DE610597C

DE610597C - Process for operating high-pressure tubular boiler systems

Info

Publication number: DE610597C
Application number: DE1930610597D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Alfred Huster
Original assignee: Fried Krupp Germaniawerft AG
Current assignee: Fried Krupp Germaniawerft AG
Priority date: 1930-11-08
Filing date: 1930-11-08
Publication date: 1935-03-13

Description

Verfahren zum Betriebe von Hochdruck-Röhrenkesselanlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Hochdruck-Röhrenkesselanlagen, die ohne Wasserumlauf und ohne Dampfbildung durch Entspannen überhitzten Wassers -arbeiten und bei denen das Kesselwasser im Überschuß über die zu verdampfende Wassermenge zugeführt und nach Trennung vom Dampf aus dem Dampferzeuger wieder abgeleitet wird.Method for operating high pressure tubular boiler systems The invention relates to a method for operating high-pressure tube boiler systems without Water circulation and work without steam formation by releasing superheated water and where the boiler water is in excess over the amount of water to be evaporated is supplied and after separation from the steam is discharged from the steam generator.

Bei Hochdruck-Röhrenkesselanlagen, die sich durch ihre Einfachheit und durch den Fortfall der Explosionsgefahr auszeichnen, treten eine Reihe schwerwiegender Nachteile auf, die die Einführung der Kessel in größerem Maße bisher verhinderten. Die unvermeidbar im Speisewasser enthaltenen Härtebildner und Salze gehen teils als Staub mit dem Dampfe mit und können die Kraftmaschinen schädigen, teils brennen sie in den Rohren fest und bewirken unter Umständen deren baldige Zerstörung. Diese Übelstände treten besonders heftig bei stark verringerter Kesselbelastung auf. Weder durch weitgehende Reinigung des Speisewassers noch durch Erzeugung des Dampfes bei überkritischem Druck oder durch Anordnung spiraliger oder sonstiger Einbauten in den Rohren konnten die Übelstände bisher in ihrer Gesamtheit beseitigt werden.In the case of high-pressure tube boiler systems, which stand out due to their simplicity and characterized by the elimination of the risk of explosion, a number of more serious occur Disadvantages that prevented the introduction of the boiler to a greater extent so far. The hardness components and salts inevitably contained in the feed water go partly as dust with the steam and can damage the engines, sometimes burn they stuck in the pipes and may cause them to be destroyed soon. These Evil conditions are particularly severe when the boiler load is greatly reduced. Neither by extensive cleaning of the feed water by generating the steam supercritical pressure or by arranging spiral or other internals in The pipes have so far been able to eliminate the problems in their entirety.

Die Erfindung bezweckt, die geschilderten Mängel zu beseitigen. Sie besteht darin, daß die Größe des Wasserüberschusses entsprechend der Menge und Beschaffenheit der im Speisewasser gelösten Stoffe so gewählt wird, daß beim Durchfließen des Wassers durch den Kessel die Löslichkeitsgrenze dieser Stoffe nicht unterschritten wird und diese Stoffe auch nach dem Durchfließen durch den Kessel in dem vom Dampf getrennten Überschußwasser, das aus dem Verwendungsbereich der Kesselanlage weggeführt und, z. B. auf Schiffen, nach See abgeleitet wird, in gelöster Form enthalten sind, wobei die Löslichkeit' schwer löslicher oder bei Erwärmung leicht ausfallender Stoffe in bekannter Weise, z. B. durch geringen Säurezusatz zum Speisewasser, zuvor vergrößert werden kann.The invention aims to eliminate the deficiencies outlined. she consists in that the size of the excess water according to the amount and nature the substances dissolved in the feed water are chosen so that when the water flows through the boiler does not fall below the solubility limit of these substances and these substances also after flowing through the boiler in the one separated from the steam Excess water that is carried away from the area of use of the boiler system and, z. B. on ships, derived from sea, are contained in dissolved form, with the solubility of poorly soluble or easily precipitated substances when heated in a known manner, e.g. B. by adding a small amount of acid to the feed water, previously increased can be.

An sich ist es bereits bekannt, einen ohne Wasserumlauf arbeitenden Röhrendampferzeuger besonderer Bauart mit einem Wasserüberschuß zu betreiben. Der Wasserüberschuß soll hierbei aber zur Dampfbildung herangezogen werden, wenn die Belastung ansteigt.It is already known per se, one that works without water circulation To operate tubular steam generator of special design with excess water. Of the Excess water should be used to generate steam if the Load increases.

