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Quecksilber-Dampfkessel mit an die Kesseltronunel angeschlossenen
Fall- und Steigrohren Im unteren Teil des Verbrennungsraumes einer Quecksilber-Dampft:esselanlage,
in dem die Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen vorwiegend durch Strahlung
äuf die zu beheizenden Flächen, insbesondere Rohre, erfolgt, besitzen die Gase eine
sehr hohe Temperatur. Da es unwirtschaftlich wäre, wenn die Verbrennungsgase die
Feuerungsanlage mit hohen Temperaturen verlässen würden, sorgt man dadurch für eine
weitereWärmeentziehung aus denGasen, daß man die Gase im oberen Teil des Feuerraums
an -weiteren Rohren sowie an der Kesseltrommel selbst vorbeistreichen läßt. In diesem
oberen Teil des Feuerraumes wird die Wärme dann durch Leitung auf die zu beheizenden
Flächen übertragen. Um eine möglichst gute Wärmeübertragung auf die Heizflächen
sowohl durch Str ' ahlung als auch durch Leitung zu erzielen, Müssendie Rohre
völlig mit dem zu heizenden Qu.ecksilber gefüllt sein. Dies erfordert jedoch eine
erhebliche Speisemenge an Quecksilber, da die Rohre zwecks Vermeidung von Verstopfungen
einen verhältnismäßig großen Durchmesser besitzen müssen. In demjenigen Teil des
Feuerraumes, in dem die Wärme durch Leitung auf die Heizflächen übertragen wird,
sind die Rohre in der Regel mit einem Gemisch aus. flüssigem und dampfförmigem Quecksilber
gefüllt. Dabei ist es wichtig, daß die Innenflächen der Rohre mit flüssigem Quecksilber
benetzt sind, da die Wärmeübertragung auf ein Gernisdh aus flüssigem und dampfförinigem
Quecksilber im Vergleich zu der Wärmeübertragung auf nur flüssiges Quecksilber lediglich
dann noch befriedigt, wenn die Innenwandung der Rohre gut mit flüssigem Quecksilber
benetzt ist.
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Die meisten Quecksilber-Dampfkesgel bestehen aus einer Kesseltrommel
und einem an diese angeschlossenen Rohrsystem, in dem
die aus der
Kesseltrommel ständig nachströmende Flüssigkeit durch Zuführung von Wärme verdampft.
Dieser Dampf strömt zusammen mit flüssigem Quecksilber in die Kesseltrommel zurück,
in der das flüssige Ouecksilber aus dem Quecksilberdampf ausgeschieden wird, worauf
letzterer einem Überhitzer oder einem Verbraucher zuströmt. In einem solchen Kessel
findet infolge des Gewichtsunterschiedes zwischch dem. Inhalt der nicht erwärmten
Fallrohre und dem Inhalt der erhiizten Steigrohre ein vollkommen selbsttätiger Kreislauf
statt, ohne daß zu dessen Aufrechterhaltung eine Pumpe erforderlich wäre. Dies ist
bei Quecksilber-Dampfkesseln deshalb von besonderer Bedeutung, weil Ouecksilber
infolge seines hohen spezifischen Ge-
wichts sich nur mit erheblichen #Schwierigkeiten
mittels Pumpen fördern lassen würde. Durch die Anordnung von Pumpen würde außerdem
der Kraftbedarf der Kesselanlage steigen und somit der Gesamtwirkungsgrad sinken.
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Bei den bisher üblichen Ouecksilber-Dampfkesseln strömt das Qtlej-ksilber
mit erheblicher Geschwindigkeit und beträchtlichem Überdruck aus den Steigrohren
in die Kesseltrommel. Es wird daher beim Eintritt des aus flüssigem und dampfförmigem
Quecksilber bestehenden Gemisches in die Kesseltrommel eine beträchtliche Energieinenge
in Form von Wärme frei.
