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Verfahren zum Kühlen von überhitztem Dampf Bei der Dampferzeugung
ist man im Laufe der Zeit zu immer höheren Drücken und höheren Temperaturen übergegangen.
So ist es jetzt üblich, überhitzten Dampf von Drücken um 3o atü und Temperaturen
von annähernd 35o° C zu verwenden. Derartiger Dampf wird in großem Ausmaß in Dampfturbinen
und anderen Dampfmaschinen wegen des höheren Wirkungsgrades verwendet. Er eignet
sich jedoch vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus nicht für zahlreiche andere Zwecke,
beispielsweise für Heizzwecke, für die Öldestillation u. dgl. Gewöhnlich sind für
Heizzwecke die Kessel auf die Erzeugung von Sattdampf eingestellt; für Kraftanlagen
jedoch, bei welchen es erwünscht ist, die Spitzen durch Abgabe von überhitztem Dampf
in Niederdruckleitungen auszugleichen, ist es zweckmäßig, durch einen Rückkühler,
der jederzeit in Betrieb gesetzt werden kann; die Möglichkeit zur Kühlung des Überschußdampfes
vorzusehen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen von Heißdampf
unter Verwendung eines Kühlers, der eine mit Durchflußrohren für den Heißdampf versehene,
teilweise mit Wasser gefüllte Kammer besitzt,. welche den Wärmeaustausch bewirkt.
Gemäß der Erfindung wird in neuartiger Weise der Übergang der Wärme des überhitzten
Dampfes an das Kühlwasser durch Beeinflussung des Druckes in der teilweise mit Kühlwasser
gefüllten Kammer bzw. der sich aus der Beeinflussung des Druckes ergebenden Temperatur
des Kühlwassers geregelt. Hierbei kann der Druck in der teilweise mit .Kühlwasser
gefüllten Kammer ungefähr gleichbleibend auf einer einstellbaren Höhe gehalten werden.
Die Änderungen des Druckes erfolgen selbsttätig entweder in Abhängigkeit von dem
Druck des aus dem Kühler austretenden Dampfes oder in Abhängigkeit von dem Druck'
des dem Kühler zuströmenden Dampfes.
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Es sind bereits Rückkühlvorrichtungen bekanntgeworden, bei welchen
für die Kühlung ebenfalls eine mit Kühlwasser teilweise gefüllte Kammer verwendet
wird, welche mit Durchflußrohren für den Heißdampf versehen ist. Bei- einer bekannten
Vorrichtung dieser Art soll der Übergang der Wärme von dem überhitzten Dampf an
das Kühlwasser dadurch geregelt werden, daß der Spiegel des Kühlwassers in der Kammer
durch geringe Druckänderungen, die nur unwesentlichen Einfluß auf die Temperatur
in der Kammer haben, höher oder niedriger eingestellt und damit ein größerer oder
kleinerer Teil der von dem überhitzten Dampf durchströmten Rohre unter Wasser gesetzt
wird. Auf diese Weise
läßt sich jedoch, besonders wenn die Belastung
des Kühlers schwankt, nicht immer mit Sicherheit eine einwandfreie Regelung der
entzogenen Wärmemenge erzielen. Durch das in der teilweise mit Wasser gefüllten
Kammer leicht eintretende heftige Aufwallen des Kühlwassers kann nämlich. die gesamte
wärmeleitende Fläche der Kühlrohre, also auch die über den Wasserspiegel hinausragenden
Teile, mit einer Wasserschicht bedeckt werden, so daß der Wärmeaustausch durch Änderung
der Höhe des Wässerspiegels ungünstig beeinflußt wird. Demgegenüber sind bei dem
Verfahren gemäß der Erfindung die Kühlrohre stets vollständig mit Kühlwasser bedeckt.
-Der Spiegel des Kühlwassers ist nur geringen Schwankungen unterworfen, die keinen
wesentlichen Einfluß auf den Wärmeaustausch haben können. Ein weiterer Vorteil der
Erfindung ist der, daß ihre Anwendung es auch ermöglicht, im laufenden Betriebe
eine Kondensation in den Durchflußrohren des Kühlers zu vermeiden, und zwar dann,
wenn der Druck in der mit Kühlwasser gefüllten Kammer über dem des zu kühlenden
Dampfes gehalten wird, da dann die Temperatur des Kühlwassers über der Kondensationstemperatur
des zu kühlenden Dampfes liegt.
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Die Merkmale der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung
erläutert werden, welche beispielsweise eine Ausführungsform der Erfindung im senkrechten
Schnitt darstellt.
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Die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung bestimmte
Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter io mit einem im unteren Teil
angeordneten Primärdampfraum, dessen beide Teile i i, 11a durch die Wand 16 getrennt
sind. Oberhalb dieses Dampfraumes befindet sich eine Stirnplatte 12 und darüber
ein Wasserraum 13. Der Raum 14 im oberen Teil des Behälters oberhalb des Wasserraumes
13 stellt den Sekundärdampfraum dar. Durch eine Anzahl U-förmiger, in der Stirnplatte
i2 eingewalzter Rohre 15 werden beide Seiten des Dampfraumes i i und i 1a verbunden.
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Der im Behälter io anfallende Dampf wird einem zugleich als Wasservorratsgefäß
und als Wasserabscheider dienenden Gefäß 17 durch das Rohr 18 zugeführt. Durch das
Wasserrohr i9 speist das durch eine Speiseleitung 20 mit Wasser versorgte Gefäß
17 den Behälter io.
