-
Quecksilberdampfkesselanlage Bei Quecksilberdampfkesseln mit einem
Heizraum, in dem die zur Verdampfung des Quecksilbers erforderliche Wärme einerseits
durch Strahlungsheizflächen, andererseits durch Berührungsheizflächen auf das Quecksilber
übertragen wird, kann der über die Heizflächenelemente und die eigentliche Kesseltrommel
gehende Kreislauf des flüssigen Quecksilbers entweder selbsttätig durch die Schwerkraft
;oder mittels Pumpen durchgeführt werden. Bei einer Kesselanlage mit selbsttätigem
Kreislauf strömt das flüssige Quecksilber in - der Regel durch außerhalb des Ofenmauerwerkes
angeordnete senkrechte Fallröhre hindurch in die unteren . Enden von Steigröhren
hinein. In diesen Steigrohren steigt das Quecksilber durch die Saugwirkung empor;
die durch die Dampfbildung innerhalb der Röhre sowie infolge des Gewichtsunterschiedes
zwischen dem verhältnismäßig kalten Quecksilber der Fallrohre und dem verhältnismäßig
heißen Quecksilber der Steigrohre entsteht. Bei einer Kesselanlage mit einem Zwangsumlauf
des Quecksilbers sind eine oder mehrere Pumpen vorgesehen, die das Quecksilber durch
die Erhitzerelemente drücken. Ein Quecksilberdampfkessel mit selbsttätigem Quecksilberumlauf,
der mit gewöhnlichem Quecksilber, d. h. also mit Quecksilber öhne Zusatz, beschickt
wird, ist stets Betriebsstörungen ausgesetzt und erreicht vielfach nur niedrige
Erhitzertemperaturen, während
das Quecksilber in einem Quecksilberdampfkessel
mit Zwangsumlauf nach und nach immer höhere Temperaturen annimmt. Dieser= Vorteil
muß jedoch durch .einen beträeht,": lichen Leistungsaufwand für die Pumpend 2i:--kauft
werden, so daß der G,esamtwirkun1,g@ grad der Anlage sinkt.
-
Bei. dem Quecksilberdampfkessel nach der Erfindung ist der selbsttätige
Flüssigkeitsumlauf mit dem Zwangsumlauf derart vereinigt, daß nur die Vorteile beider
Betriebsarten ohne deren Nachteile in Erscheinung treten. Nach der Erfindung ist
diese Aufgabe bei einer Quecksilberdampfkesselanlage mit einer Feuerungsanlage,
deren Verbrennungsraum in einen Wärmeherührungs- und einen Wärmestrahlungsraum unterteilt
ist, mit einem zwangsläufig mittels einer Umwälzpumpe bewirkten Umlauf des Quecksilbers
durch in der Rauchkammer liegende Rohrschlangen und einem sich selbsttätig vollziehenden
Irreislauf des Quecksilbers durch im Feuerraum angeordnete Heizrohre nach Patent
652 19o dadurch gelöst, daß die Wände des Wärmestrahlungsraumes mit im Zwangsumlauf
des Quecksilbers liegenden Fallrohren, dagegen die Wände des unten an den Wärmestrahlungsraum
:angeschlossenen Wärmeberührungsraumes mit an die Fallröhre des Wärmestrahlungsraumes
unten angeschlossenen Steigrohren bekleidet sind.
-
Bei Wasserdampfkesseln mit natürlichem Wasserumlauf ist es bekannt,
den Wärmeberührungsraum, dessen Wände mit Steigrohren bekleidet sind, unten an den
Wärmestrahlungsraum anzuschließen.. Mit dieser Maßnahme wird jedoch ein ganz anderer
Zweck als bei einem Quecksilberdampfkessel mit Zwangsumlauf verfolgt. Bei einem
Quecksilberdampfkessel wird durch Anordnung der Fallrohre im Strahlungsteil der
Brennkammer auch der Flüssigkeitsinhalt der Fallrohre einer besonders starken Beheizung
ausgesetzt, während man bei Wasserdampfkesseln aus Gründen des Wasserumlaufes das
Gegenteil anstrebt. Dabei ist es wichtig, daß durch entsprechende Strömungsgeschwindigkeitenein
Verdampfen des Quecksilbers in den Fallröhren verhindert wird. Dies ist bei einem
Quecksilberdampfkessel viel leichter möglich als bei .einem unter den gleichen Flüssigkeitstemperaturen
arbeitenden Wasserdampfkessel, weil das Quecksilber im senkrechten beheizten Rohr
infolge der starken Druckzunahme durch sein hohes Gewicht etwa das 3o- bis 40fache
an Wärme ,aufnehmen kann als eine gleiche Wassersäule, bevor Verdampfung eintritt.
