DE610684C

DE610684C - High pressure steam generation using the circulation process

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Publication number: DE610684C
Application number: DER74086D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1928-03-18
Filing date: 1928-03-18
Publication date: 1935-03-14

Description

Hochdruckdampferzeugung nach dem Umwälzverfahren Hochdruckdampf nach dem Umwälzverfahren herzustellen., ist bekannt. Die Vorteile des mittelbaren Umwälzverfahrens liegen in erster Linie in dem Umstand begründet, daß die im Feuer liegenden Heizflächen stets gereinigtes Wasser oder reinen Dampf bekommen. Bei chemischen Betrieben ist es z. B. ganz besonders schwierig, Kessel nach gewöhnlicher Bauart rein zu halten, weil. der abgegebene Dampf in chemischen Prozessen verwendet wird und eine Gewinnung von Kondensat nicht gestattet. Unter Umständen sind deshalb ioo % Frischwasser zuzusetzen. Schon bei 15 bis 2o % Zusatz verbietet sich jedoch das D,estilliexverZahren wegen der hohen Betriebskosten von selbst. Die Anwendung des Umwälzverfahrens ermöglicht es aber, bei höchsten Drücken ungereinigtes oder nur chemisch gereinigtes Wasser zu verwenden, weil der ansetzende Kesselstein Leicht durch Abklopfen von den Außenflächen der Heizschlange in; der weit ab von der eigentlichen Feuerung liegenden Verdampfertrommel entfernbar ist. Nun ist die Verwendung überhitzten Dampfes zur Dampferzeugung an sich bekannt. Dabei ist es an sich zunächst gleichgültig, ob es sich um die Erzeugung niedriger gespannten Dampfes aus höher gespanntem Dampf oder umgekehrt um die Erzeugung höher gespannten Dampfes aus niedrig gespanntem Dampf handelte. Bei einer bekannten Anordnung wird zwar auch überhitzter Dampf als Kreislaufmittel angewendet. Der Kreislauf ist hier aber unvollständig ,insofern, als der Dampf in den Speisewasserinhalt einer unbeheizten; Kesseltrommel im Mischverhältnis eingeleitet wird und damit an etwaigen Unreinheiten des Speisewassers teilnehmen kann. Ferner erfordert das bekannte Verfahren eine Kreis-Laufpumpe, die bei etwa 2o atü allein 15 % der Kesselleistung aufzehrt, :ein Umstand, der dieses Verfahren im allgemeinen nur für Kessel von über ioo atü geeignet erscheinen, läßt und sich in Anschaffung und Betrieb teuerer gestaltet als das nachbeschriebene neue Verfahren. .It is known to produce high-pressure steam using the circulation process. The advantages of the indirect circulation process are primarily based on the fact that the heating surfaces in the fire always receive purified water or pure steam. In chemical companies it is z. B. particularly difficult to keep the boiler of the usual design clean, because. the steam emitted is used in chemical processes and the extraction of condensate is not permitted. Therefore 100% fresh water may have to be added. Even at 1 5 to 2o% addition, however, the D, estilliexverZahren bans because of high operating costs on its own. However, the application of Umwälzverfahrens makes it possible to use unpurified or at high pressure is only chemically purified water, because the-faceted scale light by knocking off the outer surfaces of the heating coil in; the evaporator drum, which is located far from the actual furnace, can be removed. The use of superheated steam for generating steam is now known per se. In this respect, it is initially irrelevant whether it was a question of generating lower-tension steam from higher-tension steam or, conversely, generating higher-tension steam from lower-tension steam. In one known arrangement, superheated steam is also used as a circulating medium. The cycle is incomplete here, as the steam in the feed water content is unheated; Boiler drum is introduced in the mixing ratio and can thus participate in any impurities in the feed water. Furthermore, the known method requires a circulating pump that consumes 15% of the boiler output at around 20 atmospheres, a fact that makes this method generally only suitable for boilers of over 100 atmospheres and is more expensive to purchase and operate than the new method described below. .

