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Hochleistungsdampferzeuger mit mittelbarer Beheizung Gegenstand der
Erfindung ist ein Hochleistungsdampferzeuger mit mittelbarer Beheizung durch einen
Wärmeträger, dem während der Wärmeabgabe an die zu verdampfende Flüssigkeit durch
Heizgase Wärme von außen zugeführt wird. Bei diesen Dampferzeugern mit mittelbarer
Beheizung ist einerseits auf die Ausgestaltung der Heizfläche selbst und andererseits
auf die Wahl des Heizmittels Bedacht zu nehmen. Demgemäß besteht die Erfindung darin,
daß die Heizfläche von in den Heizgaszügen des Hochleistungsdampferzeugers angeordneten
Mantelrohren - gebildet wird, durch deren Ringraum der Wärmeträger strömt und durch
deren mit der Dampfwassertrommel des Hochleistungsdampferzeugers verbundene Innenrohre
das zu verdampfende Wasser geleitet wird.
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Bei einem Dampferzeuger gemäß der Erfindung besteht die Möglichkeit,
für die Wärmeabgabe den dampfförmigen Zustand des Wärmeträgers zu benutzen, also
trocken gesättigten oder gar überhitzten Dampf zu verwenden. Dabei kann nach einer
Ausführungsfarm der Erfindung als Wärmeträger an fremder Stelle erzeugter Dampf
verwendet werden. Man kann als Wärmeträger aber auch Betriebsdampf verwenden, welcher
der Obertrommel des Dampferzeugers entnommen wird. In der Obertrommel hat sich die
mitgerissene Flüssigkeit aus dem erzeugten Dampf abgeschieden, so daß, also der
Wärmeübergang zwischen Wärmeträger und zu verdampfender Flüssigkeit verbessert wird.-
In den Mantelrohren für die Wärmeübertragung vom Wärmeträger auf die Flüssigkeit
befinden sich zwei getrennte Umlaufwege, und zwar für das zu verdampfende Wasser
und für den Wärmeträger, so daß also keine zwangsläufige Abhängigkeit zwischen Wärmeträger
und zu verdampfender Flüssigkeit besteht.
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Da die Heizfläche für den Wärmeträger im Rauchgaswege des Dampferzeugers
untergebracht ist, so hat man die Möglichkeit, in einfacher Weise, z. B. durch entsprechende
Anordnung von Regelungsklappen in den Feuerzügen, auf die Wärmeabgabe vom Wärmeträger
auf die Flüssigkeit regelnd einzuwirken. Die Mantelrohre, welche die Heizfläche
für den Wärmeträger bilden, können die bei Wasserrohrkesseln sonst gebräuchlichen
und bewährten einfachen Bauformen beibehalten. Dann ist noch der weitere Vorteil
zu erwähnen, daß wegen des höheren Temperaturgefälles zwischen Wärmeträger und der
zu, verdampfenden Flüssigkeit, da ja der Wärmeträger während seiner W ärmneabgabe
noch beheizt wird, eine kleinere Verdampfungsheizfläche für eine bestimmte Leistung
ausreicht. Weiter werden die Abmessungen
und das Gewicht der Dampfwassertrommel
verringert, da die Heizflächen zur Übertragung der Wärme vom Wärmeträger auf die
zu verdampfende Flüssigkeit gänzlich außerhalb der Trommel des DarÜA-:': erzeugers
liegen. Diese Trommel brauCü@.' daher nur zur Trennung des Dampf-Wasser -Gemisches
zu dienen.
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Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Hochleistungsdampferzeugers
nach der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform
des Dampferzeugers.
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Fig.2 zeigt in größerem Maßstäbe, teilweise im Schnitt, den Verdampferteil
dieses Kessels.
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Fig. 3 ist in noch größerem Maßstäbe ein waagerechter Schnitt nach
Linie III-III der Fig. 2, und Fig. 4 ist ein Querschnitt durch ein Verdampferrohr
nach Linie IV-IV der Fig. 3. Fig. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine abgeänderte
Ausführungsform des Verdampferteiles und Fig.6 einen waagerechten Schnitt nach Linie
VI-VI der Fig. 5. ' In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Dampferzeugers
im senkrechten Schnitt dargestellt.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen zugehörige Einzelheiten in größerem Maßstäbe.