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Quecksilberdampfkesselanlage nach der
Erfindung sind auf der Zeichnung dargestellt. Fig. i zeigt die gesamte Kesselanlage
wesenhaft in einem Längsschnitt.
-
Fig.2 zeigt eine Abänderungsform in der ;=kleichen Darstellungsweise.
-
Wände io umschließen den eigent-=-13chen Feuerraum i i, in dem die
Wärmeübertragung durch Strahlung erfolgt, während die Wände 12 einen Raum 13 begrenzen,
der mit Berührungsheizflächen ausgerüstet ist. Der durch eine Bodenwand 14 abgeschlossene
Strahlungsraum i i steht unten mit dem Berührungsraum 13 in Verbindung. Sämtliche
Wände sind aus feuerfestem und wärmeisolierendem Baustoff hergestellt und mit Eisenblech
16 uriikleidet. Der obere Teil des Ofenmauerwerkes ist von dem unteren Teil getrennt.
Zwischen beiden Teilen ist eine Gleitverbindung 17, 18 hergestellt, die eine gegenseitige
Verschiebung beider Teile während des Betriebes gestattet. Die Ofenwände sind in
einem aus senkrechten Trägern i9 und waagerechten Streben 2o bestehenden Gerüst
verankert. Der Brennstoff und die Verbrennungsluft werden dem Strahlungsraum durch
Brenner 21 zugeführt, die oben in den Raum i i münden, so daß sich die Flamme in
der Richtung von oben nach unten ausbildet, während die Verbrennungsgase nach ihrer
Umlenkung am Boden des Strahlungsraumes i i in dem Berührungsraum 13 nach oben steigen.
Gemäß Fig. i ist die Wandung des Raumes i i mit Fallröhren 22, 23 ausgekleidet,
die oben an Verteiler 24 bzw. 25 angeschlossen sind. In diese Verteiler wird flüssiges
Quecksilber mittels einer Pumpe 26 hineingedrückt, deren Saugstutzen 27 zu dem Kessel
28 und deren Druckstutzen 29, 3o zu den Verteilern z4, 25 führen. Die von einem
Elektromotor 31 angetriebene Pumpe 26 ist an einer Konsole 32 mittels Federn 33
nachgiebig aufgehängt.
-
Unten sind die Heiz-oder Fallrohre 22, 23 an Aufnehmer 34 bzw. 35
angeschlossen, die ihrerseits mit Steigrohren 36, 37 in Verbindung stehen. Diese
die Wandung des Berührungsraumes 13 bedeckenden Steigrohre münden oben in eine Heizrohrschlange
38, die in dem oben erweiterten Teil. des Berührungsraumes .oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
des Kessels 28 untergebracht und von dem Quecksilber in einer Strömungsrichtung
von oben nach unten durchflossen sind. Die Heizröhrschlange 38 ist an den Kessel
28 angeschlossen, der in einer seitlichen Ausbuchtung des Berührungsraumes 13 liegt,
so daß der Kessel den Durchtritt der Verbrennungsgase durch den Berührungsraum nicht
behindert und die Enden der Rohrschlange 38 gegen zu hohe Erwärmung durch die Verbrennungsgase
geschützt sind. In der Kesseltrommel 28 ist ein Prallblech 39 vorgesehen, mit
dessen
Hilfe das durch die Rohrschlange 38 zugeführte Gemisch aus flüssigem und dampfförmigem
Quecksilber nach unten abgelenkt wird. Hierdurch ist verhindert, daß flüssige Quecksilberteilchen
durch das Dampfauf- -nahmer,ohr 40 aus dem Kessel herausgeführt werden. Bei Inbetriebsetzung
des Kessels ist die Rohrschlange 38 leer, da sie oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
der Kesseltrommel 28 liegt. Infolgedessen ist die für den Betrieb des Kessels ,erforderliche
Quecksilbermenge verhältnismäßig gering, obwohl die Rohrschlange 38 beim normalen
Betrieb des Kessels dessen Heizfläche zusätzlich beträchtlich vergrößert.
-
Wenn der Kessel in Betrieb ist, so drückt die Pumpe 26 flüssiges Quecksilber
oben in die Fallröhre 22, 23 des Strahlungs- Moder- Verbrennungsraumes. Aus diesen
Fallrohren gelangt das Quecksilber in die Steigrohre 37, 36 und nach DurchstMmung
der Heizschlange 38 in die Kesseltrommel 28. Zu beachten ist 'hierbei, daß sowohl
die Fallrohre als auch die Steigrohre, d. h. sämtliche mit Quecksilber gefüllte
und in den Quecksilberkreislauf eingeschaltete Rohre, der Bieheizung ausgesetzt
sind. Dabei sind die Fallrohre 22, 23 vollständig mit flüssigem Quecksilber gefüllt.
