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Dampfkessel mit unmittelbarer und mit mittelbarer Dampferzeugung Die
Erfindung bezieht sich auf Dampfkessel mit unmittelbarer Dampferzeugung in einer
Vielzahl von Wasserrohren, die von einer Feuerung beheizt und mit einer oder mehreren
Kesseltrommeln verbunden sind, sowie mit mittelbarer Dampferzeugung in einem oder
mehreren durch überhitzten Dampf beheizten, im Strom des Heizdampfes hintereinandergeschalteten
Verdampfern.
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Gemäß der Erfindung sind von den mittelbar beheizten Verdampfern,
die zum Teil als Mischverdampfer und zum Teil als Oberflächenverdampfer ausgebildet
sind, die Oberflächenverdampfer dampfseitig und gegebenenfalls auch wasserseitig
mit der Kesseltrommel verbunden, und der in den Oberflächenverdampfern sowie in
der Kesseltrommel anfallende Dampf wird gemeinsam als Heizdampf nach jeweiliger
Überhitzung durch die einzelnen Verdampfer geleitet, derart, daß er vor seiner endgültigen
Überhitzung als Gebrauchsdampf einen Oberflächenverdampfer durchströmt.
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Die Bedeutung der Erfindung. liegt vor allem in folgendem.
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Es ist bekannt, daß für eine Dampferzeugung durch unmittelbares Vermischen
von Dampf und Wasser keine unbedingte Sicherheit bestehen kann, daß das Wasser vollständig
verdampft und nicht mitgerissen wird und in flüssigem Zustande verbleibt. Aus diesem
Umstand können sich für Kraftanlagen z. B. schädliche Einwirkungen auf die Kraftmaschinen,
wie Turbinen oder sonstige dampfverbrauchende Vorrichtungen, ergeben. Diese Gefahr
ist besonders bemerkenswert für solche Anlagen mit Mischverdampfung, in denen sehr
große Dampfmengen mit hoher Geschwindigkeit durch das Wasser in dem Verdampfer hindurchgeführt
werden müssen. Es hat sich herausgestellt, daß stets erhebliche Wassermengen in
Kesselanlagen dieser Art mit dem Dampf übergeführt werden.
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Dadurch, daß der Kessel gemäß der Erfindung so eingerichtet ist, daß
der letzte Verdampfer stets ein Oberflächenverdampfer ist, wird der Vorteil erreicht,
daß der Dampf nach Verlassen des letzten Mischverdampfers einen verhältnismäßig
langen Weg zurücklegen und durch mindestens zwei Überhitzer strömen muß, ohne nochmals
mit Wasser in Berührung zu kommen. Dadurch kann auch das aus dem letzten Mischverdampfer
gegebenenfalls übergeführte Wasser in erhöhtem Maße in Berührung mit den heißen
Teilen der Überhitzer kommen und durch Erwärmung von außen verdampft werden. In
diesem Fall ist die Verdampfung der kleinen mitgerissenen Wassertropfen nicht auf
die nicht ganz sichere Erwärmung angewiesen, die durch Berührung seitens des Umspülungsdampfes
sonst erfolgen
würde. Bekanntlich ist Heißdampf ein besonders schlechter
Wärmeleiter, und es ist möglich, daß Wassertropfen in Dampftaschen enthalten sein
können, ohne die gleiche Temperatur wie der äußere Dampf zu erreichen.
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Wenn mehrere Mischverdampfer verwendet werden, können sie in bekannter
Weise in Reihe angeordnet werden, wobei der aus einem von ihnen austretende Wasserdampf
in einen zwischengeschalteten Überhitzer geleitet wird, in welchem er auf die erforderliche
Temperatur überhitzt wird und aus welchem er in den nächsten Mischverdampfer geführt
wird.
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Der neue Dampfkessel eignet sich zum Erzeugen von Wasserdampf hoher
Temperaturen und Drücke und ist von einfacher Bauart mit verhältnismäßig wenig Wasserrohren
und nur kleinen Trommeln.
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Eine der möglichen Anordnungen gemäß der Erfindung ist vereinfacht
beispielshalber in Abb. i dargestellt. Die weiteren Abbildungen zeigen baulich verschiedene
Ausführungsformen der Erfindung.
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Der Zweckmäßigkeit halber sind die Rohre der Überhitzerelemente und
der Heizelemente der Verdampfer nur in einfachen Linien dargestellt.