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Fig. io zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schiffskessels nach der
Erfindung.
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Fig. i i zeigt einen Schnitt durch das Verdampferrohrbündel dieses
Kessels.
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Fig. i2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Schiffskessels
und Fig.13 einen Schnitt durch das Verdampf errohrbündel.
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Fig. 14 zeigt schematisch den wesentlichen Teil einer weiteren Ausführungsform
des neuen Dampferzeugers.
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In Fig. i bezeichnet i eine obere Dampfwassertrommel, in welche der
im Verdampferteil mittelbar erzeugte Dampf einströmt. Die Rohrschleifen .2 des Verdampferteiles
erstrecken sich quer durch einen über dem Feuerraum 3 liegenden senkrechten Heizzug
4, der an seinem oberen Ende mit einem senkrechten Heizzug 5 in Verbindung steht.
In dem Heizzug 5 sind von oben nach unten untergebracht: ein Überhitzer 6, ein Speisewasservorwärmer
7 und ein Luftvorwärmer B. Die Rohrschleifen :- des Verdampferteils bestehen aus
Mantelrohren, in welche die als Fieldrohre ausgebildeten Innenrohre hineinragen.
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Die inneren Rohre der Fieldrohre sind mit 9, ihre äußeren Rohre mit
io bezeichnet (Fig.2 bis 4). Die Fieldrohre erstrecken sich mit ihrem geschlossenen
Ende innerhalb der Mantelrohre 2 etwa bis ans Ende der geraden Rohrschenkel. Die
Rohrbogen 12 der Mantelrohre,' die also kein Einsatzrohr haben, sind eingezogen,
damit der freie Querschnitt z=ün Rohrbogen etwa der gleiche ist wie der freie Querschnitt
im Ringraum 13 zwischen dem Mantelrohr 2 und dem Außenrohr io des Vieldrohres. Mit
den vorderen offenen Enden sind die Fieldrohre jeder senkrechten Rohrreihe an eine
senkrechte rohrförmige Kammer 14 angeschlossen. Die Kammer 14 ist durch eine Zwischenwand
15 in einen Wasserraum 16 und einen Dampfgemischraum 17 unterteilt. Die Innenrohre
9 der Fieldrohre münden in den Wasserraum 16 und ihre Außenrohre io in den Gemischraum
17 ein. Am oberen Ende sind die Wasserräume 16 der Kammern 14 durch Rohrnippel 18
mit dem Wasserraum der Obertrommel i und am unteren Ende durch Rohrnippel i9 mit
einer Wassertrommel2o verbunden. Vom oberen Ende des Gemischraumes 17 der Kammer
14 führt eine Steigleitung 21 zur Obertrommel i.
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Die Außenrohre io der Fieldrohre sind in die Wand der Kammer 14 eingewalzt.
Die Innenrohre 9 sind dagegen mittels besonderer Verschlüsse auswechselbar mit der
Kammer verbunden. In der Nähe des vorderen offenen Endes ist auf dem Rohr
9 ein Bund 22 befestigt, der sich gegen eine Öffnung der Zwischenwand 15 legt. Am
vorderen Ende trägt das Rohr 9 einen größeren Verschlußdeckel 23, der sich gegen
eine Öffnung 24 in der vorderen Wand der Kammer 14 legt. Das Rohr 9 wird von außen
eingeschoben. Die Öffnung 24 in der Rohrwand ist so groß, daß der Bund 22 frei hindurchgeht.
Dann wird der Verschlußdeckel 23 durch einen Druckbügel 25 und zwei Druckschrauben
26 festgezogen. Zwischen einem Absatz des Verschlußdeckels und einer Anlagefläche
der Kammer 14 ist eine Dichtung 27 eingelegt.