Diese Rohre können daher dem. Strahlungs-. raum i i erhebliche Wärmemengen entziehen.
Der Quecksilberkreislauf wirdeinerseits durch die Wirkung der Pumpe 26, andererseits
selbsttätig aufrechterhalten. Der selbsttätige Umlauf wird durch den Gewichtsunterschied
zwischen dem in den Rohren 22 und 36 befindlichen Quecksilber in Form einer Aufwärtsströmung
des Quecksilbers in den Rohren 36 und außerdem dadurch bewirkt, daß ;die Bildung
von Dampf in den Rohren 36 eine Saugwirkung zur Folge hat, da die Quecksilberströmung
durch die Rohre 36 beschleunigt wird und somit auch .eine Beschleunigung des Flüssigkeitsstromes
durch die Fallrohre 22, 23 eintritt.
-
Um innerhalb der beschriebenen Kesselanlage die größtmögliche Beschleunigung
des Quecksilberumlaufes erzielen zu können, ist es wichtig, daß in den Fallrohren
22, 23 eine Verdampfung des Quecksilbers verhindert wird, weil diese Verdampfung
die Strömungsgeschwindigkeit des Quecksilbers vermindert oder die Richtung des.
Quecksilberstromes sogar umgekehrt werden kann. Zur Erreichung dieses Zieles muß
angestrebt werden, daß eine Verdampfung des Quecksilbers nur im letzten Teil seines
Kreislaufes stattfindet, also dort, wo das Quecksilber nach oben strömt: Dieser
letzte Teil des Quecksilberkreislaufes wird bei der dargestellten Kesselanlage durch
die Steigrohre 36 und 37 gebildet. Eine Verdampfung des Quecksilbers soll also erst
dann stattfinden, wenn das Quecksilber die Aufnehmer 34, 35 durchströmt hat und
sich im unteren Teil der Rohre 36, 37 befindet. Durch Änderung der Geschwindigkcit
des Quecksilberstromes innerhalb seines Kreislaufes kann die Verdampfung des Quecksilbers
geregelt werden. Diese Geschwindigkeitsänderung des Quecksilberstromes wird bei
der Ausführungsform nach Fig. i durch Änderung der Drehzahl der Pumpe 26 erreicht.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. i ist ferner dafür gesorgt, daß
bei Wahrung der' Dichtigkeit der Steig- und Fallrohre zwischen diesen Rohren -einerseits
und der Wandung des. Strahlungsraumes und des Berührungsraumes andererseits eine
möglich ist, die verhindert, daß die Rohre sich teilweise von dem Mauerwerk lösen
oder abheben. Zu diesem Zweck sind an der Rückseite der einzelnen Rohre mehrere
U-förmige Ansätze 41 angeschweißt, die in Aussparungen 42 des Mauerwerkes hineingreifen.
Diese Ansätze 41 erstrecken sich durch Öffnungen einer Platte 43, die in das Mauerwerk
eingebettet und an der Eisenumkleidung 16 befestigt ist. Infolgedessen können sich
die Rohre senkrecht zum Mauerwerk. bewegen. Die den Boden 14 des Strahlungsraumes
i i bekleidenden unteren Enden der Fallrohre 23 sind an Schellen 44 derart befestigt,
daß das Mauekwerk des Bodens 14 mindestens teilweise von den Rohren 23 bzw. den
Rohren 37 getragen wird. Auf diese Weise ist die Dichtheit der Rohre 23 und 37 gewährleistet.
Auch eine den Stra'h1ungsraum i i und den Berührungsraum 13 voneinander trennende
Wand 45 wird sinngemäß in der gleichen Weise von den zugehörigen Rohren 22 und 36
getragen. Außerdem sind besondere Mittel vorgesehen, welche die unteren Enden der
Rohre 23 schräg nach unten und außen ziehen. Diese Mittel sind durch die Federn
47 und 48 gebildet. In der gleichen Weise werden die unteren Enden der Rohre 37
in unmittelbarer Nähe des Aufnehmers 35 mittels Federn 50 und 51 schräg nach
unten und außen gezogen.
-
Die Kesselanlage gemäß Fig.2 besteht in Übereinstimmung mit der Ausführungsform
nach Fig. i aus einem Strahlungsraum 56 und einem mit diesem Raum unten in Verbindung
stehenden Berührungsraum 57. Der Brennstoff wird dem Strahlungsraum wieder umoben
durch einen, Brenner 58 zugeführt. Die Wände des Strahlungsraumes sind sowohl mit
Fallrohren 6o, 61 als auch mit Steigrohren 59 ausgekleidet. Die Fallröhre 6o, 61
sind oben an einen Verteiler 62 und unten an Aufnehmer 63, 64 bzw. 65 angeschlossen.
