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Quecksilberdampfkessel Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampfkessel,
der aus Trommeln, Leitungen und ähnlichen Einzelheiten zur Erzeugung von Dampf aus
einer Flüssigkeit besteht, insbesondere zur Erzeugung von Quecksilberdampf. Solche
Kessel bestehen meist aus einer Feuerung, einer oder mehreren Trommeln und Heizeinheiten.
Die Heizeinheiten dienen zur Zuleitung der Flüssigkeit und zur Ableitung des erzeugten
Dampfes. Die Heizeinheiten bestehen zum Teil aus Rohren, welche die Feuerungswände
bedecken, um sie zu schützen. Die Flüssigkeit wird vorzugsweise durch außerhalb
.der Feuerung liegende Rohre nachdem unteren Teil des Kessels geleitet und strömt
dann durch an den Feuerungswänden angeordnete Rohre innerhalb der-Feuerung aufwärts,
wobei die Flüssigkeit erhitzt und verdampft wird. Die unteren Enden der äußeren
Flüssigkeitsrohre und der innerhalb der Feuerung liegenden Heizrohre sind verbunden.
Die oberen Enden der Heizrohre münden in eine Trommel, vorzugsweise über ein oberes
Sammelrohr. -Die Erfindung bezweckt eine weitere Ausgestaltung und Verbesserung
von Kesseln dieser Art, insbesondere zur Erzeugung von Quecksilberdampf, wobei besonders
die Beseitigung einiger Schwierigkeiten angestrebt wird, die mit dem hohen spei.
Gewicht .des Ouecksilbers zusammenhängen.
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Die Verdampfungstemperatur einer Flüssigkeit hängt von dem Druck ab.
Die Verdampfungstemperatur von Wasser ist beispielsweise bei einem Druck von i Atrn.
ioo° C. Das trifft jedoch nur zu für .die Wasserteilchen, die sich auf der freien
Ober-Räche des Wassers befinden. Ein Wasserteilchen, das sich unterhalb der Oberfläche
des Wassers befindet, steht unter .dem Druck der entsprechenden Wassersäule und
hat infolgedessen einen Verdampfungspunkt, der über 10o° C liegt, weil der Druck
durch die Wassersäule erhöht wird. Je tiefer ein Wasserteilchen unter der Wasseroberfläche
liegt, desto höher ist auch seine Verdampfungstemperatur. Dieser erhöhte Druck hängt
nicht nur von der Tiefe, in welcher sich .das Flüssigkeitsteilchen unter der Oberfläche
befindet, sondern auch von -dem spez. Gewicht der Flüssigkeit ab. Der EinfluB des
spez. Gewichtes ist beispielsweise bei Quecksilber ganz beträchtlich, weil Quecksilber
ein spez. Gewicht besitzt, das 13mal höher ist als dasjenige von Wasser. Infolgedessen
liegt auch der Verdampfungspunkt von Quecksilber mit wachsender Tiefe des Ouecksilberteilchens
ganz erheblich höher. Die Festigkeitsbeanspruchungen
der Heizrohre
sind daher um so größer, je länger die Heizrohre sind, d. h. also, je höher ,die
Drücke und die Temperaturen in den unteren Enden der Rohre sind. Es ist bekannt,
@daß ,die Festigkeit von Stahl mit steigender Temperatur sinkt, so daß es vorteilhaft
ist, die Heizrohre möglichst kurz zu halten.