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Zwischen der Vorderwand der Kammer 14 und der Zwischenwand 15 ist
das Innenrohr 9 fensterartig ausgeschnitten. An den fensterförmigen Ausschnitten
28 kann - das Wasser in die Innenrohre 9 der Fieldrohre einströmen. Es fließt durch
den Ringraum 29 des Fieldrohres zum Gemischraum 17 der Kammer 14 zurück und wird
dabei durch den durch den Mantelraum 13 der Mantelrohre 2 -strömenden Heizdampf
beheizt. Am vorderen Ende ist der. Mantelraum 13 durch einen eingelegten Ring
30 abgeschlossen und dicht geschweißt. Der Heizdampf wird der Trommel i entnommen.
Er strömt durch eine Leitung 31 zu einem unteren Sammler 32, von dem je eine Verbindungsleitung
33 zu einer unteren Verdampferrohrschleifez führt.
Die Mantelrohre
der einzelnen Rohrschleifen sind durch Rohrstutzen 34 untereinander verbunden. Von
den oberen Rohrschleifen führen Steigrohre 35 zu einem Dampfsammelraum 36, der in
der Obertrommel i durch einen Einsatz 37 abgetrennt ist, Von dem Dampfsammelraum
36 der Obertrommel führen an der Decke 38 der Heizzüge 4, 5 verlegte Rohre 39 zum
überhitzer 6. Mit 4o ist eine vom Speisewasserv orwärmer 7 zur Obertrommel i führende
Speisewasserleitung bezeichnet.
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Dem durch die Mantelräume 13 der Verdampferrohrschleifen strömenden
Heizdampf wird durch die Feuergase von außen ständig Wärme zugeführt. Gleichzeitig
gibt der Heizdampf ständig Wärme an das durch die Fieldrohre strömende Wasser ab
und erzeugt auf diese Weise mittelbar Dampf, der durch die Steigrohre 21 zur Obertrommel
strömt. Die Wärmeübertragung vom Heizdampf an das zu verdampfende Wasser erfolgt
also, bei einer bestimmten Höchsttemperatur des Heiz- -dampfes mit einem verhältnismäßig
hohen mittleren Temperaturunterschied. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß für eine
bestimmte Verdampfungsleistung die Wärmeaustauschflächen verhältnismäßig klein werden.
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Das Verhältnis der durch das Mantelrohr von, den Heizgasen aufgenommenen
Wärmemenge zu@ der vom Heizdampf an das Fieldrohr abgegebenen Wärmemenge kann man
durch Bemessung der Heizflächen verändern. Man kann beispielsweise die Heizfläche
des Fieldrohres durch Rippen vergrößern und von der von außen aufgenommenen Wärme
ständig so viel ableiten, daß der Heizdampf eine bestimmte Temperatur nicht überschreitet
und damit auch die Wandtemperatur der Mantelrohre verhältnismäßig niedrig bleibt.
Fig. 4 zeigt im Querschnitt _ die Anordnung von Rippen: 41 auf dem äußeren Rohr
io des Fieldrohres. Wird das Fieldrohr mit den bekannten Füßen am Mantelrohr. abgestützt,
so kann man durch versetzte Anordnung der Füße den durch den Ringraum strömenden
Heizdampf durchwirbeln und damit den Wärmeübergang verbessern.
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Die Verdampfungsleistung kann man auch dadurch beeinflussen, daß man
die Menge des Heizdampfes verändert. Man kann beispielsweise nur einen Teil des
mittelbar erzeugten Dampfes als Heizdampf den Verdampferelementen zuführen, während
der übrige Teil des Dampfes aus der Trommel i, gegebenenfalls über einen besonderen
Überhitzer, zur Verbrauchsstelle geht. Die Inbetriebnahme des Dampferzeugers kann
mittels Fremddampfes erfolgen. Man kann aber auch mittels einer Umlaufpumpe Wasser
durchs die Mantelrohre und gegebenenfalls den Überhitzer hindurchpumpen, bis eine
genügende Dampfentwicklung- auftritt. . Fremddampf kann auch ständig, also nicht
nur beim Anheizen, als Heizdampf. Üi den Verdampferelementen Verwendung finden.
Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel wird der Sattdampf den untersten, also
am stärksten beheizten Mantelrohren zugeführt. Das hat den Vorteil, däß der die
Ringräume der Mantelrohre durchströmende Dampf, weil er noch eine verhältnismäßig
niedrige Temperatur hat, die Mantelrohre wirksam kühlt. Liegen die Verdampferrohre
in einer Zone weniger hoher Temperaturen, so kann die Anordnung auch umgekehrt getroffen
sein, d. h. der Heizdampf wird oben zugeführt, so daß er im Gegenstrom zu den Heizgasen
die Mantelrohre durchströmt und mit verhältnismäßig höher Temperatur von den letzten
Mantelrohren zur Verbrauchsstelle geht.
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Die abgeänderte Ausführung des Verdampferteiles des Kessels nach Fig.
5 und 6 unterscheidet sich von dem der Fig. i bis 3 im wesentlichen dadurch, daß
die Mantelrohre der Rohrschleifen nicht durch einzelne Verbindungsrohre 34 (Fig.
2) hintereinandergeschaltet sind, sondern dadurch, daß die Mantelrohre aufeinanderfolgender
Rohrschleifen an ihren Einmündungen entsprechend verbunden sind. Der übersichtlichkeit
halber sind in den Fig. 5 und 6 die Mantelrohre der Rohrschleifen wieder mit 2,
die Innenrohre. der Fieldroh:re mit 9, die Außenrohre der Fieldrohre mit io, der
Mantelraum zwischen Mantelrohr 2 und Außenrohr io des Fizldrohres mit 13, der Mantelraum
des Fieldrohres mit 29 und die senkrechte Kammer, an welche die Rohrschleifen angeschlossen
sind, mit 14 bezeichnet. In der Kammer 14 ist wieder durch eine Zwischenwand 15
ein Wasserraum 16 und ein Gemischraum 17 abgetrennt. Abweichend von dem Ausführungsbeispiel
der Fig. i bis 3. ist aber in der Kammer 14 noch eine zweite Trennwand 42 eingezogen,
die den Gemischraum 17 und einen Heizdampfraum 43 trennt. In den Dampfraum 43 münden
sämtliche Mantelrohre :2 aus, die in die Wand der Kammer 14 eingewalzt sind. Der
Dampfraum 43 ist durch Querwände 44 in einzelne Räume in der Weise unterteilt, daß
die Rohrschleifen hintereinandergeschaltet sind. Der Heizdampf wird in die unteren
Rohrschleifen eingeleitet, durchströmt dann nacheinander die - einzelnen Mantelrohre
und wird vom oberen Ende des Dampfraumes 43 zum Dampfsammelraum 36 der Obertrommel
i geführt. Das Außenrohr io des Fieldrohres trägt in der Nähe seines vorderen Endes
einen Bund 45, der sich gegen eine Öffnung in der. Trennwand 42 legt. Das Innenrohr
9
ist in der gleichen Weise befestigt, wie dies oben beschrieben
ist. Es trägt einen Bund 22, der sich gegen eine Öffnung der Zwischenwand 15 legt,
und einen Verschlußdeckel 23, der sich gegen eine Öffnung in der vorderen Wand der
Kammer 14 legt. Das Anziehen der Verschlußdeckel erfolgt durch Druckbügel 46 und
Druckschraube 47. Am vorderen Ende ist das Außenrohr io des Fieldrohres so ausgeschnitten,
daß nur Stege 48 (Fig.6) stehenbleiben, gegen die sich der Bund 22 des Innenrohres
9 legt.