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Nach der Erfindung wird diese frei werdende Energie dazu ausgenutzt,
uni das Quecksilber in ein zweites Rohrsystem zu drücken, das zweckmäßig oberhalb
der Kesseltrommel angeordnet und einerseits an die üblichen Steigrohre, andererseits
an die Kesseltrommel selbst angeschlossen ist. Durch dieses zusätzliche'Rohrsystem
wird der Strörnun-s-#viderstand für das Flüssi-keits-Dampf-Gemisch so erheblich
vergrößert, daß das Gemisch mit nur geringer Geschwindigkeit und nur geringem Überdruck
in die Kesseltrommel strömt. Der nach der Erfindung ausgebildete Ouecksilber-Dampfkessel
hat daher eine Reihe bedeutender Vorteile. Infolge der Anordnung eines zusätzlichen
Heizrohrsystems ist die Leistung des Kessels vergrößert. Da sich dieses zusätzliche
Heizrohrsystem oberhalb oder neben der Kesseltrommel befindet, braucht es beim Inbetriebsetzen
der Kesselanlage nicht mit Quecksilber gefüllt zu sein, so daß die erhöhte Leistung
des Kessels nicht mit einer Vermehrung der gespeisten Quecksilberrnenge erkauft
wird. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß infolge -des nur unwesentlichen überdruckes
des in die Kesseltromi-nel einströmenden Quecksilbers das Quecksilber auf seinem
ganzen Wege durch jie Kesselanlage nur geringen Temperaturschwankungen ausgesetzt
ist. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil bekanntlich Quecksilber die Eigenschaft
hat, bei hohen Temperaturen metallisches Eisen aufzulösen. Dieser Vorgang wird jedoch
gerade durch erheblichen Temperaturwechsel des Quecksilbers gefördert. Infolgedessen
zeichnet sich die Queclzsilber-Dampfkesselanlagiauch in dieser Beziehung vorteilhaft
gegenüber den bekannten Anlagen aus. Es brauchen daher dem Quecksilber auch keine
Zusatzstoffe oder wenigstens nur geringe Mengen solcher Zusatzstoffe hinzugefügt
werden, die das Äuflösen des Eisens durch das Ouecksilber verhüten. Die nach der
Erfindung ausgebildete Quecksilber-Dampfkesselanlage hat außer den obenerwähnten
Vorzügen noch den weiteren Vorteil, daß die Anzahl der Öffnungen verringert ist,
die im Boden der Kesseltrommel an-eordnet sein müssen. Infolgedessen wird der Kesselboden
nur unwesentlich geschwächt.
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Es handelt sich bei dein nach der Erfindung vorgesehenen zusätzlichen
kohrsystem um eine so beträchtliche Verlängerung der Steig rohre, wie sie bei den
auch bei Wasser-Dampfkesseln üblichen Steigrohren nicht in Frage kommt. Strömendes
Quecksilber hat bekanntlich infolge seines hohen spezifischen Gewichtes eine bedeutend
höhere kinetische Energie als Wasser. Es ist daher bei Ouecksilber-Dampfkesseln
im Gegensatz zu easser-Dampfkesseln. besonders wichtig, die Geschwindigkeit des
Quecksilbers zu verringern. Abgesehen von diesen Unterschieden wird durch die bekannte
unwesentliche Verlän-erung der Steigtohre bei Wasser-Dampfkesseln ein ganz anderes
Ziel verfolgt, nämlich eine Verbesserung der Dampfabscheidung, während durch das
nach der Erfindung vor-esehene zusätzliche Steigrohrsystem eine zielbewußte Ausnützung
der kinetischen Energie des strömenden Quecksilbers angestrebt und eine Vergrößerung
der Heizfläche ohne Vermehrun- des sehr teuren Otlecksilberinhaltes des Kessels
erreicht wird.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Ouecksilber-Dampfkesselanlage nach der
ErfinJung ist auf der Zeichnung dargestellt.
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Abb. i zeigt die Kesselanlage in einer Vorderansicht.
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Abb. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Abb. i.
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Abb. 3 zeigt einzelne Teile der Anlage in einer schaubildlichen
Ansicht, während Abb. 4 eine Abänderungsforin in Seitenansicht veranschaulicht.
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Gemäß den Abb. i bis 3 besteht die Quecksilber-Dampfkesselanlage
aus mehreren Kesseltrommeln io, 11, 12. Die Enden dieser Trornmeln ragen gemäß Abb.
