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In einem Feuergaszug angeordnetes Schlangenrohrsystem Es ist bekannt,
zur Dampferzeugung, Dampferhitzung u. dgl. quer im Gasstrom liegende Rohrschlangen
zu verwenden, die aus mehreren im Feuergasschacht neben- oder übereinanderliegenden
Windungen bestehen. Die einzelnen Windungen sind dabei vorteilhaft in Form rechteckiger
Spiralen ausgeführt, um eine gute Ausnutzung des Gaszugquerschnittes zu ermöglichen,
ohne scharfgekrümmte Bogenstücke von kleinem Halbmesser verwenden zu müssen. Solche
Bogenstücke sind besonders dann zu vermeiden, wenn es sich um Hochdruckanlagen handelt.
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Um aber in den spiralförmigen Rohrschlangen große Mengen des Arbeitsmittels
hocherhitzen zu können, braucht man, um die nötige Heizfläche zu schaffen, weite
Rohre, die in mehrfach hintereinanderliegenden Windungen gewickelt werden müssen.
Für hohe Drücke und hohe Feuergastemperaturen, wie sie heutigen Tages z. B. bei
Höchstdruckdampferzeugern üblich sind, sind weite Rohre aber nicht geeignet, weil
ihre Wandstärke zu groß werden müßte. Außerdem haben die gebräuchlichen, in rechteckigen
Spiralen oder in hin und her gehenden Windungen gewickelten Schlangen den Nachteil,
daß, wenn man im Gegenstrom bei der Beheizung arbeitet, an den Stellen, wo das die
Wärme aufnehmende, strömende Mittel schon am heißesten ist und nur noch wenig Wärme
aufnehmen kann, die Strömungsgeschwindigkeit der Feuergase am größten, an den Stellen
aber, an denen das die Wärme aufnehmende Mittel eingeführt wird, der Wärmeübergang
also am besten sein sollte, die Strömungsgeschwindigkeit der bereits abgekühlten
Heizgase am kleinsten ist, so daß der Wärmeübergang entsprechend verschlechtert
wird.
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Arbeitet man im Gleichstrom, so wird der Wärmeübergang in den Enden
der Rohrschlangen noch schlechter.
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Man ist daher, um den Wärmeübergang in den bereits abgekühlten Feuergaszonen
zu verbessern, gezwungen, die Durchtrittsquerschnitte für die Gase in der Strömungsrichtung
entweder durch Einziehen des Kanalquerschnittes oder durch engere Windungen der
Spirale enger und enger werden zu lassen, um auf diese Weise die Strömungsgeschwindigkeit
möglichst gleichmäßig zu erhalten. Dabei erzielt man zwar einen etwas besseren Wärmeübergang,
doch ist das Verhältnis zwischen der Strömungsgeschwindigkeit der Gase einerseits
und den Temperaturunterschieden zwischen den Feuergasen und den
von
ihnen zu beheizenden Arbeitsmitteln andererseits in den einzelnen Zonen immer noch
kein gleichmäßiges.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, könnte man die Schlangenrohre in
einer bei Wasserrohrkesseln bekannten Art als einfache U-förmige Rohrbogen ausbilden
und in einem den Gasstrom kreuzenden Bündel so anordnen, daß sie einander umfassen,
daß also die Schenkel des äußersten [)-Bogens das erste und das letzte, die Schenkel
des nach innen nächstfolgenden Bogens das zweite und das vorletzte Rohr bilden usf.,
und daß die auf gleicher Seite der Krümmer liegenden Rohre jeweils an eine gemeinsame
Kammer angeschlossen sind. Diese Anordnung ist aber in vielen Fällen z. B. für Hochdruckdampferzeuger,
bei denen die Rohrschlangen in einem verhältnismäßig engen Feuergaszug, z. B. einem
aufwärts geführten Schacht, angebracht werden sollen, nicht brauchbar, weil man
in dem Feuergaszug quer zum Feuergasstrom verlaufende U-förmige Rohrbogen in der
für die nötige Heizfläche erforderlichen Länge nicht unterbringen kann.
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Man ist also mehr oder weniger auf die spiralförmig gewickelten Schlangensysteme
angewiesen. Um aber die vorgenannten Nachteile der bekannten, quer im Schacht in
Reihe liegenden Rohrspiralen zu vermeiden, lehnt sich die Erfindung an ein anderes
Rohrschlangensystem an, das ebenfalls bei einem bekannten Heizsystem bereits Anwendung
gefunden hat. Bei diesem System ist im Federungsraum eine Rohrschlange vorgesehen,
die aus rechtwinklig gewickelten, in Richtung der Feuergasströmung verlaufenden
Spiralen besteht. Die einzelnen Spiralen sind dabei in der Weise in einem einheitlichen
Strang hintereinandergeschaltet, daß mit der auf der Eintrittsseite der Zuführungsleitung
liegenden ersten Spirale eine zweite am entgegengesetzten Ende des Feuerungsraumes
liegende Spirale durch eine quer dazu verlaufende Rohrstrecke verbunden ist. An
diese zweite Spirale ist in gleicher Weise eine dritte angeschlossen, die wieder
auf der Eintrittsseite neben der ersten Spirale liegt, während die an der dritten
Spirale angeschlossene vierte wiederum auf der entgegengesetzten Seite neben der
zweiten liegt usf.