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Der in Fig. 7 dargestellte Kessel entspricht in allem wesentlich dem
Kessel der Fig. i und 2. Den Verdampferrohrschleifen 2 sind aber noch Mantelrohre
So mit innenliegenden Wasserrohren 5 i vorgeschaltet. Diese Rohre 5o, 51 dienen
zur Auskleidung der Rückwand 49 des Feuerraumes 3. Sie sind am oberen Ende umgebogen
und quer durch den Heizzug q. hindurchgeführt. Die Rohre 5o, 51 werden ineinandergesteckt
und gemeinsam gebogen. Die Innenrohre 51 münden in den Gemischraum 17 (Fig. 9) der
Kammer 1.4 ein, in den auch die Außenrohre io der in den Rohrschleifen :2 liegenden
Fieldrohre einmünden (zu vgl. Fig. 2). Das Mantelrohr 50 ist an seinem oberen Ende
gegenüber dem Innenrohr 5i dicht abgeschlossen. Vor der Abschlußstelle führt von
seinem Mantelraum ein Verbindungsrohr 52 zum Mantelraum der unteren Rohrschleife
2. Am unteren Ende sind die Mantelrohre 5o und die Innenrohre 51 an eine untere
Dampfwassertrommel53 angeschlossen, die durch eine Querwand 54 in einen Dampfraum
und einen Wasserraum unterteilt ist. Das Mantelrohr 50 ist in di-Wand der
Trommel 53 eingewalzt. Das Innenrohr 5, stößt mit seinem unteren Ende gegen
einen mit der Trommel lösbar verbundenen Rohrstutzen 55. Auf diesem Stutzen sitzt
ein Bund 56, der sich gegen eine Öffnung der Zwischenwand 54 legt, und ein Verschlußdecke157,
der sich gegen eine Öffnung der Trommelwand legt. Der Stutzen wird von unten in
die Trommel eingeschoben, bis er gegen das untere Ende des Rohres 51 stößt, wobei
ein eingesetzter Ring 58 zur Führung dient. Dann wird der Verschlußdecke157 mittels
Druckbügels 59 und Druckschraube 6o festgezogen. Vom Wasserraum der Obertrommel
i führt eine Leitung 61 zum Wasserraum der Untertrommel 53 und vom Dampfraum der
Obertrommel i eine Dampfleitung 62 zum Dampfraum der Untertromine153. Der Heizdampf
durchströmt die Mantelräume der Wandauskleidungsrohre 50 und dann nacheinander
die Mantelräume der Verdampferrohrschleifen 2. Von der obersten Rohrschleife :2
geht er zum Dampfsammelraum 36 der Obertrommel. Das zu verdampfende Wässer tritt
an den fensterförmigen Ausschnitten 63 der Rohrstutzen 55 in die Innenrohre 5 i
der Wandauskleidungsrohre ein, und das hochsteigende Dampf-Wasser-Gemisch strömt
in die Gemischkammer 17 der senkrechten Sammelkammern 14 aus.
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Der Schiffskessel der Fig. io zeigt die übliche Anordnung zweier geneigter
Rohrbündel, zwischen denen der Feuerraum 64 liegt. Die mit einer gemeinsamen Obertrommel
65 verbundenen Rohrbündel bestehen aber nicht wie bei den bekannten Schiffskesseln
aus einfachen Rohren, sondern erfindungsgemäß aus Mantelrohren 66 und innerhalb
der Mantelrohre angeordneten Fieldrohren. Die Mantelrohre jedes Rohrbündels bilden
ein fortlaufendes Schlangenrohr. An der unteren Seite sind die Rohrschenkel der
Schlangenrohre durch geschlossene Umkehrenden verbunden und an ihrer oberen, der
Obertrommel 65 zugekehrten Seite durch Halsstücke, die durch einen Deckel
67 (Fig. i i) verschlossen sind. Die Fieldrohre sind durch die Deckel 67
hindurch in die Rohrschenkel der Mantelrohre eingeführt. Die Außenrohre 68 der Fieldrohre
sind in die Obertrommel 65 eingewalzt. Die Innenrohre 69 der Fieldrohre münden
ebenfalls in die Trommel 65 aus. Von der Trommel 65 fließt das Wasser in den Innenrohren
69 abwärts, und das durch die mittelbare Beheizung der Fieldrohre gebildete Dampf-Wasser-Gemisch
steigt durch den Mantelraum 7o der Fieldrohre zur Obertrommel 65 auf. Die aus den
Mantelrohren 66 bestehenden Rohrschlangen jedes Rohrbündels sind mit dem einen Ende
an eine untere Dampftrommel 71, mit dem anderen Ende an eine untere Dampftrommel
7a angeschlossen. Der aus der Obertrommel 65 entnommene Heizdampf strömt durch eine
Leitung 73 zur Dampftrommel 7 i, durchströmt nacheinander die Windungen der Rohrschlangen
66 bis zur Trommel 72, von der er durch eine Leitung 7¢ zu einem Überhitzer 75 geht.
