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Durchflußröhrendampferzeuger Die Erfindung betrifft einen Durchflußröhrendampferzeuger,
der als Strahlungskessel ausgebildet ist. Bevor auf sie näher eingegangen wird,
erscheint es zweckmäßig, die Entwicklungswege- zu betrachten, die man für Dampferzeuger
mit Berührungsheizflächen eingeschlagen Trat. In diesem Zusammenhang interessiert
.besonders ein verhältnismäßig alter Vorschlag zur Schaffung eines -Zwangsstromdampferzeugers
mit hoher Heizgasgeschwindigkeit zur Verringerung der Kesselheizfläche. Der Vorschlag
besteht in folgendem: Der Dampferzeuger wird aus einer Obertrommel und Untertrommel
mit dazwischenliegenden Rohrpaketen aufgebaut. Die Obertrommel und Untertrommel
sind in einzelne Abteilungen- unterteilt, denen je ein Bündel eng nebeneinandergestellter
Rohre zugeordnet ist. Die einzelnen Abteilungen der Ober= und Untertrommel --sind.
- durch Fallrohre miteinander verbunden: -Das. -Arbeitsmittel führt also eine Zickzackströmung
aus, in der Weise, daß es in dem einen -Rohrpaket aufwärts strömt und durch ein
odermehrere Fallrohre in. die Unterkammer-des nächsten Rohrpaketes weitergeleitet
--wird, bis es schließlich ganz odervöllig verdampft in den eigentlichen Tromrnelteit
eintritt. Die Heizgase strömen im- Kreuzstrom zu. den dichten Rohrnestern, in -
denen der Rohrabstand -so klein als nur-irgend möglich gewählt-ist; um möglichst
hohe Heizgasgeschwindigkeiten zu erzielen.
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Das Kennzeichen, durch das sich neuzeitliche- Dampferzeuger grundsätzlich
von den früher üblichen Bauformen unterscheiden, besteht darin, daß ein großer Teil
der mit dem Brennstoff zugeführten Wärme unmittelbar als Strahlungswärme nutzbar
gemacht wird. Man schützt nicht mehr die Rohre vor einer unmittelbaren Einwirkung
der strahlenden Wärme, sondern kleidet den Brennraum mit Rohren aus und schafft
auf diese Weise die Möglichkeit einer sehr großen Heizflächenbelastung. Betriebserfahrungen
haben nun gezeigt, daß der mit Rohren ausgekleidete Brennraum bei Dampferzeugern
mit Zwangsdurchlauf des Arbeitsmittels die Fachwelt vor Aufgaben stellt, die mit
den üblichen Mitteln nicht zu lösen waren. Man muß sich hierbei klarmachen, daß
dem Kessel mit Zwangsdurchlauf, der in seinen letzten Entwicklungsformen ein reiner
Röhrenkessel -ohne jede. Trommel ist, die Möglichkeit des natürlichen Ausgleiches
etwaiger Temperaturunterschiede in den einzelnen Parallelrohren fehlt. Bei Kesseln
mit natürlichem Umlauf entstehen- die bekannten Konvektionsströmungen, die sich
aus der Differenz der spezifischen Gewichte am Rohranfang und -ende ergeben. Wird
eine Mehrzahl paralleler Rohre mit natürlichem Umlauf verschieden- stark beheizt,
so
stellt sich in den stärker beheizten Rohren eine größere Konvektionsströmung ein,
die gewissermaßen selbsttätig zu hohe Rohrbelastungen verhindert. Bei Dampferzeugern
mit Zwangsdurchlauf des Arbeitsmittels ist die auf den einzelnen Rohrstrang entfallende
Menge des Arbeitsmittels durch den Pumpendruck und den Rohrwiderstand bis auf gewisse
Differenzen, von denen noch zu sprechen sein wird, eindeutig bestimmt. Das Fehlen
des selbsttätigen Ausgleichs hat bei den ersten Bauformen derartiger Röhrenkessel
zu außerordentlichen Schwierigkeiten geführt. Es kommt nämlich noch ein weiterer
sehr schwieriger Umstand hinzu. Nimmt man einen Dampferzeuger etwa in Form eines
senkrechten Schachtes mit achssymmetrischem Querschnitt an, in dessen Symmetrieachse
die Brenner angeordnet sind, so müßte theoretisch jedes dert Rohre, welche die Brennkammern
auskleiden, die gleiche Wärmemeng,e aufnehmen. Es ist jedoch von den normalen Berührungskesseln
her bekannt, daß die Temperaturverteilung über den Querschnitt niemals vollkommen
gleich ist, 6ondern sich nach den Strömungswiderständen usw. in den einzelnen Heizflächenabschnitten
ändert. Diese Temperaturunterschiede sind viel größer und daher auch viel gefährlicher,
wenn unmittelbar die Strahlungswärme der Brenner ausgenutzt werden soll. Selbst
bei ganz symmetrischer Rohranordnung haben sich ganz ungewöhnlich große Temperaturunterschiede
beobachten lassen, Unter solchen Verhältnissen war, wenn man die bisher bekannten
Rohranordnungen verwenden wollte, ein ordnungsgemäßer Betrieb naturgemäß nicht möglich.
Häufig wiederkehrende Rohrverbrennungen zeigten, welchen außerordentlichen Überbeanspruchungen
die Rohre unterworfen sein konnten.
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Man fand einen Ausweg aus diesen Schwierigkeiten, indem man die Rohre
so anordnete, daß alle Parallelrohre in entsprechenden Rohrabschnitten in den gleichen
Wärmezonen lagen. Dies läßt sich z. B, durch sehr eng gewickelte Rohrspiralen erzielen.