2 durch die Feuerti
raumwände 13, 14 hindurch. Die unteren
Teile. dieser Wände begrenzen den eigentlichen Verbrennungsraum 15, in dem die Wärme
durch Strahlung auf die Heizflächen übertragen wird. Die oberen Teile der Feuerraumwände
bilden eine Kammer 16, in welcher die Wärmeüberträgung auf die Kesselheizflächen
durch Leitung erfolgt. An die beiden Enden jeder Kesseltrommel sind Fallrohre 17
und 18 angeschlossen, in die das Quecksilber aus der Kesseltrommel strömt. Diese
Fallrohre liegen außerhalb des Feuerungsräumes dicht neben den Wänden
13, 14. Unten verzweigen sich diese Fallriohre in mehrere Einzelrohre, die,
wie insbesondere Abb. 3 deutlich zeigt, an die Steigrohrelemente ig, :2o,
21 angeschlossen sind. Diese Rohrelemente liegen innerhalbdesFeuerungsraumes und
bekleiden dessen Wände 13, 14. Das Heizelement ig enthält drei Rohre2:2,:23,:24,
während das Heizelement 2o aus drei Rohren 25, --,6, 27 be-
steht. Einige
dieser Rohre sind in bekannter Weise an den Boden der Kesseltrommel angeschlossen,
so daß das aus flüssigem und dampfförmigem Quecksilber bestehende Gemisch teilweise
unmittelbar in die Trommel gelangt. Die übrigen Steigrohre der Heizeleniente erstrecken
sich jedoch bis oberhalb der Trommel. Gemäß Abb. 3 sind die mittleren Rohre
23 und 26 der Heizeleinente ig bzw. 2o unmittelbar an den Boden der
Trommel io angeschlossen, während die äußeren Rohre 22,24, 25 und
27 der Heizrohrelemente ig bzw. :2o mit anderen Heizrohrelementen
28,
29, 30 und 31 in Verbindung stehen. Dieses zusätzliche Heizrohrsystem:28
und 31 liegt zum wesentli « chen Teil oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
der Trommel io. Die Rohre 28
und 31 sind zu einer Gruppe zusammengefaßt,
die in dem oberen Verbrennungsraum 16 liegt, in dem die Übertragung der Wärme
auf die Rohre durch Wärmeleitung stattfindet. Die Rohre erstrecken sich dabei zu
ihrem größten Teil quer zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase und bilden mehrere
haarnadelförmige Schleifen, die nahezu waagerecht verlaufen und dem Quecksilber-Dampf-Gemisch
einen zickzackförmigen Weg vorschreiben, bevor es in die Trommeln gelangi. Um eine
gleichmäßige Verteilung des Quecksilbers innerhalb jeder Trommel zu erzielen, können
die Enden einer jeden Rohrgruppe an verschiedene Trommeln angeschlossen sein. Während
also jede,Rohrgruppe nur aus 'einer einzigen Trommel _gespeist wird, fördert jede
Rohrgruppe das Quecksilber' in mehrere Trommeln. Dies ist von besonderer Bedeutung
für den Fall, daß dem Quecksilber mehrere Zusatzstoffe, z. B. Natrium, Lithium,
Aluminium, Zirkon, Magnesium und Titan, beigemischt werden, denn beim Anschluß einer
Rohrgruppe an mehrere Kesseltrornmeln ist die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen
Konzentration von Quecksilber und Zusatzstoffen innerhalb der verschiedenen Trommeln
gewährleistet. Das Rohr 18 mündet in ei# an die Trommel io angeschlossenes Sammelrohr
32, während das Rohr 29 über ein Sammelrohr 33 an die Kesseltrommel
i i angeschlossen ist. Durch das Rohr 30 gelangt das Quecksilber-Dampf-Gemisch
über ein Sammelrohr 34 in die Trommel io, während das Rohr 33
an ein mit der
Kesseltrommel ii in Verbindung stehendes Sammelrohr 35 angeschlossen ist.
Die Sammelrohre 32, 33 liegen teilweise außerhalb der Feuerungskammer, dagegen
befinden sich die Sammelrohre 34, 35
im Innern der Verbrennungskammer. Wi#
Abb. i und :2 erkennen lassen, sind die einzelnen Rohrgruppen symmetrisch zueinander
angeordnet. Das Fallrohr 18 leitet das flüssige Quecksilber aus der Kesseltrommel
io - zu mehreren Steigrohren 36, 37. Das Rohr 36
mündet in den
Boden der Kesseltrommel, während die Rohre37 an die Rohrgruppe38* angeschlossen
sind, die der Rohrgruppe 28
bis 31 entsprechen, also oberhalb der Kesseltrommel
liegen und symmetrisch zu der genannten Rohrgruppe 28 bis 31 angeordnet sind.