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Bei der Ausführungsform des Schiffskessels nach Fig. 12 und 13 sind
die Rohrschenkel der aus den Mantelrohren 66 gebildeten Rohrschlangen auch an den
unteren Enden nicht durch Umkehrenden, sondern ebenso wie an den oberen Enden durch
Halsstücke untereinander verbunden. Diese unteren Halsstücke sind durch Böden 76
abgeschlossen. Ferner sind in die Mantelrohre 66 keine Fieldrohre, sondern einfache
Wasserrohre 77 eingesetzt. Diese Rohre sind dampfdicht durch die Deckel 67 und die
Böden 76 hindurchgeführt. Sie sind mit ihren oberen Enden an die Obertrommel 65
und mit ihren unteren Enden an eine Untertrommel 78 angeschlossen. Von demWasserraumderUntertrommel78
sind durch Querwände zwei
Dämpfkammern 79, 80 abgetrennt.
Das eine Ende der Schlangenrohre 66 ist durch eine Leitung 81 mit der Dampfkammer
79 und das andere Ende der Rohrschlange durch eine Leitung 82 mit der Dampfkammer
8o verbunden. - Vom Wasserraum der Obertrommel 65 führt eine Leitung 83 zum Wasserraum
der Untertrommel 78. Die Heizdampfleitung 73 verbindet den Dampfraum der Obertrommel
65 mit der Dampfkammer 79 der Untertrommel 78. Von der Dampfkammer 8o der Untertrommel
führt die Leitung 74 zum Überhitzer 75.
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Abweichend von den bisher beschriebenen Ausführungsformen des neuen
Dampferzeugers wird bei dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel der Heizdampf,
nachdem er den mittelbar beheizten Verdampfer durchströmt hat, nicht zu einer Verbrauchsstelle
geleitet, sondern die Heizdampfmenge wird in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt.
Ferner wird der Heizdampf nicht dein mittelbar beheizten Verdampfer entnommen, sondern
es wird Fremddampf benutzt, den irgendeine geeignete Erzeugungsstelle liefert. Die
mittelbare Beheizung durch den im geschlossenen Kreislauf umgewälzten Heizdampf
kann für alle Ausführungsformen des neuen Dampferzeugers Verwendung finden. Der
in Fig. 14 dargestellte mittelbar beheizte Verdampfer entspricht in seineirr Aufbau
dein Verdampfer gemäß den Fig. i und 2. Dementsprechend bezeichnet i die Dampfwassertrommel
und 2 die sich durch den Heizzug erstreckenden Rohrschleifen, die aus Mantelrohren
bestehen, in welche die an die senk= rechten Kammern 14 angeschlossenen, als Fieldrohre
ausgebildeten Innenrohre hineinragen. Der als Heizdampf dienende Fremddampf wird
durch eine absperrbare Leitung ioo in der erforderlichen Menge in eine obere Dampftrommel
ioi eingeführt. Er strömt durch eine Leitung io2 zu einer Umwälzpumpe 103, die ihn
durch eine Leitung 104 zu einer Verteilertrommel 105 fördert. Von der Trommel
io5 führen Steigleitungen io6 zu den von außen beheizten Mantelrohren. Der Heizdampf
durchströmt nacheinander die Ringräume der Mantelrohre und geht schließlich durch
Rohre io7 zur Trommel ioi, so daß der Kreislauf geschlossen ist.
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Ebenso wie .für den Heizdampf kann man bei dem neuen Dampferzeuger
einen Zwangsumlauf auch für das zu verdampfende Wasser vorsehen. Die Wasserumlaufpumpe
wird an einer geeigneten Stelle zwischen der oberen Dampftrommel und der Zuleitung
zu den mittelbar beheizten Verdampferrohren eingeschaltet.