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Quecksilberdampfkessel Die Erfindung bezieht sich auf Quecksilberdampfkessel,
die aus einer Feuerung, einer oder mehreren Kesseltrommeln und einer Fleizrohranlage
bestehen, wobei zum Schutze der Feuerungswände an diesen Heizeinheiten vorgesehen
sind. Die Heizeinheiten besitzen an den Feuerungswänden Heizelemente, die aus einer
Mehrzahl von Heizrohren bestehen und eine Schutzschicht zwischen den Feuergasen
und den Feuerungswänden darstellen. Diese Schutzrohre dienen zur Vergrößerung der
Heizfläche und zum Schutze der Feuerungswände gegen übermäßige Erhitzung.
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Infolge des hohen spezifischen Gewichtes des Quecksilbers bestehen
bei solchen Kesseln gewisse Schwierigkeiten. Wasser verdampft bekanntlich bei roo°
C. Das ist jedoch nur für die an der freien Oberfläche liegenden Wasserteilchen
richtig. Mit der Entfernung der Wasserteilchen von der Oberfläche steigt der Verdampfungsdruck,
also auch die Verdampfungstemperatur. Für Flüssigkeiten mit einem höheren spezifischen
Gewicht trifft das in noch stärkerem Maße zu, weil die Druckerhöhung durch die Flüssigkeitssäule
größer wird. Man kann infolgedessen die Leistung eines Kessels durch Vergrößerung
der Heizfläche nur in der waagerechten Richtung steigern, weil eine Vergrößerung
der Fläche in der senkrechten Richtung eine Steigerung der Verdampfungsdrücke, der
Verdampfungstemperaturen und eine Erhöhung der Festigkeitsbeanspruchung der Kesselteile
zur Folge hat. Eine Vergrößerung der Fläche in waagerechter Richtung bedingt aber
eine größere Grundfläche, was in vielen Fällen unerwünscht oder unmöglich ist. Die
Erfindung bezweckt nun eine Anordnung von Heizrohren, insbesondere von Rohren, die
einen Schutz der Feuerungswände darstellen sollen, bei der eine Vergrößerung der
Heizfläche in beliebiger Höhe oder Länge möglich ist. Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe auf die Weise gelöst, daß die Wandschutzrohre unterteilt sind, indem mehrere
Wandschutzeinheiten in verschiedenen Höhen angeordnet sind. Jede Einheit besitzt
dabei einen eigenen Sammler, der von der Kesseltrommel die Flüssigkeit über eine
Überströmeinrichtung erhält. Durch die Erfindung wird erzielt, daß jede Heizeinheit
einen statischen Flüssigkeitsdruck hat, der nur von der Lage des Sammlers abhängt
und von der senkrechten Entfernung zwischen Sammler und Trommel unabhängig ist.
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Weitere Einzelheiten sind im nachfolgenden beschrieben.
Abb.
i zeigt eine Vorderansicht zum Teil im Schnitt eines Quecksilberdampfkessels gemäß
der Erfindung; Abb. 2 ist, eine perspektivische Ansicht deF Kessels nach Abb. i;
die Abb. 3, 4 und 5 zeigen im Schnitt und in Ansicht Einzelheiten aus den Abb. i
und 2; Abb. 6 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Kessels gemäß der Erfindung.
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1n einer Feuerung io mit der Feuerungswand i i sind mehrere Kesseltrommeln
12 vorgesehen. Benachbarte Trommeln sind durch Ausgleichrohre 13 verbunden, die
durch die .Rohre 15 aus einem Sammelrohr 14 gespeist werden. Jede Trommel ist an
ein Dampfsammelrohr 16 angeschlossen, welches den Dampf zur Verbrauchsstelle, beispielsweise
zu einer Quecksilberdampfturbine 17 führt. Aus dieser gelangt der Dampf in den Kondensator
18 und aus diesem wieder zum Sammelspeiserohr 14. Die Ausgleiefirohre 13 sind an
die Trommeln vorzugsweise oberhalb des kalten Flüssigkeitsspiegels angeschlossen,
während das Hauptspeiserohr 14 oberhalb der Trommeln liegt, so daß keine Flüssigkeit
bei kaltem Zustande des Kessels sich in den Rohren 13 oder in dem Speiserohr 14
befinden kann.
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Die Trommeln besitzen an der Unterseite Heizrohre i9, die in die Feuerung
hineinragen. Außerdem sind an den Feuerungswänden Heizrohre vorgesehen, die aus
den Trommeln mit flüssigem Quecksilber gespeist werden und den erzeugten Dampf den
Trommeln zuleiten.