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Aus der Heißdampfleitung 21 kann durch das Absperrventil 22 Heißdampf
in den Dampfraum i i eingelassen werden. Der Dampf tritt nach dem Durchstreichen
der U-Rohre 15, in denen er die gewünschte Wärmemenge an das Wasser 23 des Wasserraumes
13 abgibt, in den Dampfraum i ia ein und verläßt die Vorrichtung durch die Rohre
24 und 26, geregelt durch die Ventile 25 und 50. Durch das Ventil 5o wird der auf
niedere Temperatur gekühlte Heißdampf in die Niederdruckleitung eingelassen, die
unmittelbar in die Niederdruckdampfleitung oder als Zusatzleitung o. dgl. in den
Betrieb geführt werden kann.
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Von dem Behälter 17 führt, wie üblich, eine Sekundärdampfleitung 27
in das Rohr 26, die zum Mischen von Sekundärdampf mit dem auf niedere Temperatur
gebrachten primären Heißdampf dient.
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Mittels einer durch ein Ventil 29 geregelten Umleitung 28 kann in
bekannter Weise Heißdampf nach Bedarf unmittelbar oder als Zusatzdampf in die Leitung
26 geleitet werden. Für den üblichen Betrieb der Vorrichtung bleibt jedoch das Ventil
29 geschlosssen.
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An der Vorrichtung sind Manometer in geeigneter Weise vorgesehen.
Die Manometer 30, 34 32 und 33 zeigen den Druck in der Heißdampfleitung 2i, dem
Primärdampfraum i i, dem Sekundärdampfraum 14 und der Verteilungsleitung 26 an.
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Ein selbsttätiges Druckregelventil 34 sorgt für die Einhaltung eines
gewünschten Drucks in dem. Sekundärdampfraum 14. Da derartige Regel- und Druckminderventile
bekannt sind, wird auf eine nähere Beschreibung verzichtet.
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Um mit der beschriebenen Vorrichtung die Temperatur. herabzusetzen,
wird folgendermaßen verfaren: Hochgespannter Heißdampf wird durch die Leitung 2i
durch Öffnen des Ventils 22 in die Vorrichtung eingeführt. Es ist von Bedeutung,
daß der Sekundärdampf des Dampfraumes 14 unter gleichem oder höherem Druck als der
Primärdampf in den U-Rohren und dem Dampfraum ii, iia gehalten wird. Dies wird mit
dem Regelventil 34 erzielt, das schon erwähnt wurde.
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Wenn der Druck im Dampfraum 14 über demjenigen des eingeführten Primärdampfes
gehalten wird, liegt die Temperatur des Sekundärdampfes und des Kühlwassers stets
oberhalb des Taupunktes des Primärdampfes, so daß auf diese Weise -jede Kondensation
in den U-Rohren 15 verhindert wird. je höher der durch das Ventil 34 eingestellte
Druck des Sekundärdampfes im Raum 14 ist, desto heißer ist auch das Kühlwasser im
Kessel 13 und um so größer ist auch die im Kühler erzielte Temperatur des Primärdampfes.
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Der Wasserstand 23a im Kessel 13 wird vorzugsweise über den Rohren
15 gehalten. Da somit von den Rohren 15 nichts aus dem Wasser herausragt, wird die
Möglichkeit des Mitreißens von Wasser in den Sekundärdampf vermindert. Wo sich nämlich
Rohre senkrecht nach oben über den -Wasserspiegel
hinaus erstrecken,
können an der Wasseroberfläche Spritzer entstehen, die leicht vom Dampf mitgerissen
werden.
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Durch das Arbeiten des Kessels unter Druck wird noch ein weiterer
Vorteil erzielt, indem der Sekundärdampf verdichtet gehalten wird und das aus dem
Kessel 14 abzunehmende Dampfvolumen verkleinert. Auch dadurch wird die Möglichkeit
des Mitreißens von Wasser vermindert.
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Das Rohr 2o dient zum Einführen von Speisewasser. Der Wasserstand
23a wird durch einen geeigneten Speisewasserregler 23° gehalten. Alles Wasser, das
durch den aus dem Kessel 14 austretenden Sekundärdampf mit in den Behälter 17 mitgerissen
wird, trennt sich hier vom Dampf und erzeugt einen Kreislauf in der Vorrichtung.
Selbstverständlich kann die Anordnung und Ausbildung des Wasserbehälters und Abscheiders
17 beliebig verändert werden, ohne die Arbeitsweise zu beeinflussen. So kann der
Behälter 17 beispielsweise waagerecht gelagert oder unter bestimmten Bedingungen
auch ganz fortgelassen werden. -Wie aus der Abbildung hervorgeht, ist ein Ventil
5o hinter dem Eintritt der Sekundärdampfleitung 27 in die Niederdruckleitung 26
vorgesehen. Wenn die Vorrichtung mittels dieses Ventils geregelt wird, kann der
Druck in dem Sekundärdampfraum nicht unter den im Primärdampf raum i i, i ia fallen.
Dieser Zustand kann durch Reglung der Vorrichtung mittels des Ventils So erreicht
werden, auch wenn das Ventil 34 ganz geöffnet ist oder gar fehlt. Wenn anderseits
im Sekundärdampfraum ein höherer Druck gewünscht wird als im Primärdampfraum, so
läßt sich dies mit Hilfe des bereits beschriebenen Regelventils 34 erzielen.