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Verfahren und Vorrichtung zum Speisen von Kreislaufverdampfern mit
natürlichem Umlauf
Die Erfindung bezieht sich auf die Speisung von Kreislaufverdampfern
mit natürlichem Umlauf; das sind Verdampfer, bei denen das Wasser in senkrechten
oder schräg liegenden Steigrohren verdampft und das mit dem Dampf oben aus den Steigrohren
in einen Trennbehälter austretende Wasser nach erfolgter Trennung von dem Dampf
wieder durch ein oder mehrere Fall rohre den unteren Enden der Steigrohre zufließt.
Bei den üblichen Kreislaufverdampfern wird die Einspeisung des Wassers durch den
scheinbaren Wasserstand in den Steigrohren mittels eines zwischen die Wasserkammer
und den Trennbehälter eingeschalteten Standrohres mit Wasserstandsregler derart
geregelt, daß sich ein scheinbarer Wasserstand einstellt, der nur geringen, durch
den Ungleichförmigkeitsgrad des Reglers bedingten Schwankungen unterworfen ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß in dieser Art der
Regelung die Ursache zu mehreren nachteiligen Erscheinungen zu suchen ist, die im
Betrieb derartiger Kreislaufverdampfer, die sich selbsttätig großen Belastungsschwankungen
anpassen müssen, beobachtet wurden. So kann bei einem bestimmten scheinbaren Wasserstand
bei voller Belastung des Verdampfers, zumal bei hoher Laugendichte, der Umlauf derart
stark werden, daß durch den Brüden Wasser mitgerissen wird und dadurch der Salzgehalt
des Destillats übermäßig hoch
wird; während bei geringer Belastung
der Kreislauf völlig abreißt, was eine schnelle Verschmutzung der Verdampferrohre
zur Folge hat. Außerdem ist die bekannte Speiseregelung mit starken, den Betrieb
und die Betriebsüberwachung störenden Pulsationen verbunden.
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Es besteht somit die Aufgabe, die Speiseregelung so auszubilden,
daß' einerseits auch bei großer Last eine hohe Destillatgüte und ein ruhiger Betrieb
gewährleistet sind und daRt andererseits bei geringer Last ein übermäßig schnelles
Verschmutzen durch zeitweises Aussetzen des Umlaufes vermieden wird.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß die
Wassereinspeisung selbsttätig so geregelt wird, daß: der scheinbare Wasserstand
in den Steigrohren über das durch den normalen Ungleichfürmigkeitsgrad der Schwimmer
bei der bisherigen Betätigung des Reglers vom scheinbaren Wasserstand aus bedingte
Maß hinaus bei hoher Last auf einen tiefen und bei geringer Last auf einen hohen
Stand geregelt wird. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß der Kreislauf des
Wassers im Verdampfer weder zu hohe noch zu niedrige Werte annimmt. Ferner hat das
neue Regelverfahren den Vorteil einer ruhigeren und gleichmäßigeren Speisung. Vorteilhaft
erfolgt die Regelung in der Weise, daß bei Bildung eines sowohl vom Wasserstand
im Trennbehälter als auch vom scheinbaren Wasserstand in den Steigrohren verschiedenen
Wasserstandes in den Fallrohren die Einspeisung des Wassers durch den Wasserspiegel
im Trennbehälter, von dem die Umlaufmenge abhängt, geregelt wird. Dadurch wird die
für alle Belastungen uild Laugendichten richtige Umlaufmenge erzielt.
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Bei zunehmender Laugendichte sinkt der scheinbare Wasserstand in einem
solchen Maße ab, daß die sonst mit der Zunahme der Laugendichte verbundene Steigerung
des Umlaufes selbsttätig ausgeglichen wird.
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Eine selbsttätige Absenkung des scheinbaren Wasserstandes mit zunehmender
Belastung kann auch dadurch erzielt werden, daß die Einspeisung des Wassers wie
bisher durch den scheinbaren Wasserstand geregelt, dabei aber dem Regler ein künstlich
erhöhter Ungleichförmigkeitsgrad gegeben wird. Auf diese Weise läßt sich ebenfalls
der Kreislauf des Wassers so beeinflussen, daß er sich innerhalb der gewünschten
Grenzen bewegt.
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Der - gewünschte Ungleichförmigkeitsgrad läßt sich beispielsweise
auf mechanischem Wege durch ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis zwischen dem
Ventilhub und der Schwankung des scheinbaren Wasserstandes erzielen. Eine besonders
zweckmäßige Ausführung erhält man, indem in den Schwimmerregler eine Sperrflüssigkeit
höheren spezifischen Gewichtes, z. B. Quecksilber, eingeführt wird, durch die der
durch das Hebelübersetzungsverhältnis gegebene Ungleichförmigkeitsgrad des Reglers
entsprechend dem spezifischen Gewicht der Sperrflüssigkeit auf den ~ scheinbaren
Wasserstand übersetzt wird.
