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Verfahren und Einrichtung zur ständigen Spülung von Wasserverteilern
in Dampferzeugern mit Zwangumlauf des Arbeitsmittels In Dampferzeugern mit Zwangumlauf
und mit zwangmäßiger Verteilung wird das Arbeitsmittel den Verdampferrohren in einer
das Verdampfungsvermögen übersteigenden :Menge zugeteilt. Die zugeteilte Wassermenge
wird durch Drosselvorrichtungen (Düsen oder Blenden) am Rohranfang in bestimmten
Grenzen gehalten. Der Durchflußquerschnitt der Drosselvorrichtungen ist gegenüber
dem Rohrquerschnitt erheblich kleiner und beträgt nur etwa too/o. Es hat sich im
praktischen Betrieb gezeigt, daß durch Verunreinigungen im Kesselwasser, insbesondere
durch Hammerschlag und Kesselsteinschalen, Verstopfungen der Drosselvorrichtungen
eintreten können,'und zwar ih der Regel an den Stellen geringerer Strömungsgeschwindigkeit.
Das in die Verteiler einströmende Umwälzwasser strömt laufend durch .die Verdampferrohre
ab. Dabei sinkt die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Verteilers ständig, so
daß am Ende des Verteilers die Geschwindigkeit praktisch Null ist und Ablagerungen
an dieser Stelle zu den erwähnten Verstopfungen führen können. Um Ablagerungen zu
vermeiden, hat man schon vorgeschlagen, einen Teil des Umwälzwassers über eine Kurzschlußleitung
zur Trommel zurückzuführen. Die K.urzschlußleitung soll an solchen
Stellen
des Verteilers angeschlossen werden, an denen sich erfahrungsgemäß Verunreinigungen
ablagern, und an diesen Stellen eine'Wasserströmung erzeugen, um die Ablagerungen
unmittelbar zur Trommel zu spülen, wo sie sich ohne Gefährdung der Rohre absetzen
und durch Abschlämmung entfernt werden können. Diese Einrichtung hat in, der. Praxis
den erhofften Erfolg gebracht, hat aber den Nachteil, daß durch -die Kurzschlußleitung
eine zu große Spülmenge abfließen würde und eine erhebliche Mehrleistung der Umwälzpumpe
erfordern würde. Ferner besteht für die Kurzsc'hlußleitung in erhöhtem Maße die
Gefahr, daß ihre Drosselvorrichtung verstopft und sie damit wirkungslos wird. Sie
muß daher sehr häufig kontrolliert werden und erfordert erhöhte Aufmerksamkeit der
Kesselwartung. Außerdem wird das Spülwasser in der Drosselvorrichtung nutzlos auf
den Druck in der Trommel entspannt; so daß der Mehraufwand an Pumpenleistung verloren
ist.
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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird erfindungsgemäß ein Verfahren
zur ständigen Spülung vor! Wasserverteilern in Dampferzeugern mit Zwangumlauf des
Arbeitsmittels vorgeschlagen, hei dem ein Teil des Arbeitsmittels als Spülwasser
dient und :Mittel vorgesehen sind, um dieses Spülwasser dem Arbeitsmittel vor dem
durchspülten Verteiler wieder zuzusetzen, so daß das Spülwasser in einem ständigen
Kreislauf durch den Verteiler gefördert wird. Nach diesem Vorschlag ist von der
Umwälzpumpe als Mehrarbeit nur der Reibungsverlust des Spülwassers aufzubringen.
Dieser kann aber sehr gering gehalten werden. Es ist ohne weiteres möglich und wirtschaftlich
auch tragbar, die Spülwassermenge so groß zu machen, daß auch am Ende -des Verteilers
noch eine so hohe Wassergeschwindigkeit herrscht, daß Ablagerungen ausgeschlossen
sind. Natürlich wird durch die umlaufende Spülwassermenge derDurchflußwiderstand
im Verteiler größer; wenn aber die Spülmenge und dementsprechend auch die Durchflußgeschwindigkeit
groß ist, besteht die Möglichkeit, die bisher zum Schutz gegen Düsenverstopfung
verwendeten Siebkörper fortzulassen und dadurch den Reibungswiderstand im Verteiler
zu verringerri. Unter dieser Voraussetzung braucht auch bei erhöhter Wassergeschwindigkeit
der Reibungsverlust im Verteiler nicht höher zu sein als bei der bisher üblichen
Ausführung. Der Fortfall der Siebkörper ist nur erwünscht., da sie oftmals nur als
Stützgerüst für Schlammablagerungen dienten. Es ist in diesem Fall vorteilhaft,
die Drosselblenden so auszubilden, daß die Drosselöffnung in der freien Strömung
liegt und vor der Drosselöffnung keine Totwasserstellen entstehen. Es ist also möglich,
bei Anwendung von Umlaufspülung die bisherige Konstruktion der Verteiler zu vereinfachen.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Umlaufspülung nicht für alle Verteiler
erforderlich ist, wenn . diese wasserseitig hintereinandergeschaltet werden. In
diesem Falle. dient das in die Verdampferrohre des Endverteilers abströmende Arbeitsmittel
als Spülwasser für die vorauf durchflossenen Verteiler, und nur der Endverteiler
muß mit einer ausreichenden Umlaufspülung versehen werden.
