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Röhrendampferzeuger mit Zwangumlauf Die Erfindung bezweckt, einen
Röhrendampferzeuger mit Zwangumlauf für große Leistungen zu schaffen, bei dem der
Dampf nicht in einer Dampfwassertrommel, sondern in einem zu jedem Verdampferrohr
oder einer Verdampferrohrgruppe gehörenden, am Rohrstrang angeordneten Dampfabscheider
aus dem Dampf-Wasser-Gemisch ausgeschieden wird.
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Es ist bekannt, daß sich in den oberen Teilen der Verdampfungsrohre
Wasser und Dampf trennen. Das tritt ein, wenn der Dampf dem Volumen nach über das
Wasser das Übergewicht erhält. Dann ist der Rohrquerschnitt an der Austrittsstelle
in die Dampfwassertrommel oben zum größten Teil mit Dampf und im unteren Teil mit
Wasser gefüllt, vorausgesetzt, daß die Geschwindigkeit wie bei selbsttätigem Umlauf
1,5 bis 3 m/Sk. beträgt.
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Bei Zwangumlauf kann man die Rohrlänge entsprechend größer nehmen.
Dadurch wird aber die Durchflußgeschwindigkeit an der Austrittsstelle des Verdampferrohres
größer. Sie ist etwa a- bis 4mal so groß wie bei selbsttätigem Umlauf, und es bestellt
die Gefahr, daß sich der Dampf und das Wasser wieder mischen. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß nach Versuchen des Erfinders auch bei Zwangumlauf die Wasserbewegung in den
beheizten Dampferzeugerrohren pulsierend vor sich geht. Besonders in engen Wasserrohren
bilden sich Wasserpfropfen, denen wieder ein Dampfpfropfen folgt, und je länger
das Rohr ist und demnach je höher der Durchflußwiderstand, um so stärker sind auch
die auftretenden Pulsationen. Kommt ein solches Dampf-Wasser-Gemisch in pfropfenförmiger
Folge an die Dampfabscheidestelle, dann wird viel Wasser in den Dampfraum mitgerissen.
Der Dampf ist naß, und damit sind die Schwierigkeiten verbunden, die sich beim Betrieb
von Hochdruckdampferzeugern infolge salzhaltigen Dampfes einstellen.
Die
Erfindung soll es ermöglichen, trockenen und damit salzarmen Dampf zu erzeugen.
Sie besteht darin, daß vor einem zu jedem Verdampferrohr oder einer Verdampferrohr-'
gruppe gehörenden, am Rohrstrang angeord-` neten Dampfabscheider, bei dem sich der
Dampf aus dem strömenden Gemisch abscheidet und in ein Abführungsrohr übertritt,
in den Gemischstrom eine Drosselvorrichtung eingeschaltet ist. Vor der Drosselvorrichtung
befindet sich außerdem ein bei der vorhandenen Strömungsgeschwindigkeit für die
Dampfausscheidung ausreichend langer, etwa waagerecht angeordneter Rohrabschnitt,
aus dem der vor der Drosselvorrichtung ausgeschiedene Dampf unter Umgehung der Drosselöffnung
in den Dampfraum des Dampfabscheiders übertritt.
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Die Drosselstelle verursacht eine Verzögerung der Wasserhewegung'und
eine Beruhigung. in der Strömung, so daß sich der Dampf in dem Rohrabschnitt vor
der Drosselstelle gut ausscheiden kann. Der ausgeschiedene Dampf wird durch den
an der Drosselstelle eintretenden Anstau etwas verdichtet. Er nimmt daher nicht
den größten, sondern einen kleinen Teil des Rohrquerschnittes ein und kann durch
die vorgesehenen Umgehungsöffnungen in den Dampfraum des Dampfabscheiders entn-eiclien.
Das Wasser tritt hinter der Drosselstelle als verhältnismäßig gleichrräßiger Strahl
in das Abscheiderohr ein. Der mitgerissene Dampf hat nun Gelegenheit, sich hinter
der Drosselstelle aus dem Wasserstrahl auszuscheiden und aus dem Dampfraum der Abscheidevorrichtung
ohne Wassermitreißen fortzuströmen.