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Die Leistungsfähigkeit eines Kessels kann infolgedessen nur erhöht
werden durch Ausbreitung der Heizfläche in der waagerechten Richtung, d. h. durch
Vergrößerung der Länge und der Breite der Feuerung. Das erfordert wiederum eine
größere Bodenfläche für die Feuerung, was in vielen Fällen unerwünscht ist. Die
Erfindung betrifft nun: eine Anordnung von Heizrohren, bei der die Rohre insbesondere
als Schutzrohre für die Feuerungswände bis zu einer geeigneten Höhe oder Länge vorgesehen
sein können. Die Erfindung besteht darin, .daß die Schutzrohre der Feuerungswände
unterteilt sind, indem eine Mehrzahl von Wandschutzeinheiten von verschiedenen Längen
vorgesehen sind. Diese Einheiten besitzen vorzugsweise in bestimmten Höhen eigene
Sammelrohre, denen die Flüssigkeit von derKesseltrommel durch eine besondere Leitung
zufließt. Bei -dieser Anordnung der Heizrohre wird der statische Druck der Flüssigkeit
in jeder Einheit bestimmt :durch die Lage des Sammelrohres der Einheit, wobei der
statische Druck unabhängig ist von der senkrechten Entfernung zwischen dem Sammelrohr
der Einheit und der Isesseltrommel oder dem vorgeschalteten Sammelrohr, aus welchem
die Flüssigkeit der Einheit zufließt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im nachfolgenden beschrieben.
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Die Abb. z zeigt einen Dampfkessel, vorzugsweise einen Quecksilberdampfkessel
gemäß der Erfindung im Teilaufriß.
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Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit.
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Die Abb. 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten von
Einzelheiten aus den Abb. i und 2.
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In Abb. i ist io eine Kesseltrommel, an deren unterem Teil eine Mehrzahl
von Heiz-und Verdampfungsrohren ii angebracht ist. Inder Trommel ist ein Füllkörper
12 vorgesehen, um die erforderlicheQuecksilbermenge zu verringern. Die Trommel mit
den Heizrohren ist in einer Feuerung untergebracht, deren Wände mit 13 und 14 bezeichnet
sind. Die Mittel zum Erzeugen und Zuführen der Wärme sind der Einfachheit halber
in der Zeichnung fortgelassen worden. Ein Rohr 15 leitet den erzeugten Dampf zur
Verbrauchsstelle. Die Flüssigkeit gelangt durch das Rohr 16 in die Trommel. Erfindungsgemäß
sind ein oder mehrere Heizeinheiten unterhalb der Trommel in verschierdenen Höhen
vorgesehen. Bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen sind drei Heizeinheiten
17, i8 und i9 vorgesehen, deren jede ein Sammelrohr 2o, 21, 22 besitzt, die sich
am oberen Ende jeder Heizeinheit befinden. Das Sammelrohr 2o erhält das flüssige
Quecksilber durch das Rohr 23, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die einen
weiteren Zufluß des flüssigen Quecksilbers verhindert, sobald der Quecksilberspiegel
in der Trommel io unter eine bestimmte Höhe sinkt, insbesondere unter den Flüssigkeitsspiegel
des Kessels in kaltem Zustande. Bei der Einrichtung nach Abb. i wind dies dadurch
erreicht, daß das obere Ende des Leitungsrohres 23 an die Trommel io an einer Stelle
einmündet, die sich oberhalb des kalten Quecksilberspiegels der Trommel befindet.
Das in die Trommel einmündende Ende des Rohres 23 ist durch die Trommelwand durchgeführt
und in einer Platte 24 befestigt, wobei diese Befestigungsstelle oberhalb des kalten
Ouecksilberspiegels liegt. Die Heizeinheit 17 besitzt ferner ein Heizelement 25,
das innerhalb der Feuerung an der Feuerungswand 13 senkrecht angeordnet ist und
eine Mehrzahl von Heizrohren enthält. Dieses Heizelement soll im weiteren als das
Steigrohr bezeichnet werden, weil die Strömung innerhalb dieses Heizelementes aufwärts
gerichtet ist. Das obere Ende dieses Steigrohres ist durch eine Leitung 26, die
die Feuerungswand 13 durchdringt, mit dem Sammelrohr 2o verbunden, wobei das Rohr
26 in das Sammelrohr oberhalb des O_uecksilberspiegels einmündet. Das untere Ende
des Steigrohres 25 ist durch ein Rohr 27 mit dem unteren Teil des Sammelrohres 2o
verbunden, wobei der untere Teil 28 des Rohres 27 die Feuerungswand 13 durchdringt.
