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Hochdruckzwischendampfüberhitzer Die Erfindung betrifft Zwischendampfüberhitzer,
in denen Dampf, der in einer Hochdruckmaschine bereits gearbeitet hat, nochmals
aufgeheizt wird, um in einer zweiten Maschine, beispielsweise einer Turbine, nochmals
Arbeit zu leisten.
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Die bekannten Vorrichtungen bestehen aus waagerecht liegenden Kesseln,
in .die von einer Stirnseite aus U-förmig gebogene Heizrohre eingeführt sind, die
an ein Kopfstück anschließen, mit dem sie mit der Stirnseite des Kessels fest verbunden
werden. Das Kopfstück enthält die Zuleitungen für den Heizdampf nach den Heizrohren
sowie die Ableitungen für das Kondensat. Da es sich hierbei meist um hohen Druck,
beispielsweise zoo oder 15o at handelt, müssen die Anschlüsse der Rohre an das Kopfstück
diesem hohen Druck entsprechend dicht eingewalzt sein. Die verhältnismäßig große
Wandstärke der Heizrohre, welche durch diesen hohen Druck bedingt ist, macht schon
die Umbiegung mit dem nötigen kleinen Radius in die U-Form schwierig. Da die am
engsten gebogenen Rohre nach der Mitte zu liegen kommen, sind gerade diese am schwersten
auszuwechseln. Vermeidet man aber die Biegungen durch Anwendung von Kopfstücken
an beiden Stirnenden des Kessels, so erhält man die doppelte Anzahl Hochdruckwalzstellen
mit all ihren Nachteilen. Um die erforderliche Gesamtwärmeaustauschfläche mit möglichst
wenig
Kesseln zu erzielen und infolgedessen auch möglichst wenig
von solchen Kopfstücken herstellen zu müssen, muß man den Kesseln. eine möglichst
große Länge geben. Bei Reti', raturen benötigt man, um die Heizbündä waagerecht
aus den -Kesseln in ihrer vollen. Länge herausziehen zu können, einen Beinentsprechend
großen Platz. Das große Gewicht solcher Bündel ist hierbei so hinderlich, daß es
bei großen Leistungen solcher Aggregate zu starleer Unterteilung zwingt. Auch für
die Abführung des Kondensates aus den Heizrohren solcher Bündel liegen die Verhältnisse
ungünstig. Wollte man größere Neigungen anwenden, um das Abfließen des Kondensates
zu begünstigen, so müßte man Apparate von dementsprechend größerem Durchmesser anwenden,
was wieder Gewicht und Preis erhöht.
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Der aufzuheizende Dampf wird bei diesen in radialer Richtung in der
Nähe des Kopfstückes zugeleitet und diametral gegenüber bekannten Vorrichtungen
dem Kessel meist dieser Eintrittsstelle ebenso abgeleitet. Der Dampf erfährt infolgedessen
beim Eintritt zwischen die Heizrohre des Bündels eine starke Drosselung, die natürlich
einen Verlust für die zweite Arbeitsmaschine bedeutet. Durch eine zentrale Querwand,
die auf dem Kopfstück steht und bis an die Umkehrstelle der U-förmig gebogenen Heizrohre
reicht, wird der aufzuheizende Dampf gezwungen, im wesentlichen den Heizrohren entlang
nach der Umkehrstelle und von dort wieder zurück nachderAustrittsstellezuströrnen.
