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Wandauskleidung für einen Feuerraum eines Wasserrohrkessels mit Rohrschlangen
Es ist bekannt, den Feuerraum eines Wasserrohrkessels anstatt nur mit gewöhnlichem
Mauerwerk mit Siederohren auszukleiden. Dadurch gewinnt man eine Steigerung der
Wärmeübertragung zufolge der Strahlung der Flammen und der Feuerungs, vorrichbung
selbst, z. B. eines Wanderrostes @odAgl.
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Ausgezeichnet wird heutzutage diese Aufgabe durch das Auskleiden des,
Feuerraumes mit Rohrschlangen gelöst, weil jeder Teil der Begrenzungsflächen des
Feuerraumes mit ihnen bekleidet werden kann. Damit aber diese Rohre ,gut -und zuverlässig
gekühlt werden, muß man im allgemeinem. für zwangsläufigen Umlauf sorgen. Man kann
Rohrschlangen ganz beliebiger Form benutzen, denn, man braucht sie nicht einem natürlichen
Umlauf an; zupassen.
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Solche heute als betriebssicher anerkannten Anlogen haben aber den
Nachteil, daß .sie kostspielige Pumpen, Antriebsvorrichtungen, Armaturen usw. erfordern
und deshalb sowohl die Anlagekosten als auch die laufenden Betriebskosten sehr erheblich
sind. Zwar sind Vorschläge gemacht worden, auch Rohrschlangen in Verbindung mit
Vorrichtungen für einen natürlichen Umlauf zu benutzen, aber solche Kombinationen
sind bis jetzt nur in. kleinem Maßstab und für kleine, Kessel ausgeführt worden.
Durch
die Erfindung wird ein Vorschlag gemacht, diesle Aufgabe billig und betriebssicher
auch für industrielle Großkessel zu lösen.
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Er ist jauch in mehrjähriger Praxis geprüft worden und hat .sich .dabei
als tadellos und betriebssicher verwiesen. Die RohrschlanIgen können mit demselbenkleinen
inneren Durchmesser wie er beim Zwangsumlauf üblich ist, ausgeführt werden; die
Gräßenordnwng etwa. z 5 mm. Dabei ist es möglich, Rohrschlangen von dem genannten
kleinen Rohrdurchmesser von i o bis 2o m Länge zu benutzen. Dies ermöglicht, kurze
Verteiler und Sammler zu verwenden. Wenn. zwar dabei ;auf :deren Formgebung ,gewisse
Rücksicht genommen werden muß, .um einen natürlichen Umlauf zu ermöglichen, so sind
die Möglichkeiten hierfür sehr erweitert worden durch die Erkenntnis, daß man Rohrschlangen
.dieses kleinen Durchmessers von iom Länge und mehr vollkommen waagerecht verlegen
kann, ohne daß der Umlauf oder die Kühlwirkung der Rohrschlangen versagt.
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Es ist also möglich, ,eine .ein, oder mehrfach gebogene Rohrschlange
horizontal zu verlegen, um sie der verhältnismäßig großen Hitzezufuhr im Feuerraum.
auszusetzen und trotzdem einen gut kühlenden natürlichen Umlauf durch die Rohrschlange
aufrechtzuerhalten. Die Treibkraft des natürlichen Umlaufs erscheint dabei wie gewöhnlich
als Unterschied zwischen der Wassersäule in einem Fallrohr und einer :oder mehreren
Dampfwassersäulen in: nichtho.riz-ontalen Partien des ganzen Umlaufsystems. Diese
nichthorizontalen Partien, die gewöhnlicherweise senkrecht aufwärts gehen, können
dann als Teile der Rohrschlangen selbst ,oder als Teile der Rohre im Kreislauf außerhalb
der eigentlichen Heizfläche ers.cheimen.
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Die Erfindung kann als Kombination mehrerer Bestandteile bezeichnet
«erden, die jede fix sich in anderem. Kombinationen zwar bekanal.t sein mögen, die
aber zusammen in der vorgeschlagenen Kombination eine neue Erfindung darstellen
und eine große Rehe bis jetzt unbekannter Konstruktiionsausführungem ermöglichen,
von denen hier nur eine das Wesen der-Erfindung völlig klarmachende Konstruktion
gezeugt wird.
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Die verschiedenen Bestandteile der Erfindung sind i. Siederohre, die
als mehrmals gebogene Rohrschlangen ausgebildet sind und einen Feuerraum so auskleiden,
daß jede Rohrschlange von einer bestimmten Feuerraum,#vand zu einer benachbarten.
Fenerraumwand in horizontaler Richtung übergeht und dann wiederum zur erstgenannten
Feuerraumwiand in entgegengesetzter, aber immer horizontaler Richtung zurückgeht,
so daß die Ecken der Wände horizontale Rohrkrümmer bilden.