Das Rohr 27 soll im weiteren als Fallrohr bezeichnet werden. Das Sammelrohr 2o ist
teilweise mit flüssigem Quecksilber 2g gefüllt.
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Im Betriebe wird die Flüssigkeit in den Steigrohren erhitzt und teilweise
verdampft. Der Druckunterschied in der Flüssigkeit der Fallrohre und der Steigrohre
erzeugt einen Zustrom aus den Steigrohren in das Sammelrohr 20, während die Flüssigkeit
aus dem Sammelrohr durch das Fallrohr 27 abwärts fließt, so daß ein stetiger Umlauf
erfolgt. Der entstehende Dampf strömt aus dem Sammelrohr 2o durch die Leitungen
30 und 3i aus dem oberen Teil des Sammelrohres zurTrominel io. Als Ersatz
für das verdampfte Quecksilber fließt flüssiges Quecksilber durch Rohr 23 dem Sammelrohr
ao zu. Die Speisung durch das Rohr 23. setzt ein bald nach Inbetriebsetzung des
Kessels, da in den Heizrohren
i i sich eine große Quecksilbermenge
befindet, die beim Anheizen aus den Heizrohren i i herausgedrängt wird und ein schnelles
Steigen des Flüssigkeitsspiegels in der Trommel io verursacht.
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Die Heizeinheiten 18 und i9 sind der Heizeinheit 17 ähnlich. Die Heizeinheit
18 besitzt außer dem Sammler 21 ein Fallrohr 32 und ein Steigrohr 33. Die Verbindungen
mit dem Sammler 21 sind in genau der gleichen Weise hergestellt wie bei der Heizeinheit
17. Der Sammler 21 erhält die Flüssigkeit durch die Leitung 34 aus dem Sammler 2o
der Heizeinheit 17. Die Leitung 34 ist mit dem Sammler 20 so verbunden, daß sie
Flüssigkeit erhält, sobald der Flüssigkeitsspiegel im Sammler 20 über den kalten
Flüssigkeitsspiegel steigt. Infolgedessen hört der Zufluß von Quecksilber zum Sammler
21 auf, sobald der Flüssigkeitsspiegel bis auf den kalten sinkt. Erreicht wird das
dadurch, daß das obere offene Ende des Rohres 34 bis zu der erforderlichen Höhe
in den Sammler 2o hineinragt.
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Das Verhältnis der Heizeinheit 18 zum Sammler 2o ist das gleiche wie
das Verhältnis der Heizeinheit 17 zur Trommel io. Im Betriebe erfolgt in den Rohren
der Heizeinheit i8 der gleiche Umlauf, wobei der erzeugte Dampf durch das Rohr 35
in das Rohr 30 und durch dieses in die Trommel io gelangt.
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Die Heizeinheit ig besitzt ebenfalls einen Sammler 22, ein Fallrohr
36 und ein Steigrohr 37. Die Wirkungsweise dieser Heizeinheit ist die gleiche. Die
Flüssigkeit fließt dem Sammler 22 durch das Rohr 38 zu, während der Dampf in das
Rohr 30 gelangt. Das Rohr 38 ragt in den Sammler 21 mit seinem offenen Ende
bis zum kalten Flüssigkeitsspiegel hinein.
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Durch diese Unterteilung wird erreicht, daß die Druckunterschiede
an den oberen und unteren Enden der einzelnen Heizeinheiten nicht groß sind, also
auch nicht die-Temperaturunterschiede. Dadurch wird ermöglicht, Dampfkessel von
jeder erforderlichen Höhe zu bauen. Die Anordnung der Sammelrohre für jede Heizeinheit
gestattet die Verwendung kurzer Rohre, wodurch an Rohren und an Flüssigkeit gespart
wird. Infolge der geringen Drücke und Temperaturen der Steigrohre sind auch die
Spannungen in den Rohren geringer, also ihre Lebensdauer länger.