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In der Ausführung nach Abb. i wird Wasserdampf in den von außen beheizten
Wasserrohren i erzeugt, die in irgendeiner geeigneten Weise angeordnet und untereinander
verbunden sein können. Der erzeugte Wasserdampf wird in die Dampf- und Wassertrommel?
abgegeben. Aus der Trommel? wird der gesättigte Dampf zu einer Verbindungsstelle
3 und von hier zusammen mit dem Dampf aus Verdampfern ¢ und 6 durch ein Überhitzerelement
7 geführt. Hier wird der Dampf auf die erforderliche Temperatur überhitzt und dann
durch ein Heizelement ä in dem Oberflächenverdampfer ¢ geleitet. Der Dampf wird
in diesem Element gekühlt und erzeugt dadurch in dem Verdampfer weiteren Dampf.
Darauf wird er durch das zweite Überhitzerelement 9 geleitet, wo er wiederum auf
die erforderliche Temperatur überhitzt wird. Dann geht der, Dampf durch Leitung
io in den Mischverdampfer 5, wo er mit Wasser gemischt wird und seine Überhitzung
teilweise oder ganz verliert und dadurch in dem Verdampfer weiteren Dampf erzeugt.
Der gesamte Dampf aus dem Mischverdampfer 5 wird dann nacheinander durch das Überhitzerelement
ii, das in dem Oberflächenverdampfer 6 angebrachte Heizelement 12 und das letzte
Überhitzerelement 13 geführt, von wo er bei 22 zu einer Hauptantriebsmaschine oder
zu einer sonstigen Vorrichtung, welche Dampf verbraucht, abgeht.
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Das Überhitzerelement 7 ist in der Überhitzerkammer 21 zuhinterst
angeordnet. Der Dampf durchströmt die Überhitzerelemente 7, 9 und ii in bekannter
Weise im Gegenstrom zu der allgemeinen Strömungsrichtung der Feuergase und das vorderste
Überhitzerelement 13, wie üblich, in der gleichen allgemeinen Richtung wie die Strömungsrichtung
der Feuergase. Der in den Verdampfern q. und 6 erzeugte Dämpf wird zu der Verbindungsstelle
3 geführt, von wo er zusammen mit dem Dampf aus der Kesseltrommel 2 zu dem Überhitzerelement
7 strömt.
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Die Verdampfer q., 5 und 6 können entweder, wie dargestellt, waagerecht
oder aber auch senkrecht angeordnet sein.
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Die Wände der Verbrennungskammer 2o, die sich zum Verbrennen von flüssigem,
festem, pulverförmigem oder gasförmigem Brennstoff eignen, sind mit Wasserrohren
i, ja, ib ausgekleidet, welche die Dampf- und Wassertrommel ? beliefern und zur
unmittelbaren Dampferzeugung dienen. Diese Rohre i, ja und ib können glatte Rohre
oder Flügelrohre sein. Gegebenenfalls können sie auch in bekannter Weise gegen die
unmittelbare Einwirkung der Feuergase geschützt sein, wie durch eine Bedeckung aus
feuerfestem Stoff.
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Über dem hinteren Teil der Verbrennungskammer 2o ist die Überhitzerkammer
21 angeordnet, deren Boden dadurch gebildet wird, daß die Rohre ja und ib, welche
den oberen hinteren Teil der Verbrennungskammer bekleiden, über die Verbrennungskammer
gebogen sind. Die Teile ja dieser Rohre bilden den Boden der Überhitzerkammer und
sind ziemlich eng aneinander angeordnet oder mit Flügelrippen versehen oder in feuerfeste
Blöcke eingeschlossen, derart, daß sie eine Prallwand bilden, welche die Überhitzerkammer
2i wirksam dagegen schützt, daß sie der Feuerung unmittelbar ausgesetzt ist. Die
senkrechten Teile ib dieser Rohre werden unbedeckt gelassen, um den Feuergasen den
Übergang in die Überhitzerkammer 2i zu gestatten. Aus letzterer strömen die Feuergase
über einen Speisewasservorwärmer 1q. und einen Luftvorwärmer 15 in den Schornstein.
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Die Verbrennungskammer 2o .kann einen wasserrohrbekleideten Trichterboden
i9 haben. Auch kann der untere Teil der Verbrennungskammer 2o für Rostfeuerung,
Ölfeuerung, Gasfeuerung oder für eine andere Feuerungsart ausgebildet werden.