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Das Spülwasser soll dem Arbeitsmittel vor dem Verteiler wieder zugesetzt
werden. Es ist zweckmäßig, um lange Rückführleitungen zu vermeiden, diese Mischstelle
unmittelbar vor dem Verteiler anzuordnen. Da aber der Druck des Spülwassers infolge
des Druckabfalles b"-im Umlauf niedriger ist als der Druck des Arbeitsmittels vor
dem Verteiler, wird vorgeschlagen, für die Mischung und Förderung des Spülwassers
eine Strahlpumpe vorzusehen, die mit dem von der Umwälzpumpe kommenden Arbeitsmittel
beaufschlagt wird.: In den Kreislauf derUmlaufspülung kann zurAbsaheidung von Verunreinigungen
ein Filter oder Zyklon eingebaut werden. Es ist auch möglich, den Zyklon so auszubilden,.
daß er auch gleichzeitig die Aufgabe der Strahlpumpe übernimmt.
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Das vorgeschlagene Verfahren ist an Hand der Abb: i bis i i näher
erläutert.
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In Abb. i ist ein Zwangumlaufdampferzeuger schematisch dargestellt.
Von der Trommel i fließt der Umwälzpumpe 2 über Leitung 3 Kesselwasser iu, das durch
Leitung 4 in den Wasserverteiler' 5 gedrückt wird. In. dem Wasserverteiler 5 wird
das Kesselwasser durch nicht dargestellte Drosselvorrichtungen auf die Verdampferrohre
6 entsprechend der Wärmeaufnahme verteilt, und das erzeugte Dampfwassergemisch wird
über Leitung 7 der Dampftrommel i zugeführt. Ein Teil dies roden Verteiler 5 einströmenden
Arbeitsmittels wird zur Spülung des Verteilers benutzt und am Ende des Verteilers
über Leitung 8 wieder abgeleitet. In der Leitung 4 ist eine Strahlpumpe 9 angeordnet,
die mit Kesselwasser, das unter dem Förderdruck der Umwälzpumpe 2 steht, betrieben
wird. Dieser Strahlpumpe 9 wird über Leitung 8 das Spülwasser zugeführt und in ihr
wieder auf den Druck des Arbeitsmittels hinter der Strahlpumpe 9 gefördert. Da der
Druckunterschied zwischen dem Spülwasser und dem Arbeitsmittel nicht sehr groß ist
und die Menge .des Spülwassers wesentlich kleiner ist als die Arbeitsmittelmenge,
tritt nur ein geringer Druckabfall des Arbeitsmittels ein. Dieser Druckabfall wird
etwas größer, wenn. in derRückleitung 8 noch eine Abscheidevorric!htung angeordnet
wird.
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In Abb.2 sind mehrere Verteiler wasserseitig hintereinandergeschaltet.
Das Kesselwasser wird durch die Druckleitung 4 dem ersten Verteiler io zugeleitet.
Ein Teil des Kesselwassers strömt in die nicht dargestellten Verdampferrohre ab,
der andere Teil fließt weiter in den Verteiler i i und der Rest in den letzten Verteiler
12. In diesem Verteiler wäre die Geschwindigkeit des Kesselwassers, insbesondere
am Ende, so gering, daBAblagerungen von Schlamm, Kesselstein, Hammerschlag od, dgl.
möglich sind. Zur ständigen Durchspülung dieses Verteilers wird ein Teil -des Arbeitsmittels
am Ende des Verteilers entnommen und über Leitung 8 der Vorrichtung 13 zugeführt.
Diese Vorrichtung.13 dient zur Absdheidung von Verunreinigungen, im Spülwasser und
' auch gleichzeitig zur Umwälzung.
Als Antriebsmittel dient wieder
Arbeitsmittel, das aus dem Verteiler i t ebenfalls in die Vorrichtung einströmt.
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Der Aufbau der Vorrichtung 13 ist schematisch in Abb. 3 und 4 dargestellt.