Durch die Erfindung soll demgegenüber erreicht werden, daß an keiner Stelle der Dainpferzeugungsanlage hochkonzentrierte Lösungen entstehen können, die zur Bildung von Kesselsteinansätzen oder zu Schädigungen des Kesselbaustoffes Anlaß geben. Andererseits wird hierdurch aber das übliche Einhalten einer bestimmten Mindestalkalität zum Abschwächen des Sauerstoffangriffs unmöglich gemacht. Es wird daher eine an sich bekannte Einrichtung zum Entgasen des Speisewassers dem Dampferzeuger vorgeschaltet und in geeigneter Weise in die gesamte Dampferzeugungsanlage eingefügt.By contrast, the invention is intended to ensure that none In place of the steam generation system, highly concentrated solutions can arise which cause of the formation of scale deposits or damage to the boiler building material give. On the other hand, however, this makes compliance with a certain standard Minimum alkalinity made impossible to weaken the oxygen attack. It will therefore be an on known device for degassing the feed water upstream of the steam generator and appropriately inserted into the entire steam generating plant.

Erfindungsgemäß wird außerdem das Verhältnis des Wasserüberschusses zu der erzeugten Dampfmenge mit abnehmenderKesselbelastung vergrößert. Hierdurch soll auch bei geringen Kesselbelastungen eine genügend gute Benetzung und Durchspülung der Rohrschlangen erreicht werden.According to the invention, the ratio of the excess water is also to the amount of steam generated as the boiler load decreases. Through this should ensure a sufficiently good wetting and flushing even with low boiler loads of the pipe coils can be achieved.

Durch die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen können alle eingangs erwähnten Nachteile vermieden werden. Der geregelte geringe Wasserüberschuß verhütet sowohl die Überhitzung von Teilen der Verdampfungsheizfläche als auch die Bildung von Ansätzen in den Rohren; er reicht ferner zum Aufnehmen und Abführen des zusammen mit dem Überschußwasser aus dem Dampf ausgeschiedenen Staubes aus. Durch das, wie üblich, zwischen der Verdampfungs- und der Überhitzerheizfläche erfolgende Abscheiden des Wasserüberschusses wird das Mitreißen von Wasser in den Überhitzer auch bei Belastungsstößen vermieden. Der im Abscheider oder einem damit verbundenen Gefäß sich einstellende Wasserspiegel kann. in bekannter Weise wie bei den üblichen Dampfkesseln zur Überwachung und Regelung der Speisung benutzt werden. Die bisher sehr schwierige Speisewasserfrage wird auf einfachste Weise gelöst. Wenn beispielsweise von einer gemäß der Erfindung arbeitenden Schiffskesselanlage in einem bestimmten Zeitabschnitt ioo kg Dampf erzeugt werden, dann werden gleichzeitig iio kg Speisewasser, die sich aus 95 kg zurückgewonnenem Kondensat und 15 kg Seewasser zusammensetzen, in den Kessel gespeist, und es werden iö kg Wasser mit der anderthalbfachen Salzkonzentration des Seewassers wieder nach See abgeleitet. Die Zunahme der Konzentration ist so gering, daß Salzausscheidungen im Kessel oder Abscheider nicht auftreten können.By means of the measures proposed according to the invention, all of the disadvantages mentioned at the beginning can be avoided. The regulated low water excess prevents overheating of parts of the evaporation heating surface as well as the formation of deposits in the pipes; it is also sufficient to absorb and discharge the dust separated from the steam together with the excess water. By separating the excess water, as usual, between the evaporation and the superheater heating surface, the entrainment of water into the superheater is avoided even in the event of load surges. The water level in the separator or in a vessel connected to it can. can be used in a known manner as in conventional steam boilers for monitoring and regulating the feed. The feed water issue, which has been very difficult up to now, is solved in the simplest way. For example, if a ship's boiler system operating according to the invention generates 100 kg of steam in a certain period of time, then simultaneously 100 kg of feed water, which is composed of 95 kg of recovered condensate and 15 kg of seawater, is fed into the boiler, and 10 kg of water are fed into the boiler with one and a half times the salt concentration of the lake water diverted back to the lake. The increase in concentration is so small that salt precipitations cannot occur in the boiler or separator.

Infolge ihrer Unempfindlichkeit gegen ungeeignetes Speisewasser können die gemäß der Erfindung arbeitenden Dampferzeuger sogar in Dampfanlagen, wo sich bereits andere Kessel der üblichen Bauart befinden, zum Erzeugen des für die anderen Kessel erforderlichen Zusatzwassers dienen.As a result of their insensitivity to unsuitable feed water, the steam generator working according to the invention even in steam systems where other boilers of the usual design are already located to generate the for the others Boiler required make-up water are used.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Kessels, der gemäß der Erfindung arbeitet, in einem Schnitt veranschaulicht.In the drawing is an embodiment of a boiler according to of the invention works, illustrated in a section.