Bei einem anderen bekannten Verfahren arbeitet das Heizelement in der Hauptsache im Sattdampfgebiet. In einer dieses Verfahren schildernden Druckschrift wird - zwar auch von überhitztem Heizdampf gesprochen; jedoch hat es sich bei der praktischen Durchkonstruktion stets als notwendig erwiesen, einen die siedende Flüssigkeit enthaltenen Sammelkessel zwischenzuschalten, so daß eine überhitzungstemperatur, diewesentlich über der Siedetemperatur liegt, praktisch nicht möglich erscheint. Steigt die Unsauberkeit der Heizflächen in der Verdampfertrommel, so liegt der Heizdampfdruck 3o bis 4o atü höher als der Nutzdampfdruck. Bei 6o atü Arbeitsdruck liegt er beispielsweise bei etwa 9o bis iooatü. Dieses Verfahren stellt sich deshalb außerordentlich teuer, weil für die Armaturen, Heizschlangen und Heizelemente hochwertige, starkwandige Baustähle verwendet werden müssen.In another known method, the heating element operates in the main thing in the saturated steam area. In a document describing this process it is also referred to as superheated heating steam; however, the practical thorough construction always proved necessary, one the boiling liquid interposed collecting boiler, so that an overheating temperature, which is substantially higher than the boiling point appears to be practically impossible. If the uncleanliness of the heating surfaces in the evaporator drum increases, the heating steam pressure is down 3o to 4o atü higher than the useful steam pressure. It is, for example, at 6o atm working pressure at about 9o to iooatü. This process is therefore extremely expensive, because for the fittings, heating coils and heating elements, high-quality, thick-walled Structural steels must be used.

Ferner ist ein Hochdruckdampferzeuger mit mittelbarer Beheizung bekannt, bei dem hochsiedende Flüssigkeiten Verwendung finden, die in einer Trommel, ül die Heizschbngen verlegt sind, ihre Wärme an das durch die Rohre fließende Wasser abgeben, um es in Dampf zu verwandeln. Hierbei sind die Rohrschlangen schlecht von innen rein zu halten und zu reinigen. Ferner ist es dabei zweifelhaft, ob sich eine hochsiedende Flüssigkeit findet, die bei der fortwährenden Erhitzung im Umlauf sich nicht zersetzt. Die Heizflüssigkeit ist schwerer als 2. Die Siedetemperatur von mehr als 300° läßt die Anwendung dieses Verfahrens bei Konstruktionen gewöhnlicher Bauart und vorhandenen Kesseln und Lokomotiven als ausgeschlossen erscheinen.Furthermore, a high-pressure steam generator with indirect heating is known, in which high-boiling liquids are used, which are in a drum, the oil Heating coils are laid, give off their heat to the water flowing through the pipes, to turn it into steam. Here the pipe coils are bad from the inside to keep pure and to purify. Furthermore, it is doubtful whether there is a high boiling point Finds liquid that does not decompose when continuously heated in circulation. The heating fluid is heavier than 2. The boiling point is more than 300 ° the application of this method to constructions of ordinary design and existing ones Boilers and locomotives appear to be excluded.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die mittelbare Hochdruckdampferzeugung aus niedriger gespanntem überhitztem Frisch- oder Abdampf schon früher in Vorschlag gebracht wurde. Es handelte sich dabei aber um die Ausnutzung überhitzter Abwärme aus schlecht arbeitenden Kolbendampfmaschinen odtr Dampfturbinen. In einer anderen Druckstelle handelte es sich um die Aufheizung und höhere Verdichtung niedrig gespannten Dampfes in Nebeneinanderschaltung mit einem Niederdxuckkessel durch einen Teil des erzeugten, von der Hauptleitung abgezweigten Hochdruckdampfes. Schließlich sei noch ein Verfahren angeführt, bei dem der zur mittelbaren Beheizung der Hochdrucktrommel dienende Heizdampf niedrigerer Spannung von der letzten Heizstufe einer Verbrauchsstelle zugeführt wird; deren Arbeitsdruck um das erforderliche Druckgefälle niedriger ist als der Druck im Niederdruck, kessel; jedoch wird hierbei der Hochdruckmit dem Niederdruckheizdarnpf in der Kraftmaschine gemischt, also als Nutzdampf weitergeleitet. Der für mittelbare Dampferzeugung unbedingt nach heutigem Stand der Technik zu fordernde geschlossene Kreislauf ist demnach hierbei nicht beachtet, da es sieh in der Hauptsache um eine Zweidruckdampfanlage mit Niederdruck- und Hochdrucknutzdampf handelt. .It should be noted that the indirect high-pressure steam generation from lower pressure, superheated fresh or exhaust steam already suggested earlier was brought. But it was about the utilization of overheated waste heat from poorly working piston steam engines or steam turbines. In another The pressure point was the heating up and higher compression low tensioned Steam in parallel with a low pressure boiler through part of the generated high pressure steam branched off from the main line. Finally be a method cited in which the indirect heating of the high pressure drum Serving heating steam of lower voltage from the last heating stage of a point of consumption is fed; whose working pressure is lower by the required pressure gradient than the pressure in the low pressure, boiler; however, the high pressure is used with the low pressure heater mixed in the engine, that is, passed on as useful steam. The one for indirect Steam generation must be demanded according to the current state of the art Circulation is therefore not taken into account here, since it is mainly about one Two-pressure steam system with low-pressure and high-pressure utility steam. .

