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Verfahren zur Leistungssteigeru- ng eines Quecksilberdampfkessels
Der Verdampfung von Quecksilber in Quecksilberdampfkesseln ist dadurch eine Grenze
gesetit, daß das Quecksilber nur eine bestimmte Wärmemenge von den Kesselrohren
aufnehmen kann. Die Geschwindigkeit der Wärmeaufnahme des Quecksilbers bestimmt
die Belastbarkeit einer bestimmten Kesselart, so daß die Kapazität eines Kessels
sich * entsprechend vergrößert, wenn die Wärmeaufnahmefähigkeit des Quecksilbers
anwächst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen,
durch welches die Leistung eines Quecksilberdampfkessels gesteigert wird, und zwar
durch Verbesserung des Wärmeüberganges von den Heizflächen auf das Quecksilber.
Die Erfindung löst diese Aufgabe auf die Weise, daß die mit dem Quecksilber in Berührung
kommenden Heizflächen des aus möglichst reinem Eisen oder Stahl bestehenden Kessels
auf chemischem Wege rein gehalten werden. Die chemische Reinheit der Heizflächen
ergibt eine bessere Adhäsion zwischen dem Quecksilber und den Flächen, so daß auch
ein besser-er Wärmeübergang erzielt wird.
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Zum Zwecke der chemischen Reinhaltung kann dem Quecksilber erfindungsgemäß
ein Zusatz beigefügt werden (beispielsweise Natrium oder Kalium), der die Entstehung
eines Oxydbelages auf den Heizflächen während des Betriebes verhindert. Um die Heizflächen
schon vor Inbetriebnahme zu reinigen, können die erwärmten Heizflächen vor der Inbetriebnahme
der Einwirkung von Wasserstoff ausgesetzt werden.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Wärmeaufnahmefähigkeit des
Quecksilberdampfkessels ganz wesentlich vergrößert wird. Die Wärmeaufnahmefähigkeit
braucht nicht mehr den Begrenzungsfaktor für die Kapazität des Kessels zu bilden.
Der neue Begrenzungsfaktor ist vielmehr in der Mög-
lichkeit gesehen, die
Menge des erzeugten Dampfes aus dem Kessel abzuführen. Sind die Kesselrohre groß
genug, um die vergr&-ßerte Kapazität zu bewältigen, so kann die Wärmeübertragungsfähigkeit
der Heizflächen um mehr als ioo 0/0 gesteigert werden. Durch die Einwirkung
des Wasserstoffes auf die er'
wärmten Heizflächen wird der Werkstoff entkohlt.
Die Entkohlung geht ziemlich tief unter die Oberfläche, so daß die Fläche selbst
rein ist. Es genügt eine Wasserstoffbehandlung von wenigen Stunden bei einer Temperatur
von etwa 95o0 C.
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Wenn eine längere Zeitspanne zwischen dieser Heizflärhenreinigung
und der Kesseltätigkeit vergehen muß, so kann man die Heizflächen dadurch vor Korrosionen
während dieser Betriebspausen schütz*en, daß man sie mit Öl oder anderen
Mitteln bedeckt, die leicht entfernt werden können, wenn der Kessel erneut in Betrieb
genommen werden soll.
Besonders vorteilhaft- ist der Zusatz eines
Alkalimetalls zum Quecksilber, beispielsweise der Zusatz von Natrium oder Kalium,
wodurch sich eine arnalgamische Verbindung ergibt. Die Alkalimetalle bewirken nämlich
ebenfalls eine Reinigung der Oberflächen, so daß das Quecksilber gut anhaftet. Die
notwendige Menge von Natrium oder Kalmm ist verhältnismäßig klein. Bei Natrium reicht
z. B. ein viertel Prozent Gewichtsanteil aus. Der Zusatz erfolgt am besten in metallischer
Form, notwendig ist dies aber nicht, da man ebensogut auch die Form von Natriumhydroxyd
verwenden kann. Dabei findet vorteilhaft eine wässerige Lösung von Natriumhydroxyd
Verwendung. Nach der Wärmezufuhr bildet sich Natriumamalgain, während der Wasserdampf
und Wasserstoff ausgetrieben werden und mittels einer Luftpumpe entfernt werden
können. Nach der Reinigung der Oberflächen wird zweckmäßig an Stelle des Amalgams.
Quecksilber eingeführt. Es empfiehlt sich jedoch, den Kessel mit d#em Amalgam arbeiten
zu lassen, weil die Gegenwart des Amalgams die Wärmeübertragung weiter verbessert
und dadurch ein Rosten oder sonstiges Verschmutzen der Heizflächen ausgeschlossen
ist.
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Der Zusatz anderer Metalle zum Quecksilber, die bei der Betriebstemperatur
eine größere Affinität für Sauerstoff haben als Eisen, trägt dazu bei, den Oxydbelag
zu verkleinern und von den Heizflächen zu entfernen. So kann man die entsprechenden
Flächen des Kessels mit Zink oder Zinn bedecken, um den Oxydbelag herauszubekommen.
Bei Aufwärmung der das Quecksilber enthaltenden Rohre löst sich das Zink oder Zinn
sehr schnell ab. Die Reinigung des Stahles gestaltet sich auch leichter, wenn mit
Zink oder Zinn vorgearbeitet wird, weil die Flächen von Oxyd frei gehalten werden,
bis das Zink durch das Quecksilber aufgelöst ist.