Der Feuerraum i wird durch eine Reihe von Ölbrennern 2 beheizt und setzt sich nach oben in einem sich teils stufenweise, teils stetig verengenden Rauchgaszug 3, 5 mit Luftvorwärmer4 fort. Ein Gebläse 6 drückt die Verbrennungsluft durch den Luftvorwärmer 4 und die beiderseitigen Heißluftleitungen 7 zu den Ölbrennern 2.The combustion chamber i is heated by a series of oil burners 2 and sits up in a partly gradual, partly steadily narrowing flue gas flue 3, 5 continue with air preheater4. A fan 6 pushes the combustion air through the Air preheater 4 and the hot air lines 7 on both sides to the oil burners 2.

Durch die Leitung 8 gelangt das von der nicht dargestellten Kraftmaschinenanlage zurückgewonnene Kondensat in einen Sammelbehälter g. Soweit das Kondensat zur Speisung des Kessels nicht ausreicht, wird ihm durch Leitung io Rohwasser aus einem Behälter ii mit Zuführungsleitung 12 zugesetzt. Falls das Rohwasser viel Bicarbonate und andere schon bei Erwärmung ausfallende Bestandteile enthält, kann ihm aus einem Behälter 13 zur Erhöhung der Löslichkeit jener Bestandteile in üblicher Weise Säure in regelbarer Menge zugesetzt werden. Eine Pumpe 14 fördert das Speisewassergemisch aus dem Behälter g durch eine Leitung 15 in einen Entgaser und Mischvorwärmer 16, dem durch eine Leitung i7 mit Regelventil 18 Abdampf zugeführt wird. In die Leitung 15 ist ein Wärmeaustauscher 22 eingeschaltet, worin das aus dem Kessel abfließende Überschußwasser, bevor es bei 23 abläuft, den letzten Teil seiner Wärme an das Speisewassergemisch abgibt.The line 8 passes from the engine system (not shown) recovered condensate in a collecting tank g. So much for the condensate for the supply the boiler is not sufficient, raw water is fed to it from a container ii with feed line 12 added. If the raw water has a lot of bicarbonates and contains other components that precipitate when heated, it can consist of a Container 13 for increasing the solubility of those constituents in the usual way acid can be added in a controllable amount. A pump 14 conveys the feed water mixture from the container g through a line 15 into a degasser and mixing preheater 16, to which exhaust steam is fed through a line i7 with control valve 18. Into the line 15, a heat exchanger 22 is switched on, in which the outflow from the boiler Excess water, before it drains at 23, transfers the last part of its heat to the feed water mixture gives away.

Aus dem Entgaser und Mischvorwärmer wird das gasfreie Speisewassergemisch von der Speisepumpe 24 mit einem Druck von z. B. i2o atü durch die Leitungen 25 und 26 in den Speisewasservorwärmer 27 gedrückt, der sich im obersten Teil des Rauchgaszuges 3 befindet. Die Speiseleitung 25 mündet in einen Wärmeaustauscher 34, worin das aus dem Kessel abfließende Überschußwasser den größten Teil seiner Wärme in an sich bekannter Weise durch Heizflächen hindurch ah das Speisewasser abgibt. Aus dem Speisewasservorwärmer 27, der aus Sammelkästen 35 und 36 und diese verbindenden Rohrschlangen 37 besteht, gelangt das auf z. B. Zoo ° vorgewärmte Speisewasser in die aus Rohrbündeln 40 mit Eintrittssammelkasten 39, Zwischensammelkästen 43 und Austrittssammelkasten 44 bestehende Strahlungsheizfläche des Dampferzeugers, die vor den Wänden 38, 41, 42 des Feuerraumes i hängend angeordnet ist. Das aus den Sammelkästen 44 austretende Dampfwassergemisch gelangt dann in die erste, aus Rohren 49 und 51 mit Zwischensammelkästen 5o bestehende Gruppe der Berührungsheizfläche und von dort in den über der Mitte der Vorderwand 42 auf der Hängedecke 48 liegenden Sammelkasten 52.The gas-free feed water mixture is created from the degasser and mixing preheater from the feed pump 24 with a pressure of e.g. B. i2o atü through lines 25 and 26 pressed into the feedwater preheater 27, which is located in the uppermost part of the flue gas flue 3 is located. The feed line 25 opens into a heat exchanger 34, in which the Excess water flowing out of the boiler takes up most of its heat in itself known way through heating surfaces ah gives off the feed water. From the feed water preheater 27, which consists of collecting tanks 35 and 36 and coils 37 connecting them, that comes to z. B. Zoo ° preheated feed water in the tube bundles 40 with Inlet header 39, intermediate header 43 and outlet header 44 existing Radiant heating surface of the steam generator in front of the walls 38, 41, 42 of the furnace i is arranged hanging. The steam-water mixture emerging from the collecting tanks 44 then enters the first, consisting of tubes 49 and 51 with intermediate collecting boxes 5o Group of the touch heating surface and from there to the one above the center of the front wall 42 collecting box 52 lying on the suspended ceiling 48.