Das neue Verfahren, vereinigt bei Verwendung niedrig gespannten hochüberhitzten Wasserdampfes im geschlossenen Kreislauf die Vorteile der vorbeschriebenen Verfahren in sich bei -Vermeidung aller oben angedeuteten Mängel, indem überhitzter Dampf erzeugt wird, dieser sich jedoch nicht im Speiseraum des Nutzdampfkessels oder in der Kraftmaschine vermischt, sondern in einem streng durchgeführten Kreislauf in sich geschlossen bleibt, wobei 'zwar die erzeugte Dampfmenge mehrfach zu überhitzen und umzuwälzen ist, aber ein das ganze Verfahren stark belastendes Pumpwerk vermieden bzw. durch eine einfache kleine Kreiselpumpe ersetzt wird.The new process, combined when using low tension, highly superheated Water vapor in a closed circuit the advantages of the method described above in itself while avoiding all the defects indicated above by using superheated steam is generated, but this is not in the dining room of the steam boiler or in of the prime mover, but in a strictly executed cycle in remains closed, although 'to overheat the amount of steam generated several times and is to be overturned, but avoiding a pumping station that would burden the whole process or is replaced by a simple small centrifugal pump.

In der Zeichnung bezeichnet k die unbeheizte oder auch je nach Wahl mit einem Kesselrolirnetz der Regelbauart verbundene Kesseltrommel. d ist das als Strahlungskessel ausgebildete Heizelement, p der Überhitzen für den Heizdampf, tt der Überhitzen für den Nutzdampf, s sind die Heizschlangen in der Trommel k, m ist der Speisewasservorwäxmer mit der Rohrschlangen. R ist beispielsweise ein Wanderrost, 1 die Speiseleitung, w die Sattdampfleitung, v die HeizwasserrÜcklaufleitung.In the drawing, k denotes the unheated boiler drum or, depending on the choice, connected to a boiler roller network of the standard design. d is the heating element designed as a radiation boiler, p is the superheating for the heating steam, tt is the superheating for the useful steam, s is the heating coils in the drum k, m is the feed water preheater with the pipe coils. R is, for example, a traveling grate, 1 the feed line, w the saturated steam line, v the heating water return line.