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Erfindungsgemäß sind diese Heizeinheiten an den Feuerungswänden in
verschiedenen Höhen angeordnet. Nach Abb. i sind Sammler 2o außerhalb der Feuerung
und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in den Trommeln vorgesehen. Diese Sammler
sollen als untere Sammler bezeichnet werden. Sie erhalten die Flüssigkeit durch
die Leitung 2i, die außerhalb der Feuerung liegt und von einem oberen Sammler 2.2
gespeist wird, der mit den Trommeln in Verbindung steht. Vorzugsweise wird der Sammler
22 in solcher Höhe angeordnet, daß er bei kaltem Kessel wenig oder überhaupt keine
Flüssigkeit enthält. An den unteren Sammler 2o sind Fallrohre 23 angeschlossen,
die außerhalb der Feuerung liegen und deren Ende die Feuerungswand durchdringen
und mit den Steigrohren 24 verbunden sind, welche oben in die Sammler 2o einmünden.
Die Steigrohre liegen dabei entlang der Innenseite der Feuerungswand und bilden
den Schutz gegen übermäßige Hitze. Vorzugsweise kommen Heizelemente zur Anwendung,
deren Heizrohre mit Kupfer umgossen sind. Im vorliegenden Falle sind Heizelemente
25 zur Anwendung gelangt, von denen jedes drei Steigrohre enthält. Die oberen Enden
der Elemente können durch Einzelrohre 26 an den Sammler 2o angeschlossen sein. Die
Fallrohre sind an irgendeinem Zwischenpunkt verzweigt in drei oder mehr Zweigrohre
27. Die Enden dieser Zweigrohre sind durch Zwischenstücke 27c an die Einzelrohre
24 von zwei Heizelementen 25 angeschlossen.
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Der untere Sammler 2o besteht aus einem Außenrohr a8 und einem Innenrohr29
(Abb.3). Das Innenrohr besitzt eine Öffnung 36, so daß die Innenräume beider Rohre
verbunden sind. Das Rohr 29 ist mit den Fallrohren 23 verbunden. Um Undichtigkeiten
zwischen dem Außenrohr und dem Fallrohr zu vermeiden, werden sie bei 30 fest
verbunden, beispielsweise durch Schweißung. Auch das Außenrohr 28 ist mit dem Steigrohr
bei 31 in ähnlicher Weise verbunden. Die Zuleitungsrohre 2i bestehen ebenfalls aus
je einem Außenrohr 32, dessen unteres Ende an das Sammleraußenrohr 28 angeschlossen
ist, und einem Innenrohr 33, dessen unteres Ende mit dein Innenrohr 29 des Sammlers
verbunden ist. Das obere Ende des Innenroherfl 33 ist vorzugsweise an das Außenrohr
angeschweißt, wie bei 34 dargestellt. Die offenen Enden beider Leitungen 3a und
33 liegen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der Trommeln und sind mit einem V-förmigen
Ausschnitt 35 versehen (Abb. 3 und 4). Das untere Ende dieses Ausschnittes befindet
sich in der Nähe des kalten Flüssigkeitsspiegels der Trommel. Auf diese Weise wird
in den Trommeln 12 und in den unteren Sammlern 2o eine bestimmte Spiegelhöhe eingehalten.
Im Betriebe erfolgt infolge der Ausdehnung des Quecksilbers in den Trommeln 12 und
den Heizrohren i9 ein Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels. Das hat zur Folge, daß
ein Teil des Quecksilbers durch die V-förmigen Ausschnitte 35 in die Innenrohre
33 und von da in die Innenrohre 29 der unteren Sammler 2o fließt. Gleichzeitig erfolgt
eine Erhitzung und teilweise Verdampfung der Flüssigkeit in den Steigrohren 24.
Der Dampf gelangt in den Raum zwischen dem Außen- und dem Innenrohr des Sammlers
2o und von hier durch das Außenrohr 32 zu den Trommeln. Die aus den Steigrohren
verdrängte Flüssigkeit fließt durch die Öffnungen 36 in das Innenrohr 29, von wo
es seinen Umlauf beginnt.