Aus dem Sammelkasten 52 strömt das nun schon ziemlich dampfreiche Dampfwassergemisch durch die Rohrleitung 53 in den unteren Sammelkasten 54 der zweiten Gruppe der Berührungsheizfläche, die durch Rohrtafeln 55 gebildet wird. Die Rohrstränge der Rohrtafeln 55 münden in einen Sammelkasten 56, von dem aus das Dampfwassergemisch durch ähnliche Rohrtafeln 57 der. dritten Gruppe. der Berührungsheizfläche in einen Sammelkasten 58 gelangt. bie Rohrtafeln 55 und 57 sind -am hinteren Ende an hitzebeständigen Aufhängungen 59, 6o, 61, 62, 63 aufgehängt.The steam-water mixture, which is now quite rich in steam, flows from the collecting box 52 through the pipeline 53 into the lower collecting box 54 of the second group of the contact heating surface, which is formed by tube panels 55. The pipe strings of the pipe panels 55 open into a collecting box 56, from which the steam water mixture through similar pipe panels 57 of the. third group. the contact heating surface arrives in a collecting box 58. The tube panels 55 and 57 are - at the rear end suspended from heat-resistant suspensions 59, 6o, 61, 62, 63.

In den beiden Rohrbündeln 55 und 57 der Nachheizfläche wird das Dampfwassergemisch bis auf den Wasserüberschuß verdampft. Dampf und Wasserüberschuß gelangen aus dem Sammelkasten 58 durch eine Rohrleitung 64 in einen Fliehkraftabscheider 65, der in seinem oberen Teil zahlreiche Windungen eines schraubenförmigen Dampfführungskanals 66 enthält. Dieser schraubenförmige Kanal 66 ist an dem abnehmbaren Deckel 67 des Abscheiders 65 befestigt. Die großen Wandflächen des Kanals 66 werden durch den Wasserüberschuß besetzt gehalten, so daß an ihnen der Staubgehalt des Dampfes haftenbleibt und vom Wasserüber-.schuß aufgenommen und fortgeschwemmt wird. Die untersten Schraubengänge des Kanals 66 sind von außen von einem durch eine Anzahl Öffnungen 69 mit diesen Schraubengängen in Verbindung stehenden Ringraum 68 zur Abführung des Wasserüberschusses umgeben. Der unterste Teil des Abscheiders 65 ist als Sammelraum 7o für das Überschußwasser ausgebildet. Zwischen diesem Sammelraum 7o und dem schraubenförmigen Kanal 66 befindet sich der Dampfraum 71 des Abscheiders 65. Der ringförmige Kanal 68. ist durch den Dampfraum 71 hindurch bis in den Wasserraum 7o geführt, steht aber mit dem Dampfraum 71 durch Öffnungen 72, die gegen das Überflutetwerden mit Überschußwasser durch vorstehende Ränder 73 geschützt sind, in Verbindung. Der Abscheider 65 ist mit einer Einrichtung 74 zum Erkennen der Wasserstandshöhe versehen. Der trockene staubfreie Sattdampf wird über dem Wasserspiegel des Wassersammelraumes 7o nach oben umgelenkt und durch ein in der Mitte der Schraubengänge 66 aufwärts führendes Rohr 126 der Leitung 75 und dem E intrittssammelkasten 76 des aus Rohrtafeln 77 bestehenden Ü.berhitzers zugeführt. Die Rohrtafeln 77 münden in den Heißdampfsammelkasten 78, von dem aus der Heißdampf durch die Heißdampfleitung 79 der nicht dargestellten Kraftmaschinenanlage zugeführt wird. Die Rohrtafeln 77 sind am hinteren Ende an hitzebeständigen Aufhängungen 8o aufgehängt, die an einer Hängedecke 81 befestigt sind. Vor den Rohrtafeln 77 befindet sich ein durch eine hitzebeständige Blechtafel abgeteilter Umgehungskanal 82, der durch eine hitzebeständige Regelklappe 83 zwecks Regelung der Heißdampftemperatur in bekannter Weise mehr oder weniger geschlossen werden kann.In the two tube bundles 55 and 57 of the after-heating surface, the steam-water mixture is evaporated down to the excess of water. Steam and excess water pass from the collecting box 58 through a pipe 64 into a centrifugal separator 65, which contains numerous turns of a helical steam duct 66 in its upper part. This helical channel 66 is attached to the removable cover 67 of the separator 65 . The large wall surfaces of the channel 66 are kept occupied by the excess water, so that the dust content of the steam adheres to them and is absorbed by the excess water and washed away. The lowermost screw threads of the channel 66 are surrounded on the outside by an annular space 68, which is connected to these screw threads through a number of openings 69, for discharging the excess water. The lowermost part of the separator 65 is designed as a collecting space 7o for the excess water. The vapor space 71 of the separator 65 is located between this collecting space 7o and the helical channel 66. The annular channel 68 is led through the vapor space 71 into the water space 7o, but stands with the vapor space 71 through openings 72, which are flooded against with excess water are protected by protruding edges 73, in connection. The separator 65 is provided with a device 74 for detecting the water level. The dry, dust-free saturated steam is deflected upwards above the water level of the water collecting space 7o and fed through a pipe 126 leading upwards in the middle of the screw threads 66 to the line 75 and to the internal collecting box 76 of the overheater consisting of pipe panels 77. The pipe panels 77 open into the superheated steam collecting box 78, from which the superheated steam is fed through the superheated steam line 79 to the engine system (not shown). The pipe panels 77 are suspended at the rear end from heat-resistant suspensions 8o which are fastened to a suspended ceiling 81. In front of the pipe panels 77 there is a bypass channel 82 which is divided off by a heat-resistant sheet metal and which can be more or less closed in a known manner by a heat-resistant control flap 83 for the purpose of regulating the superheated steam temperature.