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Die Erfindung sei- an zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
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Abb. 1 und 2 zeigen Kreislaufverdampfer mit zwei verschiedenen Regelvorrichtungen
in schematischer Darstellung; Abb. 3 zeigt die Regelvorrichtung zu Abb. 2 in größerem
Maßstab.
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Die dargestellten Verdampfer bestehen aus einem aufrechten zylindrischen
Behälter, der in drei übereinanderliegende Kammern unterteilt ist: eine untere Wasserkammer
I, eine mittlere Heizkammer 2 und eine obere Trennkammer 3. Zur Bildung der drei
Kammern besteht der Behälter aus drei durch Flansche verbundenen Teilen, einem mittleren
zylindrischen Teil 4 und zwei glockenförmigen Teilen, einem unteren 5 zur Bildung
der Wasserkammer I und einem oberen als Trennbehälter dienenden Teil 6.
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Wasserkammer I und Trennbehälter 6 sind durch Rohrplatten 7, 8 von
der Heizkammer 2 getrennt und durch ein die Heizkammer durchsetzendes Bündel paralleler
Verdampfungs- oder Steigrohre g miteinander verbunden, deren Enden in den Rohrplatten
7, 8 befestigt sind.
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Das zu verdampfende Wasser wird der Wasserkammer I durch eine Speiseleitung
10 zugeführt.
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Die Steigrohre g werden von Heizdampf umspült, der durch eine Öffnung
ii in die Heizkammer eintritt und dessen Kondensat durch eine Öffnung 12 in Bodennähe
abgelassen wird. In den Rohren g wird das Wasser teilweise zum Verdampfen gebracht.
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Das in den Verdampfungsrohren nach oben steigende Dampf-Wasser-Gemisch
tritt in den Trennbehälter 6 ein, in dem Wasser und Dampf voneinander geschieden
werden DerDampf oderBrüdenwird durch eine Dampfaustrittsöffnung I3 Ider Verbrauchsstelle
zugeführt, während das Wasser durch ein Fallrohr I4 wieder der Wasserkammer I zufließt.
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Um eine gute Trennwirkung zu erzielen, ist eine besondere Trennvorrichtung
vorgesehen. Diese besteht-aus einem unmittelbar über den Verdampferrohren angeordneten,
sich stark verengenden Kegel 15, über dem sich eine Umlenkhaube 16 mit Leitschaufeln
befindet. Durch diese Vorrichtung wird das in dem Dampf Wasser-Gemisch enthaltene
Wasser gegen den Umfang der Haube r6 geschleudert, indem durch die Leitschaufeln
eine spiralförmige Drehbewegung entsteht, die die Trennung der Wassermassen von
dem Dampf begünstigt.
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Die Regelung der Wassereinspeisung erfolgt beim ersten Ausführungsbeispiel
(Abb. 1) durch den Wasserspiegel im Trennbehälter 6 mittels eines am Trennbehälter
angeordneten Schwimmerreglers I8 mit Anschlüssen I7. Dadurch wird ein von Belas
tungs änderungen im wesentlichen unbeeinflußter Wasserstand im Trennbehälter und
die für alle Be-Iastungen richtige Umlaufmenge für den Kreislauf des Wassers über
das Fallrohr 14 erzielt. Der scheinbare Wasserstand stellt sich dabei selbsttätig
auf die für die jeweilige Belastung richtige Höhe ein, während sich in dem Fallrohr
14 ein sowohl vom Wasserstand im Trennbehälter als auch vom scheinbaren Wasserstand
in den Steigrohren verschiedener Wasserstand 32 bildet.
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Auch Schwankungen der Laugendichte können den Wasserumlauf nicht
in ungünstiger Weise
beeinflussen. Bei zunehmender Laugendichte
sinkt vielmehr der scheinbare Wasserspiegel derart ab, daß der Kreislauf des Wassers
unverändert bleibt.
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Durch die selbsttätige Absenkung des scheinbaren Wasserstandes bei
zunehmender Last läßt sich ferner ein günstiger Wärmeübergang bei Vollast erreichen.
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Bei dem zweiten, in Abb. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die Wassereinspeisung wie bisher durch den scheinbaren Wasserstand geregelt.
Dabei ist aber der Ungleichförmigkeitsgrad des Reglers in einem solchen Maße erhöht
worden, daß mit zunehmender Belastung eine starke Absenkung des scheinbaren Wasserspiegels
auftritt.
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Diese Erhöhung des Ungleichförmigkeitsgrades wird durch Einführen
einer Sperrflüssigkeit, z. oueclrsilber, in den Schwimmertopf des Reglers erzielt.