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a. Ein oberhalb der Rohrschlangen liegender Damp£abscheider, dessen
Wasserraum mit einem unten angebrachten Verteiler für die Rohrschlangen durch ein
Fallrohr verbunden ist, so daß das Wasser die Rohrschlangen durch seine eigene Schwere
.erreicht und ein natürlicher Umlauf entstehen kann. 3. Eine Verbindung zwischen
den: Auslaßenden der Rohrschlangen .und dem Dampfabscheider, gewöhnlicherweise dessen
Dampfraum. Die Rohrschlangen, können .entweder unmittelbar mit dem Dampfabscheider
oder mittelbar über Sammelkästen und Steig-oder Sammelrohren mit dem Dampfabscheilder
verbunden sein.
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¢. Nichthorizontale Rohrpartien, die gewöhnlicherweise senkrecht aufwärts
gehen, entweder in die Rohrschlangen selbst oder auch in 'die außerhalb der Heizfläche
befindlichen Sammelkästen oder Sammelrohre, die dazu dienen, den erzeugten, Dampf
schrittweise auf das Niveau des D@ampfabscheiders zu bringen und damit ,den Kreislauf
zu vollenden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. i ist ein. Schnitt durch deal gesamten Da@npfkessel 'dessen Feuerraum
ausgekleidet werden soll; Fig. z entspricht einer Abwicklung der gesamten Auskleidung
des Feuerraumes in die Zeichnungsebene.
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In, den Figuren bedeutet q. die Stirnwand des Feierraumes mit der
Feuerraumtür 16, 5 die linke Sieitenwand, 6 die Rückwand, 7 die rechte Seitenwand,
8 die Decke, 12 den Verteiler für die Rohrschlangen 9, welche den Feuerraum auskleiden
und die vom Verteiler in. waagerechter Richtung ausgehen, zuerst die linke Wand
5 und die Rückwand 6 bilden und -dann die rechte Seitenwand 7, wo sie nach oben
gebogen sind und die senkrechten Rohrabschnitte io bilden-. Darauf kehren sie in
waagerechter Richtung längs des oberen Teiles der rechten: Seitenwand 7 zurück,
bilden darauf die Rückwand 6, die linke Seitenwand 5 und schließlich die Stirnwand
¢ im .angegebenen Sinn. Die Rohrschlangen, welche den oberen Teil der Rückwand 6
bilden, sollen, lassen .dagegen den Eingang des senkrecht abwärts führenden Rauchgaskanals
17 für die Heizgase völlig frei. Sire bilden die Verkle1dwng des Einlaufs dieses
Rauchgaskanals sowie der Verlängerung der Seitenwände des. Feuerraumes über diesen
Einlauf und fauch des oberen Teiles i 9 der Rückwand dieses Kanals.
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Von der Stirnwand biegen die Rohrschlangen nach oben, und bilden im
weiteren mit den. horizontalen Abschnitten i i die Innenseite der Decke, uni nachher
im, den Dampfabscheider 1 ¢ zu münden.
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Der Verteiler 12 erhält Wasser aus dem Wasserraum des Dampfabscheiders
14 durch die Fallrohre 13, der untern bei denn Eintritt am Verteiler 12 einen Wasserverschluß
bildet. Jedenfalls ist :der niedrigste Punkt des Fallrohres niedriger angebracht
als die untere Hälfte des Verteilers, um die unveränderliche Umlaufsrichtung des
Wassers und Dampfes im Rührschlangensystem sicherzustellen.
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Das Wasser wird nämlich nicht immer mit unveränderlicher Geschwindigkeit
fortlaufend in die Rohrschlangen strömen, sondern wird im allgemeinen pulsieren,
wobei oft eine starke Vorwärtsströmung mit einer geringen Vorw:ärtsgeschwindigkeit
oder
sogar einem Rückwärtsstrom abwechseln wird.
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Diese Pulsationen können unter gewissen Umständen Umlaufstörungen
verursachen und gelegentlich das sichere Arbeiten ider Anlage :n Frage stellen.
De Treibkraft des Umlaufes könnte dann ganz oder zum Teil vernichtet «erden; dies
wird in erster Line durch die eben beschriebene Anordnung der Verbindung zwischen
dem Fallrohr und .dem Verteiler verhütet. Statt eines Wasserverschlusses könnet:
auch andere Hindernisse für den etwaig rückströmenden Dampf, z. B. Düsen oder andere
Drosselvorrichtungen, Rückschlagventile od, dgl., im Fallrohr angebracht werden.
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Diese Maßnahmen allein genügen. noch nicht. Falls die Rohrschlangen
im Verteiler in verschied.er.-er Höhe angebracht werden, würde Dampf, der infolge
der Pulsationen in sie eintritt, die mengenmäßi@ge Verteilung des umlaufenden Wassers
zu den verschiedenen Rohrschlangen verändern. Der Dampf würde zum oberen Ende des
Verteilers anstc.gen und könnte sich hier sogar in. so re'_chlicher Nierue ansammeln,
daße;:eTeildesWassersverdräegt wird, bevor er in die Rohrschlangen gepreßt wird.