Der zylindrische Behälter 14 ist durch eine Zwischenwand 15 unterteilt in einen
oberen Raum 16 und einen unteren Raum 17. Beide Räume sind durch eine zentrische
Öffnung 18 in der Zwischenwand 15 miteinander verbunden. Der Behälter 14 ist mit
Kesselwasser gefüllt. In dem oberen Raum 16 wird der Wasserinhalt dadurch in kreisende
Bewegung gesetzt, daß das Arbeitsmittel tangential eingeleitet, an der zylindrischen
Wand umgelenkt und auch tangential wieder abgeleitet wird (Abb.4). Infolge der kreisenden
Bewegung des Wasserinhalts sinkt der Druck des Wassers von außen nach innen ab,
so daß im Bereich der zentralen Öffnung 18 der Druck geringer ist als außen; infolgedessen
kann aus dem unteren Raum 17 durch die Öffnung 18 Wasser in den oberen Raum 16 eintreten,
dessen Druck geringer ist als der Druck des zum Antrieb dienenden Arbeitsmittels.
In dem unteren Raum 17 wird das zurückgeleitete Spülwasser ebenfalls tangential
eingeführt. Es ist gezwungen, sich spiralförmig nach innen zu bewegen und über die
zentrische Öffnung 18 in den oberen Raum 16 überzutreten. Hier strömt es von innen
nach außen, wobei es beschleunigt und auf den Außendruck gebracht wird, und strömt
dann zusammen mit dem Arbeitsmittel wieder in den letzten Verteiler ein. Der untere
Teil der Vorrichtung arbeitet als Zyklon. Die Verunreinigungen im Spülwasser werden
ausgeschleudert, werden infolge der Wandreibung verzögert und- sinken nach unten,
von wo aus sie abgeschlämmt werden. Der obere Teil der Vorrichtung wirkt infolge
des kreisenden Wasserinhalts als Kreiselpumpe. Es kann zweckmäßig sein, zwischen
dem oberen und unteren Teil durch ein Randloch i9 eine Rücklaufströmung zu ermöglichen,
um etwaige Verunreinigungen aus dem oberen: Raum zwecks :'M>scheidung in den unteren
Raum zu spülen.
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Es ist aber auch möglich, einen Zyklonabscheider mit einer Strählpumpe
zu kombinieren, wie Abb. 5 und 6 zeigt. Ähnlich wie in dem vorhergehenden Beispiel
ist das zylindrische Gehäuse 14 durch eine Zwischenwand 15 mit dem Randloch i9 unterteilt
in einen oberen Raum 20 und einen unteren Raum 21. Das Spülwasser wird über Leitung
22 tangential in -den oberen Raum 20 eingeleitet und fließt spiralförmig nach innen,
Die abgeschleuderten Verunreinigungen werden durch das Randloch i9 in den Absetzraum
21 geleitet. Aus dem Innern des oberen Raumes wird das Spülwasser durch die injektorartige
Ausbildung des Abflußstutzens mit Hilfe von Druckwasser (Arbeitsmittel) abgezogen.
Das Druckwasser wird über Leitung 23 zugeführt. Zur Begünstigung der Abscheidung
ist es vorteilhaft, die Leitung 23 durch die Zwischenwand 15 so abzuführen, daß
ein Spalt 24 offen bleibt. Es entsteht dann eine Zweitströmung durch das Randloch
i9 zum Spalt 24.
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Nach dem vorgeschlagenen Verfahren können die Siebkörper; die ja nur
zweifelhaften Wert haben, durch eine einwandfreie Entschlammung zugunsten einer
vereinfachten Konstruktion der Verteiler entbehrlich werden, ohne daß dadurch ein
Mehrbedarf an Pumpenleistung erforderlich würde. Es ist aber vorteilhaft, die Drosselvorrichtung,
wie schon eingangs erwähnt, in die freie Wasserströmung zu verlegen, um Totwasser
und damit Ablagerungen vor der Düse zu vermeiden.
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Die Ausbildung einer derartigen Drosselvorrichtung zeigt Abb. 7 und
B.
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In dem Verteiler 37 sind die Verdampferrohre 25 eingeschweißt, Am
Rohratrfang ist eine Drosselblende 26 eingesetzt, an der der Wasserstrom unmittelbar
vorbeistreicht, so daß sich vor der Blende keine Ablagerungen anhäufen können. Zur
Kontrolle der Blende kann gegenüber eine durch Stopfen 27 verschlossene Öffnung
vorhanden sein, die bei eingeschweißten Rohren nicht wesentlich größer zu sein braucht
als der Blendendurchmesser. Etwas umständlich ist allerdings eine etwaige Auswechslung
der Blende.