In den Rohrschlangen d, die nach bekanntem Verfahren auch in Gruppen geteilt sein können, wird Sattdampf niedriger Spannung (8 bis 15 atü) erzeugt, der im Strahlungsüberhitzer p auf --q::oo bis 500° C und höher, falls Herstellungsrücksichten dies gestatten, überhitzt wird. Dieser Heizdampf geht dann durch die Schlange s und kühlt sich dort auf Verdampfungstemperatur des erzeugten Nutzdampfes ab. Diese Tempew-atur liegt meist über Sattdampftemperatur des Heizdampfes. In bekannter Weise können die Heizelementes geteilt und hintereinandergeschaltet sein, so d'aß die Aufheizung des Heizdampfes auf Höchsttemperatur so oft geschieht, wie dies Druck, Temperatur und Leistung des Nutzdampfkessels erforderlich machen. Soll beispielsweise Nutzdampf von 6a atü mit Heizdampf von ioatü erzeugt werden, so wird der Heizdampf 5- bis 2omal auf ¢50° erhitzt und auf etwa 3oo.° abgekühlt, wobei die Heizdampfumlaufmenge das 0,23- bis ifache des Nutzdampfes betragen muß. Im Vorwärmen m mit Rohrschlangen erfolgt ein weiterer Wärmeaustausch mit dem Speisewasser des Nutzdampfes, das vor oder nach dieser Anwendung durch einen RauchgasvorwäYmer durchgegangen und stufenweise -entsprechend der Wärmeaufnahme auf entsprechende Spannung gebracht sein kann. Der Kreislauf des Heizdampfes bleibt in sich geschlossen. Das Strahlungselement d kanni zur Schonung der feuerfesten Kesselwandungen verwendet werden: Ebenso ist durch Einschaltung einer Umlaufpumpe in die Rücklaufleitung in der Kreislauf ohne weiteres zu sichern oder zu verstärken. Letzterer kann aber auch noch durch entsprechende Höherlegung des Vorwärmers m über die Sehlange d die nötige Gefallhöhe erhalten.. In die Leitung 1 wird zweckmäßig zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens eine stufenweise arbeitende Speisepumpe bekannter Bauart (in- der Zeichnung nicht angedeutet) eingeschaltet, welche von Null auf etwa Heizdruck in den Vorwärxner m hereinpumpt, das vorgewärmte Wasser zurückerhält und hinter dem Vorwärmer m auf Hochdruck in dis Trommel k preßt. Ferner wäre in der Leitung v die bereits oben beschriebene Umwälzpumpe anzuordnen. Schließlich können, wie schon angedeutet, die Schlange s und der überhitzer p mehrfach geteilt werden. Vorerwähnte Kreislaufpumpen sind in bewährter Bauart für Heißwasser von 250o° C und darüber der Technik seit längerer Zeit bekannt und erfordern ganz geringe Kraft.In the coils d, which may be divided by a known method or in groups, saturated steam of low voltage (8-1 5 atm) is generated, the p in the radiation superheaters --q :: oo to 500 ° C and higher, if manufacturing considerations this allow it to overheat. This heating steam then goes through the coil s and cools down there to the evaporation temperature of the useful steam generated. This temperature is usually above the saturated steam temperature of the heating steam. In a known way, the heating elements can be divided and connected in series so that the heating steam is heated to the maximum temperature as often as the pressure, temperature and output of the useful steam boiler make it necessary. If, for example, useful steam of 6a atü is to be generated with heating steam from ioatü, the heating steam is heated 5 to 20 times to ¢ 50 ° and cooled to about 300 °, whereby the amount of heating steam circulating must be 0.23 to times the useful steam. In the preheating m with coils takes place, a further heat exchange with the feed water of the Nutzdampfes that before or passed and after this application by RauchgasvorwäYmer stepwise -according the heat absorption can be brought to appropriate voltage. The heating steam cycle remains closed. The radiation element d can be used to protect the refractory boiler walls: The circuit can also be easily secured or reinforced by switching on a circulation pump in the return line. The latter one can also make by appropriate Höherlegung the preheater m above the Sehlange d the necessary Gefallhöhe obtained .. In line 1 a stepwise operating feed pump of known construction is suitably for further refinement of the method (in- the drawing was not indicated) is turned on, which by Pumps zero to approximately heating pressure in the preheater m, receives the preheated water back and presses it behind the preheater m to high pressure in dis drum k. Furthermore, the circulation pump already described above would have to be arranged in line v. Finally, as already indicated, the coil s and the superheater p can be divided several times. The above-mentioned circulation pumps have been known to technology for a long time in a tried and tested design for hot water of 250 ° C. and above and require very little force.

Neben der Vermeidung der vorhin angegebenen Nachteile bisher bekannter Verfahren besteht noch ein Vorteil darin, daß für die im Feuer liegenden Elemente niedrige Drücke angewendet werden können. Deshalb kann das neue Verfahren mit handelsübliehen, dünnwandigen Rohren durchgeführt werden, weshalb nach rechnerischer Ermittlung es sich um mehr als 20 % billiger als die vorbeschriebenen Verfahren herstellen läßt. Auch eignet sich das beschriebene neue Verfahren ganz besonders für den Umbau vorhandener Niederdruckkessel älterer Bauart und für die zeitgemäßere Ausgestaltung vorhandener Regelspurlokomotiven und deren billigen Umbau in Hächstdrucklokomotiven.In addition to avoiding the disadvantages mentioned above, it is known so far Another advantage is that for the elements lying in the fire low pressures can be applied. Therefore, the new process can be used with commercially available, thin-walled pipes are carried out, which is why after computational determination it can be produced by more than 20% cheaper than the methods described above. The new method described is also particularly suitable for converting existing ones Older design low-pressure boilers and existing ones for the more contemporary design Standard gauge locomotives and their cheap conversion to high-pressure locomotives.

Claims

PATENT CLAIM: High-pressure steam generation according to the circulation process, whereby superheated steam is used as a circulating medium without mixing with the water in the dining room of the utility steam boiler, characterized in that saturated steam of low voltage is first generated, superheated and then fed to the heating element in the utility steam boiler with this low voltage will.