrohres der Heizrohrschlangen durch die Wandung des überhitzerbehälters
in größerem Maßstabe.
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Mit dem @ zylindrischen Mantel i des überhitzerbehälters sind ein
Decke12 und ein Boden 3 in üblicher Weise lösbar verbunden. Der Mantel. i trägt
an seinem unteren Ende den Eintrittsstutzen 4 und an seinem oberen Ende den Austrittsstutzen
5 für den zu überhitzenden Verbrauchsdampf. Zur Führung des Heizdampfes dienen sechs
konzentrisch ineinanderliegende, schraubenförmig gewickelte Rohrschlangen 6 bis
i i. In den Hohlraum der innersten Rohrschlange i i ist ein an seinen beiden Stirnenden
geschlossener Blechzylinder 12 eingesetzt, so daß dieser Hohlraum gegen den vom
Verbrauchsdampf durchströmten, im Querschnitt ringförmigen Behälterraum vollständig
abgeschlossen ist. Dieser Behälterraum ist in bekannter Art durch Querwände 13 in
eine Anzahl Ringabschnitte unterteilt. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
liegen in jedem Ringabschnitt vier Windungen der Schlangenrohre übereinander. Die
Anzahl der in einem Ringabschnitt liegenden Schlangenrohre kann beliebig gewählt
werden, um den senkrechten Abstand der Rohrwindungen zu erhalten, welcher die gewünschte
Strömungsgeschwindigkeit des Verbrauchsdampfes durch den Zwischenraum zwischen den
übereinanderliegenden Windungen der Schlangenrohre ergibt.
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Jede Querwand 13 ist, wie üblich, mit einem ringsektorförmigen Ausschnitt
14 versehen und mit Rücksicht auf den Ein- und Ausbau zweiteilig .ausgeführt. Die
Ringausschnitte 14 liegen bei den eingebauten Zwischenwänden in bekannter Weise
einander abwechselnd diametral gegenüber, so daß der Verbrauchsdampf gezwungen ist,
auf seinem Wege vom Eintrittsstutzen 4 zum Austrittsstutzen 5 in einem Schlangenhege
hin und her zu strömen. Die Zwischenwände 13 werden von senkrechten Schienen 15
und 16 getragen. Zu diesem Zwecke sind die Schienen mit Nokken versehen, und zwar
die Schienen 15 mit Nocken 17 und die Schienen 16 mit Nocken 18, auf denen die Querwände
13 ruhen. Die inneren Schienen 15 sind mit hakenförmigen Nasen 2o am oberen Rande
des Zylinders 12 aufgehängt. Die äußeren Schienen 16 ruhen auf Klötzen 21, die am
Behältermantel i befestigt sind. An ihren unteren Enden sind die Schienen 15 und
16 paarweise durch leicht lösbar befestigte Querstücke 19 und an ihren oberen Enden
durch Schraubenbolzen 22 mit Muttern 23 und Abstandhaltern 24 verbunden.
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Je zwei benachbarte Heizrohrschlangen besitzen eine gemeinsame Heizdampfzuführ
ung und Kondensatableitung. Beispielsweise sind die oberen Enden 25, 26 der beiden
äußeren Rohrschlangen 6 und 7 an ein Sammelrohr 28 und die unteren Enden 3o und
31 dieser Rohrschlangen an ein Sammelrohr 32 angeschlossen. Die dampfdichte
Durchführung der Sammelrohre durch Deckel und Böden des Behälters ist für .alle
Sammelrohre gleich. Es genügt deshalb, sie nachstehend für ein zur Kondensatabführung
dienendes Sammelrohr 32 unter Bezugnahme auf Abb. 3 zu beschreiben. Das Sammelrohr
32 ist durch einen in den Boden 3 eingewalzten Rohrstutzen 33 hindurchgeführt, der
aber auch mit dem Boden aus einem Stück bestehen könnte. Anstatt am Boden und- Deckel
könnten -die Rohrstutzen auch am Mantelteil der Behälterwandung vorgesehen sein.
Der Rohrstutzen 33 trägt an seinem äußeren Ende einen Flansch 34, mit dem ein Ring
35 durch Schraubenbolzen 36 und Muttern 37 verbunden ist. Der Ring 35 greift lose
über einen abgesetzten, mit Schraubengewinde 39 versehenen Teil 38 des Sammelrohres
32. Durch -eine auf dem Schraubengewinde 39 des Sammelrohres 32 drehbare Mutter
4o, die sich.gegen den Ring 35 stützt, kann das Sammelrohr 32 so angezogen werden,
daß sich sein schulterförmiger Ansatz 41 von der anderen Seite gegen den Ring 35
anlegt. Zur besseren Abdichtung ist zwischen dem Ring 3 5 einerseits und der Schulter
41 des Sammelrohres sowie dem Flansch 34 des Stutzens 33 andererseits ein Dichtungsring
42 eingeschaltet: Es kann also an der Durchführungsstelle kein Dampf vom Innern
des überhitzerbehälters nach außen treten.