Auf jeden Fall würde sich der Dampf am oberen Ende des Verteilers ansammeln, und
die obersten Rohrschlangen würden dementsprechend nicht mit Wasser allein, sondern
mit einer Mischung von Wasser und Dampf gefüllt werden, welche so wenig Wasser enthalten
könnte, daß, es ganz verdampfen würde, bevor es das andere Ende der Rohrschlange
erreicht, was sich rasch in Rohrbrüchen ze:;gen würde.
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Um auch diese.- Möglichkeit zu beseitigen, ist der Verteiler 12 oberhalb
der Eintrittsöffnungen der Rohrschlangen durch ein besonderes Rohr, ein sogenanntes
Ableitungsrohr 15, mit dem Dampfraum des Dampfabscheiders 14 verbunden. Wenn
-dieses Rohr richtig dimensioniert ist, sein Durchmesser soll immer größer als der
Durchmesser jeder einzelnen Rohrschlange, aber im allgemeinen kleiner als der der
entsprechenden Fallrohre sein, ist es. imstande, jede in den Verteiler zufällig
oder periodisch rückströmende Dampfmenge zum Dampfabsch.eider 14 abzuleiten und
dadurch sowohl die Unveränderlichkeit des Umlaufes als auch die gleichmäßige Verteilung
des Umlaufwassers auf die verschiedenen Rohrschlangen sicherzustellen.
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Es kann auch bei plötzlicher Druckabsenkung im Dampfkessel neuer Dampf
im Fallrohr oder Verteiler einfach durch Selbstverdampfung des Kesselwassers entstehen.
Auch dieser Dampf kann selbstverständlich störend wirken, aber er wird in gleicher
Weise, wie oben beschrieben, durch das Ableitungsrohr 15 entw=eichen. Ein solches
Rohr ist auch bei horizontal oder geneigt angeordnetem Verteiler in. ähnlicher Wei-e
von Nutzen.
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Im abwärts führenden Rauchgaskanal 17 ist ein Berührungsverdampfer
l'Strömungsverdampfer) angebracht. Er besteht aus Rohrschlangen, die vom Verteiler
2 t gespeist werden und in einen Sammler 22 münden. Der Verteiler 2t erhält umlaufendes
Wasser aus dem Fallrohr 2o, und das Steigrohr 23 führt das Dampf-Wasser-Gemisch
aus dem Sammler 22 in den Dampfabscheider 14. Die Rohrschlangen im Rauch;gaskanal
17 sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, zur Ra@uchgasrichtung im Gegenstrom
angeordnet. Dadurch wird .erreicht, daß die dem Verteiler zunächst gelegenen Rohrabschnitte
dem @crets abgekühlten Rauchgas ausgesetzt sind. Diese Abschritte erhalten deshalb
einen kleineren Anteil der totalen Wärmeübertragung auf die Heizfläche als die .anderen
Abschnitte dieser Rohrschlange. Daraus folgt, daß@ die größte Dampfbildung in den
dem Sammler 22 zunächst gelegenen Rohrabschnitten erfolgt. Hierdurch wird nach Möglichkeit
ein Zurückströmen des Dampfes in den Verteiler vermieden. Wegen plötzlicher Dampfentwicklung
im Fallrohr und Verteiler durch plötzliche Druckschwankungen im Dampferzeuger hat
der Verteiler 21 ebenso wie die o,benerwähnten Verteiler R ein nicht weiter dargestelltes
Ableitungsrohr.
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Wie vorher beschrieben, sind die Verw-endmigsmäglichkeiten der vorliegenden
Erfindung mit der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung bei weitem nicht erschöpft;
die auf der Erfindung beruhenden Konstruktionsmöglichkeiten sind praktisch unbegrenzt.
Bei Großkesseln kann man z. B. nicht sämtliche, Begrenrungsflächen mit einem einzigen
Rohrschlangensystem decken, sondern man kann mehrere Systeme dazu in mehreren Kombinatione.n
verwenden, wobei jedes System seinen eigenen Verteiler, sein eigenes Fallrohr und
Ableitungsrohr usw. hat. Man kann auch die Rohrschlangen, nachdem sie zur Verkleidung
zweier Wände und,'bder der Decke gedient haben, in einen Berührungsverdampfer münden
lassen, der in einem aufwärts oder abwärts gehenden Rauchgaskanal verlegt ist.
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Ein wichtiges Anwendungsbeispiel der Erfindung ist das Auskleiden
des Feuerraumes von Kesseln älterer Bauart mit Robrschlangensystemen, wodurch der
Wirkungsgrad. der gesamten Kesselanlage erheblich gesteigert werden kann.