Bekanntermaßen ist diese Strömungsrichtung weniger günstig für den Wärmeaustausch
als eine Strömungsrichtung quer zu den Heizrohren. Die Folge hiervon ist, daß eine
größere Heizfläche vorgesehen werden muß, als es an sich nötig wäre. Wegen des großen
Gewichtes der Heizrohre müssen sie auch stellenweise unterstützt werden. Die Unterstützungen
liegen dann quer zur Dampfströmungsrichtung und verursachen deshalb durch Drosselung
einen weiteren Druckverlust.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, alle die vorgenannten
Nachteile durch eine neue Anordnung zu beseitigen, die insbesondere für große Leistungen
wertvoll ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß die eigentliche Wärineaustauschfläche
durch schraubenförmige Rohrschlangen gebildet wird, die in konzentrisch liegenden,
vom aufzuheizenden Dampf quer zu den Rohrachsen durchflossenen Ringräumen angeordnet
und in zwei Gruppen von Heizelementen unterteilt sind, von denen die erste aus vorzugsweise
mehreren parallel geschalteten fortlaufenden Windungen bestehende von oben mit Hochdruckheizdampf
gespeist wird und die zweite aus Einzelwindungen bestehende im wesentlichen satten
Heizdampf für jedes Element besonders aus von oben gespeisten senkrechten Zuleiiungsrohren
je in senkrechte Ableitungsrohre erführt. Die Ableitungsrohre beider Rohr-;,druppen
können in einem gemeinsamen Kondensatsammler münden, von dem die Dampfanschlüsse
an die oberen Enden der senkrechten Zuleitungsrohre für die zweite Gruppe abzweigen.
Die Erfindung sieht auch noch vor, den aufzuheizenden Dampf wahlweise unmittelbar
nur der ersten Gruppe von Rohrschlangen ausschließlich zuzuleiten, um bei Teillasten
eine Temperaturregelung durchführen zu können. Endlich ist durch Anwendung lösbarer
mehrteiliger Rohrflansche der Ausbau der einzelnen Heizelemente ermöglicht.
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Auf diese Weise wird jede hochdruckdichte Walzstelle vermieden. U-förmige
Umbiegungen mit kleinem Radius fehlen. Die Rohrwindungen beider Gruppen von Elementen
können nebeneinander so angeordnet werden, daß die benachbarten Rohre der Höhe nach
gegeneinander versetzt sind. Da der aufzuheizende Dampf seine Strörmingsrichtung
stets quer zu den Achsen der Heizrohre nimmt, findet also der Wärmeaustausch nach
bekannter Erfahrung unter den günstigsten Bedingungen statt, so daß die Wärm eaustauschfläche
das geringstmögliche Maß einhalten kann. Das entstehende Kondensat fließt durch
den Neigungswinkel der Schraubenlinie in denRohrschlangen undEinzelwindungen allenthalben
gut nach unten ab und kann so den Wärmeaustausch kaum nochbeeinträchtigen. Da die
Zuleitungsrohre zu den Einzelwindungen von oben gespeist werden, übertragen die
obersten Einzelwindungen auch einen höheren Druck ,auf die Abfallrohre als die untersten.
Dadurch wird der Abfluß des Kondensates nach dem Kondensatsammler noch weiter begünstigt.
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Man hat bereits aus einem Hochdruckzylinder ausströmenden Dampf in
einem Nachüberhitzer aufgeheizt. Der Dampf durchströmte aber dort spiralartig gewundene
Rohrgruppen, die von stagnierendem Dampf umgeben waren. Es fehlte dort auch die
besondere Unterteilung der Rohrgruppen und die Rohrführung der zweiten Gruppe.
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Man hat ferner bereits in einemKältegefäß den Kälteträger unterAusnützung
derGegenstromwirkung in schraubenförmigengewundenen Rohrschlangen kreisen lassen.
Die einzelnen Rohrgruppen sind aber hierbei hintereinandergeschaltet und nicht wie
bei der Erfindung in der letzten Heizgruppe in parallel geschaltete Rohrzweige aufgelöst.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Fig.
i ist ein Längsschnitf durch die Vorrichtung.
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Fig. 2 ist eine Ansicht auf einen Teil der Innenausrüstung mit einem
Teilschnitt.
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Fig: 3 ist . ein waagerechter Querschnitt durch den Kessel: Fig. 4
ist eine Schnittansicht einer 'Einzelheit.
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Der Zwischendampfüberhitzer besteht gemäß Fig. i aus einem aufrecht
.stehenden zylindrischen Kessel i mit dem Zuleitungskopf 2 und dem Ableitungskopf
3 für den aufzuheizenden Dampf. In diesemKessel liegt ein oben geschlossener und
unten offener Zylinder 4 geringeren Durchmessers, von dessen oberer Stirnwandung
aus ein allseitig geschlossener Zylinder 5 bis an sein unteres offenes Ende ragt.