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Es entsteht somit ein ständiger Umlauf in den Heizeinheiten, wobei
die Flüssigkeit durch die Fallrohre sinkt und durch die Steigrohre steigt. Der in
den Steigrohren entstehende Dampf gelangt in die Trommeln, während die übriggebliebene
Flüssigkeit in das Innenrohr 29 zu weiterem Umlauf zurückfließt. Um. die Abnutzung
des Innenrohres 29
durch die hohe Geschwindigkeit der Flüssigkeit
zu vermeiden, wird das Innenrohr 29 mit einer schrägen Fläche 37 in der Nähe des
aus den Steigrohren aufsteigenden Flüssigkeitsstromes versehen (Abb. 3). Zu diesem
Zweck wird ein Teil der Rohrwand entfernt oder verstärkt, und zwar in der Nähe der
Stelle, wo das Steigrohr in das Außenrohr 28 einmündet. Diese Einrichtung hat den
weiteren wichtigen Vorteil, daß ein Anfressen des Innenrohres verringert wird. Es
hat sich nämlich gezeigt, daß der Werkstoff weniger angegriffen wird, wenn der Flüssigkeitsstrom
auf die Metallfläche unter einem Winkel a von 5o oder mehr Grad auftrifft.
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Um übermäßige Wärmespannungen in den unteren Sammlern zu vermeiden,
werden sie aus einzelnen Abschnitten 38, 39 zusammengesetzt, die durch Ausgleichrohre
40 verbunden sind. Die letzteren sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie bei kaltem
Kessel kein oder nur wenig Quecksilber enthalten; sie liegen somit oberhalb des
kalten Quecksilberspiegels in dem Sammler 2o. An den vier Ecken der Feuerung sind
die benachbarten Sammlerteile 39 und 41 durch Rohre 42 und 43 verbunden, wobei das
Rohr 4z für den Dampfausgleich und das Rohr 43 für den Flüssigkeitsausgleich dient.
Damit wird gewährleistet, daß der Flüssigkeitsspiegel und der Dampfdruck auf allen
Seiten der Feuerung gleich ist. Ein weiterer Ausgleich der Dampfdrücke ist durch
den gemeinsamen Anschluß aller Sammlerteile an die Trommeln gegeben.
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Abb. 5 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit der Zuleitung des
Quecksilbers von den Trommeln zu den Sammlern und der Ableitung des Dampfes in umgekehrter
Richtung. Diese Ausführungsmöglichkeit ist auch für die Vorderseite der Feuerung
nach Abb. z und 2 benutzt worden. Danach ist eine Leitung 44 vorgesehen, die am
oberen Ende einen V-förmigen Ausschnitt besitzt, der oberhalb des kalten Flüssigkeitsspiegels
der Trommeln liegt. Das untere Ende der Leitung 44 ist mit dem Innenrohr 46 des
unteren Sammlers 2o verbunden, das dem Rohr 29 aus Abb. 2 und 3 entspricht. Das
äußere Sammlerrohr 47 ist mit dem Innenrohr 46 durch Öffnungen 48 verbunden. In
das Innenrohr münden die Fallrohre 49 der Heizeinheit, während das Außenrohr 47
mit den Steigrohren 5o verbunden ist. Der erzeugte Dampf gelangt zu den Trommeln
durch die Rohre 5r, die das Außenrohr 47 mit dem Rohrstummel 13a der Ausgleichrohre
13 verbinden. In Abb. 5 sind vier Rohre 51 zu einer Einheit zusammengefaßt. Am oberen
Ende sind diese vier Rohre durch ein Zwischenstück 53 verbunden, das am oberen Ende
mit dem Rohr 44 zusammengeschweißt ist. Die Rohre 44 und 5 i sind an den Stellen
54 und 55 etwas -gebogen, um eine gewisse Nachgiebigkeit zu ermöglichen.
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In gewissen Fällen, beispielsweise wenn nur eine geringe Baufläche
zur Verfügung steht, kann die Notwendigkeit bestehen, die Leistung des Kessels durch
seine Vergrößerung im Höhenausmaß zu steigern. In solchen Fällen werden erfindungsgemäß
mehrere Heizeinheiten in verschiedenen Höhen und mit selbständigen Sammlern für
jede Einheit angeordnet. Abb. 6 zeigt eine solche Anordnung. Ein Sammler 6o ist
durch das Flüssigkeits- und Dampfrohr 61 mit einer Heizeinheit 62 verbunden Das
Außeniohr 63 entspricht dem Rohr 32 aus Abb. 3, während das Innenrohr 64 dem Rohr
33 entspricht. Die beiden Rohre 63 und 64 sind am oberen Ende verbunden und besitzen
auch einen V-förmigen Ausschnitt 65. Die Heizeinheit 62 besteht aus einem Sammler
mit einem Außenrohr 66 und einem Innenrohr 67, die mit den Rohren 63 und 64 in Verbindung
stehen. An das Innenrohr 67 ist ein Fallrohr 68 angeschlossen, dessen unteres Ende
mit dem Steigrohr 69 in Verbindung steht, welches in das Sammleraußenrohr66 einmündet.