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Das flüssige Quecksilber wird der Kesselanlage über nAhrere Vorwärmer
aus einem Vorratsraum, z. B. einem Kondensator, zugeführt. Abb. 2 und
3 lassen einen solchen Vorwärmer 39. erkennen, der zwischen
je - zwei Kesseltrommeln angeordnet ist und dem das flüssige Quecksilber
durch ein Rohr 40 zugeführt wird, das in ein U-förmig gebogenes Veyteilungsrohr
41 mündet, An dem linken Schenkel dieses Verteilungsrohres 41 ist eine Rohrgruppe
43 angeschlossen. Diese Rohre 43 liegen im wesentlichen waagerecht unterhalb der
Trommel und münden in ein Sammelrohr 44, das über einen Anschlußstutzen 45 an ein
außerhalb der Feuerungskamnier liegendes Sammelrohr 46 angeschlossen ist. Das Sammelrohr
46 erstreckt sich über die gesamte Breite der Feuerungskammer und leitet das vorgewärmte»
flüssige Quecksilber durch mehrere Rohre 47 in die verschiedenen Kes#eltrommeln.
Der rechte Schenkel des U-förmig gebogenen Verteilungsrolires 41 ist an eine zweite
Rohrgruppe 48 angeschlossen, die ähnlich wie die Rohrgruppe 43 angeordnet und ebenfalls
an das Hauptverteilungsrohr 46 angeschlossen ist.
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Damit eine gleichmäßige Gemischbildung innerhalb der verschiedenen
Teile ein- und derselben Kesseltrommel gewährleis ' tet ist, sind die einzelnenVorwärmer
zweckmäßig so
ausgebildet, 'daß sie die Trommeln an verschiedenen Stellen
beschicken. So ist beispielsweise der zwischen den Trommeln ii
und
12 angeordnete Vorwärmer an die Enden der Trommeln i i und 12 angeschlossen, die
sich durch die Wände 14 der Verbrennungskammer erstrecken, während der zwischen
den Trommeln io und i i liegende Vorwärmer über ein Hauptrohr 49 an die Enden der
Trommeln io und ii angeschlossen ist, die sich durch die Vorderwände 13 des Ofens
erstrecken.
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Obgleich die an die Steigrohre angeschlossenen Heizelemente nach Abb.
i bis 3 oberhalb der Kesseltrommeln liegen, ist diese Anordnung doch nicht
wesentlich, vielmehr können die Heizelemente auch mindestens teilweise niedriger
oder sogar unterhalb der Trommelebene angeordnet sein. Wesentlich ist lediglich
das Merkmal, daß die Steigrohre beträchtlich verlängert sind, und zwar über ihre
durch die Fallrohre bedingte Länge hinaus, so daß das durch die Steigrohre in die
Trommel beförderte Gemisch aus flüssigem und dampfförmigem Quecksilber mit einer
geringen Geschwindigkeit und nur geringem Überdruck in die Trommel strömt. Eine
unter diesen Gesichtspunkten gegenüber -den Abb. i bis 3 abgeänderte Ausführungsform
zeigt Abb.,4. Diese Abbildung läßt eine waagerechte Kesseltrommel 6o mit dem Fallrohr
61 und dem Steigrohr 62 erkennen. An das Steigrohr 62 ist ein zweites
Heizrohrsystern 63 angeschlossen, das teilweise unterhalb und teilweise neben
der Kesseltrommel 6o liegt. Das Rohrsystern 63 mündet in ein Sammelrohr.64,
das an die Kesseltrommel 6o angeschlossen ist.
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Nachdem das flüssige Quecksilber auf seinem Wege durch die Steigrohre
erhitzt und teilweise verdampft worden ist, erhöht sich der Reibungswiderstand an
den Rohrwänden. Zur Verminderung dieser Reibung ist bei der Ausführungsform nach
Abb. 4 die Einrichtung getroffen, daß der Durchmesser des Heizrohrsystems in der
Strömungsrichtung zunimmt. Das Rohr 63 hat also einen größeren Durchmesser
als das Rohr 62. Dabei ist das .Rohr 63 mindestens um die Hälfte
länger als das Rohr 62. Die Kesselanlage wird beim Inbetriebsetzen so weit
mit Quecksilber gefüllt, daß es in kaltem Zustand den Flüssigkeitsspiegel
65 nach Abb. 4 einnimmt. Dieser Flüssigkeitsspiegel liegt oberhalb desjenigen
Teiles des Feuerungsraumes,- in dem die Wärmeübertragung auf die Heizflächen durch
Strahlung stattfindet. Dagegen liegt der Flüssigkeitsspiegel 65 unterhalb
des Kessels 6o und unterhalb des größeren Teiles des zusätzlichen Rohrsystems
63.