Das Überschußwasser wird aus dem Wassersammelraum 7o des Abscheiders 65 durch das Rohrsystem 87 des Wärmeaustauschers 34, durch die Leitungen 88 und 89 und durch das Rohrsystem 9o des Wärmeaustauschers 22 bei 23 ins Freie geleitet. Auf diese Weise wird die ,veitestgehende Rückgewinnung der im Überschußwasser enthaltenen Wärme erzielt.The excess water is passed from the water collecting space 7o of the separator 65 through the pipe system 87 of the heat exchanger 34, through the lines 88 and 89 and through the pipe system 9o of the heat exchanger 22 at 23 to the outside. In this way, the greatest possible recovery of the heat contained in the excess water is achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: -z. Procedure. for operating a water that is superheated without water circulation and without steam formation by decompression, in which, despite the lack of a water circulation, the boiler water in excess of the amount of water to be evaporated is fed to the boiler system and is discharged from the boiler system after separation from the steam, characterized in that the size of the excess water is selected according to the amount and nature of the harmful components contained in the feed water so that the solubility limit of these components is not fallen below when the water flows through the boiler and these components also after flowing through the boiler in the excess water separated from the steam, the led away from the area of use of the boiler system and z. B. is derived in ship steam power plants directly to the sea, are contained in dissolved form, the solubility of poorly soluble or easily precipitated substances in a known manner when heated, eg. B. by adding a small amount of acid to the feed water, can be increased beforehand.

2. High-pressure tube boiler system for carrying out the method according to claim 1, characterized characterized in that the delivery rate of the feed pump (14, 24) corresponds to the Amount and nature of the harmful components contained in the boiler feed water is measured with an excess by which the solubility limit of these harmful Substances is not fallen below, and that behind the evaporation pipe system Water separator (65) is provided from which the excess water together with the dust content of the vapor adhering to the wetted surfaces of the separator, if applicable after passing through feed water preheaters (22, 34) from the boiler system, z. B. in ship operation outboard is derived.

3. High pressure tubular boiler system according to claim 2, characterized in that the ratio of the excess water to the amount of steam generated with decreasing boiler load is increased by the unfavorable influence of the decrease in the flow rate inside the evaporation tubes (40, 49, 51, 55, 57) and within the separator (65). q .. High-pressure tube boiler system according to claims 2 and 3 with a centrifugal water separator for the excess water with helical channels, the water drainage openings own, characterized in that for the purpose of strong wetting of the first courses (66) and for the purpose of good dust absorption from the steam through the wetted surfaces only the last flow through helical passages (66) with water drainage openings (69) are provided.