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Durch die Drosseleinrichtung wird die Einwirkung starker Entlastungsstöße,
die sich in einem Aufkochen des Gemisches äußert, auf dem beheizten Teil der Rohre
stark gedämpft. Der in den Wasserrückflußrohren zu beobachtende Wasserstand des
Dampferzeuger s kann dabei in weiten Grenzen veränderlich sein. Durch einen mit
den Wasserrückflußrohren in Verbindung stehenden Wasserstandsanzeiger kann der Wasserinhalt
des Dampferzeugers jederzeit überwacht werden. Da die Zahl der einzelnen Rohrstränge
beliebig groß sein kann, ist ein derartiger Dampferzeuger für Dampfleistungen bis
zu ioot,@h und mehr und für Betriebsdrücke bis i oo und mehr atü ausführbar.
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Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Abb. i zei=t einen senkrechten Schnitt durch einen Röhrendampferzeuger
mit Zwangumlauf nach der Erfindung.
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Abb. 2 zeigt in größerem Maßstabe einen Längsschnitt durch den am
Ende eines Verdampferrohrstranges vorgesehenen Dampfabscheider mit vorgeschalteter
Drosselvorrichtung und Abb. 2a einen Querschnitt nach Linie Ha-IIa ,der Abb. 2.
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In den Abb. 3 und 4 sind abgeänderte Ausführungsformen des Dampfabscheiders
mit Drosselvorrichtung im Längsschnitt dargestellt.
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Im Brennraum i des in Abb. i dargestellten Dampferzeugers sind Verdampferrohrschla.ngen
2, 3 und in einem neben dem Brennraum liegenden senkrechten Heizzug 4 ein überhitzer
5 und ein Speisewasservorwärmer 6 untergebracht. Die Verdampferrohrschlangen 2,
3 verlaufen in ihrem unteren Teil als strahlungsbeheizte Wandkühlrohre und gehen
im oberen Teil in den Brennraum durchquerende berührungsbeheizte Rohrwindungen über.
Mit ihren unteren Enden sind die Verdampferrohre 2 an einen Verteiler 7 und die
Verdampferrohre 3 an einen Verteiler 8 angeschlossen. Den Verteilern 7, 8 wird das
Wasser durch eine Umlaufpumpe g über eine Leitung i o mit Abzweigleitungen 12, 13
zugedrückt. Die Saugleitung 14 der Umlaufpumpe 9 geht von einem Sammler 15
aus, der durch eine Leitung 16 mit dem Speisewasservorwärmer 6 verbunden ist, in
den eine Speisepumpe 17 fördert.
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An den aus dem Brennraum herausgeführten Enden der Verdampferrohrstränge
2 und 3 sind erfindungsgemäß rohrförmige Dampfabscheider mit Drosselvorrichtung
angeordnet. Bei dem in Abb. 2, 2a veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist an der
Dampfabscheidestelle am Ende des Rohrstranges 3 ein Rohr i 8 längsseits angeschlossen.
In der Trennwand 19 der beiden Rohre 3, 18 sind Löcher oder Schlitze
2o vorgesehen, welche die Verbindung zwischen den beiden Rohren herstellen. Durch
einen Rohrkrümmer 21 (Abb. i) ist das Rohr 3 an einen oberen Sammler 22 angeschlossen,
von dem Fallrohre 23 zu dem unteren Sammler 15 führen. Das Rohr 18
ist durch ein Rohr 24 mit dem iberhitzer 5 verbunden.
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In der Strömungsrichtung des Dampf-Flüssigkeits-Gemisc'hes ist vor
dem Dampfabscheider, d. i. also vor den überströmöffnungen 2o zum Rohr 18,
im Verdampferrohr 3 eine Drosselvorrichtung eingeschaltet. Diese wird bei dem Ausführungsbeispiel
der Abb.2, 2a durch eine im oberen Teil des Rohres 3 angeordnete kreisabschnittförinige
Scheibe 25 gebildet, die im oberen Teil mit einer oder mehreren Öffnungen 26 für
den Dampfdurchtritt versehen ist.