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Diese Ausbildung und Anordnung der Rohrschlangen ist jedoch unzweckmäßig.
Die untersten Rohrstrecken der einzelnen Spiralen liegen mit ihren Rohrbögen alle
in der heißesten Feuergaszone. Durch die das Ende der Schlangen bildenden Spiralen
kann das Arbeitsmittel aber erst strömen, wenn es bereits hocherhitzt ist. Bei der
bekannten Anordnung können also die in der Mitte liegenden Endspiralen nicht nur
fast keine Wärme mehr aufnehmen, sondern die untersten Rohrstrecken und zugehörigen
Rohrbögen, durch welche das schon sehr hocherhitzte Arbeitsmittel strömt, sind auch
in der heißesten Feuergaszone stark gefährdet.
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Auch in liegender Anordnung würde diese Schlange, besonders bei Höchstdruckanlagen,
nicht brauchbar sein.
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Durch die Erfindung werden alle Nachteile der vorgenannten Einrichtungen
vermieden. Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß sich hohe Endtemperaturen
mit besserem Wirkungsgrad der Einzelspiralen und ohne Gefahr für die Sicherheit
der Schlange erzielen lassen, wenn man die Spiralen in beicannter Weise quer in
den Feuergasstrom neben- oder übereinanderlegt und die Schlange im Sinne des vorgenannten,
mit U-förmig verlaufenden Rohren ausgestatteten Heizsystems unterteilt. Demgemäß
besteht die Erfindung darin, daß die Windungen der im Feuergasschacht quer liegenden
rechteckigen Spiralen, durch die das wärmeaufnehmende Mittel in bekannter Weise
überwiegend im Kreuzstrom zu den Feuergasen geführt wird, paarweise zu Schlangen
derart hintereinandergeschaltet sind, daß jeweils die erste der Reihe mit der letzten,
die zweite mit der vorletzten usf. in Verbindung steht und alle so gebildeten Doppelspiralen
einerseits an eine gemeinsame Zuführungsleitung und andererseits an eine gemeinsame
Austrittsleitung angeschlossen sind.
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Es wird auf diese Weise der Vorteil erreicht, daß die an die gemeinsamen
Zu- und Abführungsleitungen angeschlossenen Doppelspiralen mit ihren Einzelwindungen
im Feuergasstrom so verteilt liegen, daß in allen den Einzelwindungen entsprechenden
Feuergaszonen ein wenigstens annähernd gleichmäßiges Verhältnis zwischen der Strömungsgeschwindigkeit
der Gase einerseits und dem Unterschied zwischen der Temperatur der Gase und der
Temperatur des Arbeitsmittels andererseits besteht. Dadurch wird erreicht, daß das
in allen Doppelspiralen strömende Arbeitsmittel in den Einzelspiralen zwar verschiedene,
in beiden zusammen aber annähernd gleiche Wärmemengen aufnimmt, so daß die Endtemperatur
am Ende aller Doppelspiralen annähernd gleich ist. Dieser Ausgleich im Wärmeübergang
wird also erzielt, ohne daß Änderungen in den Durchgangsquerschnitten für die Gase
erforderlich sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
bei dem die Rohrspiralen quer in einem aufsteigenden Gaszugschacht liegen.
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Abb. i zeigt eine Seitenansicht einer Rohrschlange mit senkrechtem
Schnitt- durch den Gaskanal und
Abb. 2 einen Schnitt nach Linie
A-A der Abb. r.
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Von den die Rohrschlange bildenden Einzelwindungen sind jeweils die
drei untersten, a, b, c, an das gemeinsame Zuleitungsrohr d angeschlossen,
während drei darüberliegende, e, f, g. an die gemeinsame Austrittsleitung
lt
angeschlossen sind. Von der untersten Windung a führt eine Steigleitung
ä zur obersten Windung e, von der zweituntersten, b, eine Steigleitung
b' zur zweitobersten, f, und von der dritten unteren Windung c eine
Steigleitung c' zu der obersten Windung g.
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Die Wirkungsweise der Rohrschlange ist aus der Zeichnung und den darin
eingezeichneten Pfeilen sowie aus dem Vorstehenden ohne weiteres zu erkennen. Die
durch den Pfeil i. angegebene Strömungsrichtung der Gase kann auch umgekehrt sein.