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Beim Betrieb muß man zwischen dein dicken Oxydbelag und anderen Unreinigkeiten
der im Handel befindlichen Rohre sowie einem dünnen Oxydschleier unterscheiden,
der sich beinahe plötzlich auf reinen Stahloberflächen zu bilden pflegt, wenn sie
der Luft, auch bei kaumternperatur, ausgesetzt werden. Der Zusatz von Metallen zum
Quecksilber, die eine größere Affinität für Sauerstoff als Eisen haben, hilft auch
bei der Entfernung dieses Oxydschleierg und bei der Freihaltung der Flächen von
Oxydschleiern bei langdauernder Betätigung.
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Zusammenfassend ist zu sagen, daß beim Entwurf und der Herstellung
von Ouecksilberdampfkesseln bei Anwendung der Erfindung.nicht mehr darauf geachtet
werden muß, die Grenze einzuhalten, welche die mangelnde Netzfähigkeit des Quecksilbers
der Wärmeaufnahme setzte. ]Nei der Beschränkung der Kesselbelastbarkeit war dies
ein sehr ernster Faktor, der wegen der Gefahr einer zu hoben Überhitzung und Verbrennung
der Rohre stets eine Unsicherheit in den Betrieb hineinbrachte. Erfindungsgemäß
werden diese Schwierigkeiten vermieden, wobei 'gleichzeitig mit der gleichen Kesselgröße
mehr als das Doppelte der Kapazität erreicht oder ein Kessel bestimmter Leistung
viel kleiner als bisher erbaut werden kann. Dies ist von nicht zu unterschätzender
Bedeutung für die Herstellungskosten und für die Menge des erforderlichen Quecksilbers.
Wegen der relativ hohen Quecksilberkosten ist -namentlich letzteres sehr wesentlich.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise in
einem Schnitt durch einen Teil eines Quecksilberdampfkessels dargestellt. Die Zeichnung
hat mehr oder weniger schematischen Charakter.
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Von der Kesseltrommel i hängen eine Anzahl X esselrolire herab, von
denen aber nur eins in der Zeichnung zu sehen ist. jedes Kesselrohr besteht aus
einem äußeren Rohr 2, und einem Kern 3, der in einem bestimmten Abstand zum
äußeren Rohr angeordnet ist, um einen ringförmigen Durch 'gang 4 zu bilden. Der
Kerl' 3 besteht aus zwei Rollren 5
und 6, die an ihren Enden
verbunden sind, um einen Luftraum zwischen sich einzuschließen. Durch den Kern führt
eine senkrechte DurchtrittsÖfillung, 7 für den Abwärtsfluß des Quecksilbers.
Das obere Ende des Kerns 3
ist mit einer Leitplatte 8 verbunden, die
in einer gewissen Entfernung über der darunterliegenden Kesseltrommelwand angebracht
ist. Im Betrieb wird flüssiges Quecksilber, welches sich über der Platte ibefindet,
in den Kerndurchtritt gespeist. Das Quecksilber fließt durch die Öffnung
7 abwärCs und dann aufwärts durch die ringförtnige Durchtrittsöffnung 4.
Die Kernöffnung 7 dient auf diese Weise dazu, die Ringöffnung 4 mit flüssigem
Quecksilber zu speisen. Die Wärme wird den äußeren Oberflächen der Rohre
--, zugeführt, wobei das Quecksilber beim Aufwärtsfluß durch die Ringöffnung
4 die Wärme aufnimmt und verdampft. Dies ist die allgemein bekannte Wirkung eines
Quecksilberdampfkessels dieser Art.
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Gemäß der Erfindung wird die innere Oberfläche des aus möglichst reinem
Eisen oder Stahl bestehenden Rohres 2, d. h. die Oberfläche, mit welcher
das Ollecksilber in Berührung kommt und von -Lacher es Wärme aufnimmt und welche
die Wärmeübertragungsfläche genannt wird, auf eine der vorher beschriebenen Weisen,
gereinigt. Vorteilhaft wird das Rohr als Ganzes aus Eisen oder
Stahl
hergestellt, obwohl es- wesentlich ist, daß lediglich die innere Oberfläche der
Wärmeüberträgungsfläche aus diesem Material besteht. Wie bereits erwähnt, haftet
das Quecksilber gilt an dieser Oberfläche, wenn sie chemisch rein und frei von Oxydbelag
ist, mit dem Ergebnis, daß die Wärmeaufnahmefähigkeit des Quecksilbers in großem
Maße angewachsen ist.
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Es ist erwünscht, daß der Zirkulationswiderstand des Quecksilbers
so gering wie möglich ist, wenn es durch den Ringraum 4 strömt. Da eine berietzte
Oberfläche der Strömung Widerstand bietet, empfiehlt es sich, die Oberflächen des
eingesetzten Kerns aus einem Werkstoff anzufertigen, der keine gute-Adhäsionsfähigkeit
des Quecksilbers aufweist im Gegensatz zur Wärmeübertragungsfläche.
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Es kann auch ein alkalisches Metall, wie Natrium oder Kalium, oder
irgendein anderes Metall, das bei der Betriebsterriperatur eine größere Affinität
für Sauerstoff als Eisen hat, dem Quecksilber zugesetzt werden. In der Zeichnung
deutet io das Betriebsmittel des Kessels an, welches Quecksilber sein kann'
'
dein ein anderes Metall beigemischt worden ist.