Diese Bauform setzt aber eino eigens hierfür eingerichtete Fabrikation voraus und
läßt sich wirtschaftlich wahrscheinlich nur bei größeren Kesseleinheiten verwenden.
Um daher den Bedarf nach einer einfacheren und billigeren Nesselkonstruktion zu
befriedigen, mußte ein anderer Weg gesucht werden.
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Diese wurde in einer Bauform gefunden, die hinsichtlich der Strömungsverhältnisse
weitgehende Ähnlichkeit reit dem älteren Dampferzeuger aufweist, der in der Einleitung
näher erläutert wurde. Die Heizfläche wird in einzelne Heizflächengruppen unterteilt,
die jeweils aus von unten nach oben durchströmten Parallelrohren bestehen und durch
abfallende Verbindungsrohre hintereinandergeschaltet sind. Es wäre jedoch nicht
möglich gewesen, die Rohre dabei so anzuordnen, wie es für den Berührungskessel
vorgeschlagen war, denn diese Heizflächengrupp'en bilden bei der Erfindung die Wandauskleidung
des schachtförmigen Strahlungsraumes. Wesentlich ist dabei ,(hierin besteht der
grundsätzliche Unterschied gegenüber allen älteren Vorschlägen für die Ausbildung
der Strahlungskammer), daß die Teilheizflächen, die in bezug auf die Wärmequelle
gewissermaßen alle parallel geschaltet sind, hinsichtlich des Erwärmungszustandes
des Arbeitsmittels ungleichwertig sind. Das ergibt einen von den bisherigen Bauformen
derartiger Strahlungsheizflächen durchaus abweichenden Aufbau, wie an Hand der Ab=
bildungen später erläutert werden wird. Man verzichtet bewußt darauf, in allen Parallelrohren
der Strahlungsheizfläche auf einen gleichen Erwärmungszustand des Arbeitsmittels
hinzuwirken und schafft durch Einführung der ungleichwertigen Rohrgruppen die Möglichkeit,
die Störungsquellen zu verringern. Ausgedehnte Versuche an einem derartigen Dampferzeuger
haben gezeigt, daß es tatsächlich gelingt, auf diese Weise die ungleichmäßige Beheizung
der einzelnen Rohrgruppen unschädlich zu machen. Es kommt nämlich bei diesem Heizflächenaufbau
noch eine günstige Erscheinung hinzu, nämlich die Überlagerung der Zwangsströmung
durch eine Konvektionsströmung. Es war bereits gesagt, daß bei derartigen Kesseln
die Zwangsströmung der ausschlaggebende Faktor ist. Wenn man aber die Rohre so anordnet,
daß in ihnen die Strömung von unten nach oben verläuft, so ist es klar, daß sich
dann der Zwangsströmung eine Konvektionsströmung, die durch die Erwärmung hervorgerufen
wird, überlagern kann. Wenn dieser Ausgleich auch nicht so groß ist wie bei Kesseln
mit natürlichem Umlauf, so zeigt es sich doch, daß sie in der Lage ist, in dem für
den praktischen Betrieb erforderlichen Maß einen Ausgleich ungleichmäßiger Beheizungen
herbeizuführen: Der Aufbau eines gemäß der Erfindung ausgestalteten Dampferzeugers
ist in den Abb. z und 2 dargestellt, wobei die Abb. i einen Gesamtaufbau, die Abb.
2 einen Schnitt an der Stelle Z/I der Abb. z darstellt. i ist die Brennkammer; 2
sind die zu ihrer Beheizung dienenden Brenner. Die Rauchgase steigen zunächst in
der Brennkammer aufwärts, treten dann in den ersten nachgeschalteten Zug ein, in
dem die Überhitzer 3 und die Vorwärmer d. liegen, kehren ihre Richtung nochmals
um, bestreichen den Vorwärmer
5 und werden schließlich zum Schornstein
6 abgeleitet. Das Arbeitsmittel tritt durch das Rohr 7 ein, während der erzeugte
Dampf durch das Rohr 1q. entnommen wird.
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Die Brennkammer r ist durch eine Strahlungsheizfläche ausgekleidet,
die durch die Rohre gebildet wird. Die Rohre sind an die Verteiler a, b, c, d
angeschlossen. Von den Verteilern a steigt das Arbeitsmittel durch -die Rohre 8
aufwärts und gelangt in den ersten Sammler b1, der mit dem Sammler a2 durch das
Fallrohr g in Verbindung steht. Von a2 strömt das Arbeitsmittel durch eine zweite
Gruppe von Parallelrohren io zum Stutzen b2, der durch das Fallrohr i i mit a3 verbunden
ist usw. Eine Leitung 13 verbindet den letzten Verteiler d mit dem Überhitzer.
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Die Abb. 2 läßt nun erkennen, daß die Heizflächengruppen der Strahlungsheizfläche
ungleichwertig sind; denn die Erwärmung des Arbeitsmittels schreitet in der Strömungsrichtung
fort. Entgegen der früheren Annahme, daß man auf Gleichhaltung des Erwärmungszustandes
in allen Parallelrohren hinarbeiten müsse, hat sich gezeigt, daß gerade diese Ungleichwertigkeit
die bisher aufgetretenen Schwierigkeiten zu beseitigen in der Lage ist. Es sei noch
darauf hingewiesen, daß die Anordnung der abfallenden Verbindungsrohre gleichzeitig
eine Mischung des Arbeitsmittels bewirkt, das aus den einzelnen Parallelrohren der
Heizflächengruppen austritt und der nächsten Heizflächengruppe zugeführt werden
soll.