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In der Ausführung nach Abb. 2 reicht die Überhitzerkammer 21 über
den größeren Teil der Oberseite _ der Verbrennungskammer 2o. Die Rohre ja erstrecken
sich quer über die Kammer hinweg und nach aufwärts, um in die Kesseltrommel 2 zu
führen. Die Teile ja der Rohre sind mit feuerfestem Stoff bedeckt oder mit Flügeln
versehen oder sonstwie so ausgebildet, daß sie eine Prallwand zum Schutz der Überhitzerelemente
gegen unmittelbare
Bestrahlung bilden. Die Teile l5 und je der Rohre
sind unbedeckt gelassen, um den Durchgang der Feuergase zwischen ihnen zu gestatten.
Um diesen Durchgang zu verbessern, sind die senkrechten Teile der Rohre auseinandergezogen
(Teile i5 und =e).
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Der Lauf des Dampfes bei dieser Anordnung ist folgender. Der aus der
Kesseltromme12 kommende und der von dem Oberflächenverdampfer 6 kommende Dampf wird
von der Verbindungsstelle 3 aus durch den Überhitzer g im Gegenstrom zu der Richtung
der Feuergase entnommen und dann zu dem Mischverdampfer 5 . geleitet. Der gesamte
Dampf aus diesem Verdampfer 5 strömt durch das Überhitzerelement ii im Gegenstrom
zu den Feuergasen und dann durch das Heizelement 12 in dem Oberflächenverdampfer
6. Nach Austritt aus diesem Heizelement geht der Dampf durch die Schlußstufe der
Überhitzung in dem Überhitzer 13, welchen er in derselben allgemeinen Richtung wie
die Feuergase durchströmt, worauf er zuletzt den Dampferzeuger bei 22 verläßt.
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Abb.3 zeigt eine ähnliche Ausführung mit etwas abweichender Dampfführung.
Diese Ausführung hat eine Kesseltrommel, einen Oberflächenverdampfer und einen Mischverdampfer.
Die Rohre ja verlaufen in geneigter Richtung quer über die Verbrennungskammer 2o
hinweg in der Form ja, i5, ic. Die Teile ja und ic reichen beide im wesentlichen
über eine Hälfte der Verbrennungskammer 2o und bilden Prallwände zum Schutz der
Überhitzerkammer 2,1 sowie der Trommel e gegen unmittelbare Bestrahlung. Die senkrechten
Teile l5 sind unbedeckt gelassen, und abwechselnde Rohre sind gegeneinander versetzt,
um den Durchgang der Feuergase zwischen ihnen zu gestatten.
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Der Dampf aus der Kesseltrommel 2 und dem Verdampfer 6 wird über eine
Verbindungsstelle 3 durch das Überhitzerelement g im Gegenstrom zu den Feuergasen
geleitet, worauf er bei io in das Wasser innerhalb des Mischverdampfers 5 ausströmt.
Aller Dampf aus diesem Verdampfer 5 geht dann durch das Überhitzerelement li im
Gegenstrom zu den Feuergasen und anschließend durch das Heizelement 12 in dem Oberflächenverdampfer
6. Nach Austritt aus diesem Heizelement strömt der Dampf durch das Überhitzerelement
13 in der gleichen allgemeinen Richtung wie die Feuergase, um schließlich den Dampferzeuger
bei 22 zu verlassen.
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Die Ausführung nach Abb. q. bildet eine Verdoppelung der Ausführung
nach Abb. i. Die Verbrennungsgase aus der Verbrennungskammer 2o strömen zwischen
den Rohren l5 an jederSeite zu denÜberhitzerkammern2iund2i'.
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Oberflächenverdampfer 6 und 6' und Mischverdampfer 5 und 5' dienen
zur mittelbaren Erzeugung des Dampfes. Der Dampf aus der Kesseltrommel 2 und den
Oberflächenverdampfern 6 und 6' wird zu Verbindungsstellen 3 und 3' geleitet und
geht von diesen je durch Überhitzerelemente g und g' im Gegenstrom, zu der Strömung
der Feuergase, um bei io und io' in die Mischverdampfer 5 bzw. 5' auszutreten. Der
Dampf aus diesen Verdampfern wird durch Überhitzerelemente ii bzw. ii' im Gegenstrom
zu den Feuergasen geführt und geht dann durch Oberflächenheizelemente i2 bzw. i2'
in den Verdampfern 6 bzw. 6'. Aus diesen Elementen strömt der Dampf schließlich
durch die Überhitzerelemente 13 bzw. 13' in derselben allgemeinen- Richtung-
wie der Strom der Feuergase und verläßt den Dampferzeuger bei 22 bzw. 22'.