Zu diesem Zwecli ist der Schwimmertopf 2C durch ein U-förmiges Rohr 2I mit einem
zweiten Topf 22 verbunden, der seinerseits an ein zwischen den Trennbehälter und
die Wasserkammer des Verdampfers eingeschaltetes Standrohr 23 durch eine Leitung
24 angeschlossen ist. Die Verbindung des Schwimmertopfes 20 mit dem Standrohr 23
erfolgt über eine Leitung 25 und ein Kondensgefäß 26, das durch einen Uberlauf 27
mit dem Standrohr in Verbindung steht. Die in den Schwimmertopf eingeführte Sperrflüssigkeit
28, z. B. Quecksilber, füllt den unteren Teil sowohl des Schwimmertopfes 20 als
auch des Topfes 22 und die U-förmige Verbindungsleitung 2I aus. Auf den Spiegel
der Sperrflüssigkeit in dem Topf 22 wirkt die Wassersäule des scheinbaren Wasserstandes
29 ein. Durch die Einschaltung des Kondensgefäßes 26 wird über dem Spiegel der Sperrflüssigkeit
in dem Schwimmertopf 20 eine im wesentlichen konstante Wassersäule gebildet.
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In Abb. 3 ist der scheinbare Wasserstand so angenommen, daß' das
Ventil 30 in der Speiseleitung ofen ist. Steigt der scheinbare Wasserspiegel, so
wird der Schwimmer 3I des Reglers angehoben und schließt nach einem bestimmten Hub
hl das Ventil 30. Dieser Hub entspricht einer Änderung des scheinbaren Wasserstandes
um die Höhe 2, die, wie aus der Abbildung ersichtlich, um ein Mehrfaches größer
ist als der Schwimmerhub hl. Diese Wirkung ist auf das unterschiedliche spezifische
Gewicht des Wassers und der Sperrflüssigkeit zurückzuführen.
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Bei gleichem Durchmesser des Schwimmertopfes 20 und des Topfes 22
gilt folgende Beziehung zwischen dem Hub des Reglers und der Schwankung des scheinbaren
Wasserstandes: h2=2 h1 (yi1) Hierin ist 1ß1L das spezifische Gewicht der Sperrflüssigkeit
und I das spezifische Gewicht des Wassers. Für einen Reglerhub von z. B. So mm und
ein spezifisches Gewicht der Sperrflüssigkeit von 13,5 ergibt sich somit eine Schwankung
des scheinbaren Wasserstandes von 2000 min. Um dieses Maß wird der scheinbare Wasserstand
mit zunehmender Belastung abgesenkt.
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Die Verwendung eines Reglers mit hohem Ungleichförmigkeitsgrad (Verhältnis
von Schwimmerhub zu Hub des Regelventils) hat ebenso wie die Regelung der Wassereinspeisung
durch den Wasserstand im Trennbehälter die Wirkung, daß der scheinbare Wasserstand
mit zunehmender Belastung derart absinkt, daß eine übermäßig große Umlaufmenge und
ein zu starkes Ansteigen des Wasserstandes im Trennbehälter vermieden wird. Eine
Kompensation von Schwankungen der Laugendichte läßt sich zwar mit einer solchen
Regelung nicht durchführen, jedoch ist die Regelung in folge der Absenkung des scheinbaren
Wasserspiegels ebenfalls weniger empfindlich gegen Schwankungen der Laugendichte
als die bekannte Regelung, bei der der scheinbare Wasserstand in gleicher Höhe gehalten
wird.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele
beschränlst, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen
möglich. Insbesondere ist die Erfindung auch mit Vorteil auf Kreislaufverdampfer
anderer Art anwendbar, in denen zum Beispiel eine besondere Umlenk- und Schleudervorrichtung
nicht vorgesehen ist.
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Die Regelung kann schließlich auch durch andere Mittel, beispielsweise
in der Weise erfolgen, daß die Wassereinspeisung unmittelbar durch einen Belastungs
messer, etwa ein Drosselgerät, beeinflußt wird. Eine Kompensation von Schwankungen
der Laugendichte läßt sich auch durch eine zusätzliche Regelung erzielen, indem
die Wassereinspeisung unmittelbar von einem Laugendichtemesser beeinflußt wird.
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PATENTANSPOCE: I. Verfahren zum Speisen von dampfbeheizten Kreislaufverdampfern
mit natürlichem Umlauf, bei denen das Wasser in senkrechten oder schräg liegenden
Steigrohren verdampft und das mit dem Dampf oben aus den Steigrohren in einen Trennbehälter
austretende Wasser nach erfolgter Trennung von dem Dampf wieder durch ein oder mehrere
Fallrohre den unteren Enden der Steigrohre zufließt, insbesondere mit einer im Trennbehälter
angeordneten Umlenk- und Schleudervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassereinspeisung
selbsttätig so geregelt wird, daß der scheinbare Wasserstand in den Steigrohren
über das durch den normalen Ungleichförmigkeitsgrad der Schwimmerregler bei der
bisherigen Betätigung des Reglers vom scheinharen Wasserstand aus bedingte Maß hinaus
bei hoher Last auf einen tiefen und bei geringer Last auf einen hohen Stand geregelt
wird.