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Das Wasser fließt hinter der Drosselstelle im unteren Teil des Rohres
3 weiter, so daß im oberen Teil des Rohres ein Ausdampfraum vorhanden ist, in welchen
auch der vor der
Drosselstelle ausgeschiedene Dampf durch die Öffnungen
26 der Scheibe 25 überströmt.
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Da die Drosselvorrichtung außerhalb des Brennraumes angeordnet und
infolgedessen auch die Dampfabscheidestrecke nicht mehr beheizt ist, kann an dieser
Stelle ein Aufkochen des Wassers nicht mehr erfolgen. Es sind also besonders günstige
Voraussetzungen für das Ausscheiden trockenen Dampfes geschaffen.
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Zwischen dem oberen Sammler 22 und dem unteren Sammler 15 ist
ein Standrohr 27 mit Wasserstand 28 angeordnet. In diesem Standrohr kann in bekannter
Weise ein. Schwimmer für einen Speisewasserzuflußregler des Sammlers 15 angeordnet
sein. Gegebenenfalls könnten zwischen Fallrohren 23 und den Sammlern 7 und 8 zusätzliche
Fallrohre 29 miteingebaiiten Rückströmhindernissen, z. B. Rückschlagventilen oder
Drosseldüsen, vorgesehen sein. Solange die Umlaufpumpe arbeitet, sind diese zusätzlichen
Fallrohre abgesperrt. .Fällt die Umlaufpumpe aus, so. kann ein Umlauf von den Verdampferrohren
über die Dampfabscheider, den Sammler 22, Fallrohre 23, die zusätzlichen Fallrohre
29 und die Sammler 7 und 8 stattfinden. Der Kessel kann dann also wenigstens zeitweise
mit natürlichem Umlauf arbeiten (vgl. Patent 65o ogo). Ein solcher Dampferzeuger
kann beispielsweise auch bei seiner durch Dampf angetriebenen Umlaufpumpe ohne Hilfseinrichtung
angeheizt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb.3 wird der rohrförmige Dampfabscheider
durch ein Rohrstück 30 von größerem Durchmesser als das Gemischrohr 3 und
die Drosselvorrichtung durch eine am Übergang des Rohres 3 in das Rohrstück 3o eingebaute
Düse 3 i gebildet. Oberhalb der Düse ist eine kleine Nut 3 i' angebracht, um den
Dampf teilweise in den Ausdampfraum 32 des Rohrstückes 30 unmittelbar eintreten
zu lassen. Der Ausdampfraum 32 ist mit einem Dampfableitungsstutzen 33 versehen,
mit dem das zum überhitzer führende Rohr 2¢ (Abt. i ) verbunden wird.
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Von dem Wasserraum 34. des Rohrstückes 30 führt ein Anschlußstutzen
35 zu dem mit dem Sammler 22 verbundenen Rohrkrümmer 21 (Abt. i). Der Strahl des
Dampf-Wasser-Gemisches tritt aus der Düse 31 in das erweiterte Rohrstück 32 aus,
wo sich die Dampfblasen aus dem Gemisch nach dem Ausdampfraum Das Ausführungsbeispiel
32 ausscheiden. der - Abb. q. entspricht im wesentlichen demjenigen der Abb. 3.
In das erweiterte Rohrstück 3o ist jedoch axial zur Düse 31 ein Siebrohr 36 eingesetzt.
Der aus der Düse austretende Gemischstrahl geht. innerhalb des Siebrohres 36 zum
Abflußrohr 37. Auf diesem Wege scheiden sich die Dampfblasen aus dem Gemischstrahl
aus und treten durch die Öffnungen des Siebrohres in den das Siebrohr umgebenden
Dampfraum, aus dem der Dampf durch den Stutzen 33 abströmt. Wasser, das sich etwa
in dem Rohrstück 3o unterhalb des Siebrohres ansammelt, kann durch ein Verbindungsrohr
38 zum Abflußrohr 37 gelangen. Es wäre auch möglich, die Düse 31 außermittig zu
dem erweiterten Rohrstück so anzuordnen, daß sie in die untere Hälfte des Rohrstückes
ausmündet. Es würde dann genügen, den Siebeinsatz als gewölbtes Blech in der oberen
Hälfte des Rohrstückes 3o anzuordnen.