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Es ist daher eine Ausbildung nach Abb. 8 zu empfehlen, bei der die
Blende leichter ausgewechselt werden kann. Hier ist die Blende 26 in einem besonderen
Halter 28 befestigt. Dieser Halter 28 ist in der Rohrverschweißung 29 mit verschweißt.
Der Blendenhalter mit der Blende steht etwas in dem Verteiler vor und wird vom Umwälzwasser
umspült. Auch in diesem Fall können sich vor der Blende keine Ablagerungen bilden.
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Die Abmessungen der Verteiler wurden weitgehend durch die sperrige
Form der Siebkörper bestimmt. Fallen diese fort, so können die Abmessungen der Verteiler
in den meisten Fällen verringert und nach den erforderlichen Geschwindigkeiten dimensioniert
werden. Wie schon erwähnt, ist es zweckmäßig, bei mehreren Verteilern diese ganz
oder teilweise hintereinanderzuschalten. Dabei kann es zweckmäßig sein, den Hauptverteiler
wasserseitig den Nebenverteilern vorzuschalten, wie Abb. 9 und io zeigt. Diese Schaltung
hat den Vorzug, daß die Wassermenge in dem zuerst durchströmten Verteiler geteilt'wird
und die nachgeschalteten Verteiler nur von denTeilmengen durchflossen werden, so
daß sich für die Verteiler geringere Durchmesser ergeben. Die Schaltung ist allerdings
nur dann sinnvoll, wenn durch Spülung der Verteiler die Siebkörbe fortfallen.
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Wie Abb. 9 zeigt, wird aus der Dampftrommel i vor der Umwälzpumpe
2 über die Zulaufleitung 3 Kesselwasser entnommen und über d.ie Druckleitung 4 in
den Hauptverteiler 30 gefördert. Der Anschlußstutzen 31 liegt etwa in der Mitte
des Verteilers, so daß sich der Wasserstrom teilt und von der Mitte aus nach den
Enden des Verteilers 30 strömt. Ein Teil des Wassers strömt durch die. angeschlossenen,
hier nicht dargestellten Verdampferrohre ab. Der Rest tritt in die Nebenverteiler
32 und 33 ein. Beide Nebenverteiler sind am entgegengesetzten Ende mit einer Spülwasserableitung
34 versehen.
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In Abb. io ist eine ähnliche Anordnung der Verteiler
dargestellt,
jedoch wird in diesem Fall dem Verteiler 30 das Umwälzwasser von beiden Enden
zugeführt. Das restliche Wasser strömt den parallel geschalteten Verteilern 32 und
33 zu. Ein Teil wird über die Leitung 34 als- Spülwasser dem Arbeitsmittel vor den
Verteilern 32 und 33 wieder zugesetzt.
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Um die Spülwassermenge zu verringern, ist es vorteilhaft, die beiden
letzten Verteiler 32 und 33 hintereinanderzuschalten, wie Abb. i i zeigt. Die Zuführung
des Umwälzwassers zum Verteiler 30 ist dabei die gleiche wie in Abb. io. Die Hintereinanderschaltung
der Verteiler 32 und 33 ist auch bei einer Verteileranordnung nach Abb.9 möglich.
Diese Schaltung ergibt den Vorteil, daß, obwohl die Anfangsgeschwindigkeit des Umwälzwassers
nur die gleiche ist wie bei den vorhergehenden Beispielen, die Endgeschwindigkeit,
auf die es besonders ankommt, doppelt so groß ist. Eine Rückführung von Spülwasser
ist lediglich vom Verteiler 33 aus erforderlich, an dessen unterem Ende die Rückflußleitung
34 angeschlossen ist. Es ist vorteilhaft, den unteren Teil des Verteilers oder der
Verteiler, an dem bzw. an denen die Rückführleitung angeschlossen ist, als Schlammsack
auszubilden, in dem sich der Schlamm und insbesondere die größeren Bestandteile
absetzen können.
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In Abb. 12 ist eine derartige Vorrichtung dargestellt. Der letzte
Verteiler 33 ist im unteren Teil 35 erweitert. Das Umwälzwasser tritt oben in den
Verteiler ein. Der größte Teil des Umwälzwassers strömt aus dem Verteiler durch
die angeschlossenen, mit Drosselblenden versehenen Verdampferrohre 36 ab. Die im
Umwälzwasser enthaltenen Verunreihigungen werden von der restlichen Wasserströmung
mit in den Schlammsack 35 gespült, wo sie sich absetzen; so daß gereinigtes Spülwasser
durch das Rückflußrohr 34 wieder in den Kreislauf zurückgeführt wird.