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Unterhalb der Heizeinheit 62 ist eine weitere Heizeinheit
70 vorgesehen, die aus den gleichen Teilen besteht wie die Heizeinheit 62,
nämlich aus dem Sammler 7r, dem Fallrohr 72, das mit dem Innenrohr des Sammlers
71 verbunden ist und über das Steigrohr73 zum Außenrohr des Sammlers 71 zurückführt.
Die Speisung und Dampfabführung erfolgt in ähnlicher Weise wie bei der Heizeinheit
62, nämlich durch ein Außenrohr 74 und ein Innenrohr 75, die oben verbunden sind
und einen V-förmigen Ausschnitt 76 besitzen. Das obere Ende der Rohre 74, 75 mündet
in den Raum zwischen den Rohren 66 und 67 des Sammlers der Heizeinheit 62. Der V-förmige
Ausschnitt 76 ist so angeordnet, daß sein unteres Ende sich in der Nähe des kalten
Flüssigkeitsspiegels des Sammlers 66, 67 befindet. Die Einrichtung nach Abb.6 weist
also eine Mehrzahl von Heizeinheiten in verschiedenen Höhen auf mit selbständigen
Überströmeinrichtungen für jede Einheit. Die Anzahl der übereinander angeordneten
Einheiten kann natürlich beliebig sein.
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Die Wirkungsweise des Dampfkessels gemäß der Erfindung ist die folgende:
Sobald die Feuerung angeheizt ist, dehnt sich das flüssige Quecksilber in den Rohren
r9 und in den Trommeln 12 aus, so daß der Flüssigkeitsspiegel in den Trommeln steigt
und die Flüssigkeit durch die V-förmigen Ausschnitte zu den unteren Sammlern 2o
fließt. Der in den Heizeinheiten und den Trommeln erzeugte Dampf strömt durch die
Leitung 16 zur Turbine
17, kondensiert in dem Kondensator-i8 und
fließt durch die Leitung 14 zu den Trommeln zurück. Es findet somit ein ständiger
Umlauf statt vermittels der V-förmigen Ausschnitte in den unteren Sammlern. Steigt
die Temperatur der Flüssigkeit, so fließt mehr Flüssigkeit durch die V-förmigen
Ausschnitte, so daß die unteren Sammler einen Behälter für die überflüssige Flüssigkeit
im Betrieb darstellen. Der Inhalt dieser Sammler muß deshalb ausreighend groß bemessen
sein, um die gesamte überflüssige, aus den Heizrohren und durch die Verdampfung
verdrängte Flüssigkeit im Betriebe aufzunehmen. Die überströmeinrichtung jeder Trommel
sichert einen Ausgleich der Flüssigkeitsspiegel in sämtlichen Trommeln, was besonders
wichtig ist, wenn besondere Ausgleichrohre 13 nicht vorgesehen sind.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß weniger Trommeln zur Erzeugung
einer bestimmten Dampfmenge erforderlich sind. Die selbständigen Sammler für die
an den Feuerungswänden angeordneten- Heizeinheiten ermöglichen eine Verkürzung der
Rohre, wodurch an Rohren und an Quecksilber gespart wird. Die Ersparnis an Quecksilber
beträgt io bis 2o °1o der gesamten erforderlichen Quecksilbermenge. Wichtig ist
auch, daß der Flüssigkeitsdruck in den unteren Enden der Heizrohre au den Feuerungswänden
verringert wird, also auch die Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit und somit
die Temperatur der'Rohre selbst. Das bedeutet eine Verlängerung der Lebensdauer
der Rohre, weil der Werkstoff der Rohre bei hohen Temperaturen schon bei geringen
Temperatursteigerungen wesentlich geschwächt wird. Es ist ferner wesentlich leichter,
die Oxydation und Korrosion des Werkstoffes bei geringeren Temperaturen zu verhüten
als bei höheren. Die Erfindung hat auch den Vorteil; daß der Umlauf des Quecksilbers
besser gewährleistet ist, als wenn die Heizeinheiten unmittelbar an die Trommeln
angeschlossen wären. Die Sammler liegen außerhalb der Feuerung, so daß sämtliche
Schweißstellen für die Rohre leicht überwacht und repariert werden können. Die Dampfrohre
und Flüssigkeitsleitungen zwischen den Trommeln und den Sammlern können so bemessen
und gestaltet werden, daß Spannungen infolge der Ausdehnung der Trommeln verringert
werden.