Die an den Aufnehmer 64 angeschlossenen
Fallrohre 6o bekleiden
die Rückwand des Strahlungsraumes, während die an den Aufnehmer 65 angeschlossenen
Fallrohre 61 eine Seitenwand des Strahlungsraumes bekleiden. Der Berührungsraum
57 enthält Steigrohre 66, die unten an die Aufnehmer 64. bzw. 65 und oben an den
Kessel 67 angeschlossen sind. Dieser Kessel ist wiederum mit einer Ablenkplatbe
und einem Dampfaufnahmerohr 69 ausgerüstet.
-
Bei dieser Ausführungsform saugt eine Pumpe 7o durch ein Rohr 7 i
das flüssige Quecksilber aus dem Kessel 67 und drückt es durch ein Rohr 72
in den unteren Aufnehmer 63. Von dem Aufnehmer 63 fließt das Quecksilber durch die
Steigrohre 59 in den oberen Aufnehmer 62, aus dem @es durch die Fallrohre 6o, 6
i in den unteren Aufnehmer 6q., 65 gelangt. Aus diesen Aufnehmern 6q., 65 strömt
das Quecksilber dann durch die Steigrohre 66 des Berührungsraumes 57 in den Kessel
67 zurück. Die in den Rohren des Strahlungsraumes, d. h. also in den Steigrohren
59 und den Fallrohren 6o und 61 vor sich gehende Strömung des Quecksilbers erfolgt
in erster Linie durch die Wirkung der Pumpe 70. Dagegen strömt das Quecksilber durch
die in dem Berührungsraum 57 befindlichen Röhre 66, die den Rohren 6o, 61 nachgeschaltet
sind, in der Hauptsache unter der Wirkung des Gewichtsunterschiedes, der durch die
unterschiedliche Temperatur des Quecksilbers bedingt ist. Die in dem Strahlungsraum
befindlichen Rohre sind völlig mit flüssigem Quecksilber gefüllt. Eine Verdampfung
dieses Quecksilbers findet erst dann statt, wenn das flüssige Quecksilber die Rohre
66 des Berührungsraumes erreicht hat. Es wird also wiederum verhindert, daß das
Quecksilber in den Rohren des Strahlungsraumes verdampfen kann.
-
Zu diesem Zweck ist eine sowohl auf die Temperatur als auch auf den
Druck ansprechende Einrichtung vorgesehen. Der temperaturabhängige Teil 73 und der
druckabhängige Teil 74 dieser Einrichtung wird durch je einen Balgen gebildet. Beide
Balgen sind an die freien Enden eines zweiarmigen Hebels 75 angeschlossen, der einen
festen Drehpunkt 76 hat und mit einem Schalter 77 zusammenwirkt. Der Schalter 77
liegt in dem Steuerstromkreis eines Relais, zu dem ein Schalter 78 gehört, der einen
Widerstand 79 kurzschließt. Dieser Widerstand liegt in dem Speisestromkreis eines
die Pumpe 7o antreibenden Elektromotors 8o. Die druck- und temperaturabhängige Einrichtung
73, 74 steht mit dem unteren Aufnehmer 65 in Verbindung. Bei einem Temperaturanstieg
oder einem Druckabfall schließt sich der Schalter 77, der bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel als Quecksilberschalter .ausgebildet ist. Infolgedessen wird
das Relais des Schalter 73 erregt. so daß der Widerstand 7 9 kurzgeschlossen wird
und der Motor So mit höherer Drehzahl läuft. Die Pumpe 7 o entzieht daher der Kesseltrommel
67 eine größere Quecksilbermenge, so daß der Druck des Quecksilbers im Aufnehmer
65 steigt oder die Temperatur dieses Quecksilbers sinkt. Im vorliegenden Fall verhindert
diese druck- und temperaturabhängige Regeleinrichtung eine Verdampfung des flüssigen
Quecksilbers vor dessen. Eintritt in die letzten Steigrohre des Quecksilberkreislaufes.
-
Während bei der Kesselanlage nach Fig. i in dem Strahlungsraum ,ausschließlich
Fallrohre angeordnet sind, enthält der Strahlungsraum gemäß Fig.2 außer den Fallrohren
auch Steigrohre, wobei das Quecksilber zuerst in den Steigrohren und dann in den
Fallrohren erhitzt wird. Die Fallrohre sind dabei in Reihe ,zu den Steigrohren geschaltet.
Bei der Ausführungsform nach Fig.2 sind die Speiserohre 7 i, 72 zur Vereinfachung
außerhalb der Kesselanlage angeordnet. In der Regel liegen diese Speiserohre jedoch
innerhalb des Verbrennungsraumes und bekleiden als Fallrohre dessen Wandung.