Ein weiterer Zylinder 6 steht mit dem Kopfstück 2 in Verbindung und ragt von diesem
aus so weit aufwärts, daß der vom Kopfstück 2 her zuströmende aufzuheizende Dampf
durch den Ringraum zwischen den Zylindern 5 und 6 aufwärts in den Ringraum zwischen
Zylinder 6 und übertreten kann. Dieser Dampf tritt unten um die Öffnung des Zylinders
4 schließlich in den äußersten Ringraum zwischen den Zylindern 4 und i und strömt
von da aus oben aus dem Kopfstück 3 nach der zweiten Arbeitsmaschine ab. In dem
äußersten Ringraum sind zwei Hochdruckheizschlangen 9 und io eingebaut, die beide
den Hochdruckdampf von den Zuleitungen ii und 12- her erhalten und unten durch die
Ableitungen 13, 14 nach dem Kondensatsammler i 5 abgeben. Der Höhe nach sind die
Windungen beider Rohrschlangen gegeneinander versetzt.
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Gemäß Fig.2 und 3 führen von demDampfraum des Kondensatsammlers 15
aus Anschlüsse 16 durch das Kopfstück 2 in den beiden inneren Ringräumen nach dem
oberen Ende der Zuleitungsrohre 17 der zweiten Rohrgruppe, von denen aus dieuntereinanderliegenden
Einzelwindungen 18 den Dampf je in einer Windung den Ableitungsrohren 19
zuführen,
die an den Wasserraum des Kondensatsammlers angeschlossen sind.. In Fig.i ist der
Übersichtlichkeit halber nur ein Anschluß 16 und ein Ableitungsrohr i9 gezeichnet.
Gemäß Fig. 3 sind bei diesem Ausführungsbeispiel in dem innersten Ringraum drei
und in dem mittleren Ringraum zwei Untergruppen solcher Einzelwindungen vorgesehen.
Gemäß Fig. 2 sind auch die Einzelwindungen jeder Untergruppe der Höhe nach gegeneinander
versetzt. Der Zylinder 5 spart nur einen- toten Raum aus.
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In Fig. i ist mit 2o das.Abzweigungsventil von der Zuleitung in den
Kopf 2 angedeutet, die unmittelbar an den äußersten Ringraum anschließt. Zu diesem
abgekürzten- Weg kann der aufzuheizende Dampf durch Öffnen des Ventils 2o und Schließen
der Klappe 21 gezwungen werden. Gemäß Fig.4 sind die Rohre an sämtlichen Durchtrittsstellen
durch die Kesselköpfe 2 oder 3 verstärkt und durch eine Stopfbüchse 22 in bekannter
Art abgedichtet. Sie besitzen aber an Stelle eines festen Flansches eine Eindrehung
23, in die ein zweiteiliger Ring 24 mit kegeliger Außerifiäche 25 eingesetzt werden
kann, über den ein loser Flansch 26 mit entsprechend schräger Ausnehmung paßt. In
der gezeichneten Lage kann ein Rohranschluß angeschraubt werden. Nach- Lösen der
Verbindungsschrauben und Hochschieben des losen Flanschstückes 26 kann aber der
zweiteilige Ring entfefnt werden. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, nach
Abnahme des oberen Kopfstückes jedes einzelne Heizelement auszubauen. ° Überdies
besteht die Möglichkeit, jedes einzelne Heizelement durch je zwei Absperrorgane
oder Blindflanschen in Zu- und Ableitung völlig auszuschalten. Ein Rohrbruch an
einem Heizelement bedeutet also noch längst nicht die sonst bestehende Notwendigkeit,
nun sofort den ganzen Apparat und damit womöglich für die Dauer der Reparatur eine
ganze Maschinengruppe außer Betrieb nehmen zu müssen.
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Die Merkmale des Anspruchs 3 und der zugehörige Teil der Beschreibung
haben auch allgemeine Bedeutung.