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Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit mit einer Trommel
40, einem Dampfableitungsrohr 41, einem Flüssigkeitszuleitungsrohr 42, Heizrohren
43 innerhalb der Feuerungswände 44. Eine Heizeinheit 45 liegt unterhalb der Trommel
und besteht aus einem Sammler 46, einem Fallrohr 47 und einem Steigrohr 4.8, das
durch das Rohr 49 an den Sammler angeschlossen ist. Im Sammler ist eine Platte 5o
vorgesehen, um zu verhindern, daß ,der durch das Rohr 49 in den Sammler eintretende
Dampf den freien Zufluß der Flüssigkeit zum Fallrohr 47 stört. Der Sammler 46 wird
gespeist aus der Trommel 4o durch ein Rohr 51, in welchem ein Flüssigkeitsverschluß
52 in Gestalt eines U-förmigen Krümmers vorgesehen ist. Dieser Krümmer soll verhüten,
daß Dampf aus dem Sammler 46 in die Trommel 4o gelangt. Zum Abführen des(Dampfes
aus dem Sammler 46 zur Trommel 4o dient eine Leitung 53.
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Das in .den Sammler 46 einmündende Ende .der Leitung 53 besitzt mehrere
Zweigrohre, die in verschiedenen Höhen im Sammler enden, Steigt der Flüssigkeitsspiegel
im Sammler 46, so werden einzelne dieser Zweigrohre durch die Flüssigkeit verschlossen.
Nach Abb. 2 ist beispielsweise nur dasZweigrohr mit dem an höchster Stelle vorgesehenen
Ende für den Eintritt .des erzeugten Dampfes frei, während die beiden anderen Zweigrohre
verschlossen sind. Infolgedessen steigt der Druck im Sammler 46, wodurch ein weiterer
Zufluß von flüssigem Quecksilber aus der Trommel 4o erst dann wieder. ermöglicht
wird, wenn der Flüs.sigkeitsdrurk an der Einmündungsstelle des Rohres 51 in die
Trommel 4o auch genügend hochgestiegen ist. Es wird durch diese Einrichtung erreicht,
daß der Flüssigkeitsspiegel in der Trommel 40 ganz beträchtlich über den kalten
Flüssigkeitsspiegel steigen kann.
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Das verzweigte Rohr 53 hat ferner zur Folge, daß beim Steigen des
Flüssigkeitsspiegels im Sammler 46 der Dampfstrom gedrosselt wird, so daß in der
Trommel 40 ein Flüssigkeitsspiegel eingehalten werden kann, der wesentlich über
dem kalten Flüssigkeitsspiegel liegt.
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In der Abb. 3 ist 54 die Trommel, 55 der Sammler der obersten Heizeinheit
und 56 das Flüssigkeitsrohr von der Trommel zum Sammler, welches in den Sammler
55 so weit hineinragt, daß das - offene Rohrende unterhalb des kalten Flüssigkeitsspiegels
liegt. Um zu verhüten, daß Flüssigkeit aus der Trommel in den Sammler gelangt, wenn
der kalte Flüssigkeitsspiegel in der Trommel erreicht ist, ist in dem Rohr 56 ein
bogenförmiger Teil 57 vorgesehen, dessen höchster Punkt oberhalb des kalten
Flüssigkeitsspiegels der Trommel liegt.
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In Abb.4 ist 59 die Trommel, 58 das Dampfrohr zu einer anderen Trommel
oder zu einem Sammler 6o. In der Zuleitung von der Trommel zum Sammler ist ein Ventil
61 vorgesehen, das durch eine Feder 62 geschlossen wird. Die Feder ist so eingestellt,
daß
das Ventil nur dann geöffnet werden kann, wenn der statische
Druck der Flüssigkeitssäule oberhalb des Ventils höher ist als ' der statische Druck,
der dem kalten Flüssigkeitsspiegel in der Trommel entspricht. Bei den Ausführungen
nach den Abb: 3 und 4 wird eine Speisung der Sammler verhindert, wenn .der Flüssigkeitsspiegel
in der Trommel unter den kalten Spiegel sinkt oder wenn ein anderer festgesetzter
niedrigster Flüssigkeitsspiegel erreicht ist.