Die Sammelrohre für die
Heizdampfzuleitung und die Kondensatableitung sind mit Bezug auf die- beiden zusammengehörigen
Heizrohrschlangen in der Weise versetzt angeordnet, daß das eine Sammelrohr beispielsweise
ungefähr in der Projektion der äußeren Rohrschlange und das andere Sammelrohr ungefähr
in der Projektion der inneren Rohrschlange liegt. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
liegt dementsprechend das Sammelrohr 28 für die Heizdampfzuleitung etwa in der Projektion
der Rohrschlange 6 und das Sammelrohr 32 für die Kondensatableitung etwa in der
Projektion ider Rohrschlange 7. Aus dieser versetzten Anordnung der Sammelrohre
ergibt sich der ;Vorteil, daß beim Schadhaftwerden einer Rohrschlange die beschädigte
Rohrschlange ausgewechselt werden kann, ohne daß die Verbindung der anderen Rohrschlange
mit den Sammelrohren getrennt zu werden braucht. Ist eine Rohrschlange beschädigt
worden, so werden die außerhalb des Bodens 3 und Deckels 2,liegenden Verschraubungen
gelöst. Dann kann der Deckel abgehoben und das Heizrohrsystem als Ganzes aus dem
Behälter herausgenommen werden. Nachdem die äußeren Schienen 16 gelöst und diese
sowie die Querwände 13 abgenommen sind, kann jedes zusammengehörige Heizschlangenpaar
mit den zugehörigen Sammelrohren abgenommen werden. War beispielsweise die Rohrschlange
7 schadhaft, so wird das Schlangenrohrpaar 6, 7 abgezogen und darauf die Verbindung
der Rohrschlange 7 mit den- Sammelrohren 28 und 32 durchschnitten: Darauf kann die
Rohrschlange 7 nach der Seite, wo sich das Sammelrohr 28 befindet, ohne weiteres
herausgezogen werden, da das - Sammelrohr 28 mit Bezug auf die Rohrschlange 7 versetzt
liegt. Die Verbindung der Sammelrohre 28 und 32 mit der Rohrschlange 6 kann also
unversehrt bleiben. Bei einer Beschädigung der Rohrschlange 6 könnte diese in gleicher
Weise losgeschnitten und nach der Seite, wo sich das Sammelrohr 32 befindet, abgezogen
werden. Durch die beschriebene paarweise Zusammenfassung der Rohrschlangen und die
versetzte Anordnung der Sammelrohre sind also die für das Auswechseln einer Rohrschlange
erforderlichen Arbeiten auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Werden bei größeren Windungsdurchmessern
Rohrschlangen mit doppelter Steigeng verwendet und je zwei Doppelschlangen an gemeinsame
Sammelrohre angeschlossen, so kann im Bedarfsfalle eine Doppelschlange genau in
der gleichen einfachen Weise ausgewechselt werden.
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Der Weg des zu überhitzenden Verbrauchsdampfes durch die durch die
Zwischenwände 13 gebildeten Ringabschnitte des überhitzers ist in der Zeichnung
durch Pfeile angedeutet. Der durch den Stutzen ¢ eintretende Dampf strömt in dem
ersten über der untersten Querwand 13 gelegenen Behälterabschnitt in den ringförmigen
Zwischenräumen zwischen den übereinanderliegenden Windungen der Rohrschlangen bis
zur gegenüberliegenden Seite, ` wo er durch die öffnung 14 der zweitunteren Zwischenwand
13 in den zweiten Ringabschnitt übertreten kann. Das Übertreten .des Dampfes erfolgt
dabei durch die zwischen dem Behältermantel i und den Windungen der Rohrschlangen
vorhandenen Ringspalten. Der durch die Ringspalten nach oben tretende Dampf wird
umgelenkt und strömt nun in den Zwischenräumen zwischen den Rohrwindungen an den
Rohrwindungen entlang, worauf sich an der entgegengesetzten Seite das übertreten
zum nächstfolgenden Ringabschnitt und das Umlenken wiederholt. Auf diese Weise werden
die Windungen der Heizrohrschlangen möglichst vollständig vom Verbrauchsdampf umspült.
Da der Dampf auch an der Oberseite der Rohrwindungen entlang streicht, so kann auch
noch in den unteren Ringabschnitten, in denen die Rohrwindungen weniger oder mehr
Kondensat führen und nur .noch in dem oberen Teil ihres Querschnittes Dampf enthalten,
unter günstigen Bedingungen eine Wärmeübertragung von diesem restlichen Heizdampf
an den zu überhitzenden Verbrauchsdampf unmittelbar !durch die Rohrwand hindurch
erfolgen. Dieser Umstand trägt wesentlich zu einer vollständigen Ausnutzung der
im Heizdampf verfügbaren Wärme bei.
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Die für die Erfindung wesentliche Strömung des Verbrauchsdampfes in
etwa waagerechter Richtung entlang den Heizrohrwindungen kann bei genügender Breite
des mit Heizrohrwindungen besetzten Behälterraumes auch erreicht werden, wenn die
Durchgangsöffnungen der Querwände von Ringspalten gebildet sind, die bei den aufeinanderfolgenden
Querwänden abwechselnd am inneren und äußeren Rande liegen.