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Dampferzeuger mit mittelbarer Beheizung des Arbeitsmittels Zur Erzeugung
von Dampf durch mittelbare Beheizung .des Arbeitsmittels wurde ein unter höherem
Druck stehender Wärmeträger erst durch Rauchgas beheizt und teilweise verdampft
find dann der erzeugte Dampf wieder in besonderen Wärme-@austauschern durch Wärmeabgabe
an das Arbeitsmittel niedergeschlagen. Der Wärmeträger lief bei den bekanntgewordenen
Dampferzeugern dieser Art entweder durch Schwerkraft oder aber mittels einer besonderen
Umwälzpumpe in einem geschlossenen Kreislauf um.
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Bei Naturumlaufkesseln dieser Art treten die gleichen unsicheren Umlaufverhältnisse
auf wie bei normalen Naturumlaufkesseln, d. h. bei Lastwechsel ist es möglich, daß
in bestimmten Temperaturzonen eine Umkehrung des Umlaufes oder ein völliger Stillstand
eintritt. Bei Zwangslaufkesseln mit mittelbarerBeheizun.g muß, um den Kraftbedarf
der Umwälzpumpe in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen zu halten, die Dainpferzettgung
je Rohr dem zulässigeil Druckabfall angepaßt werden. Aierans ergibt sich eine große
Zahl parallel zu schaltender Rohre und damit die bekannten Schwierigkeiten, den
Wärmeträger gleichmäßig entsprechend der Beheizung bei allen Belastungen auf die
Rohre zu verteilen. Die Unsicherheit in der Verteilung bedingt einen verhältnismäßig
großen Wa.sserüberschuß bezogen auf. die erzeugte Dampfmenge.
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Ferner ist bekannt, als Wärmeträger zur mittelbaren Beheizung des
Arbeeitsmittels überhitzten Dampf zu verwenden, der seineÜberhitzungswärme in besonderen
Wärmeaustauschern wieder an das zu verdampfende Arbeitsmittel abgibt. Hierbei sind
abwechselnd
mehrere wärmeaufnehmende und wärmeabgebende Elemente hintereinandergeschaltet. Der
Wärmeträger steht unter niedrigerem Druck als das Arbeitsmittel, so #daß er in den
wärmeabgebenden Elementen nicht kondensieren kann. Der Nachteil dieser mittelbaren
Dampferzeugung liegt in dem großen Volumnen des Wärmeträgers, so d'aß,eine große
Zahl von Rohrelementenerforderlich ist, und ferner darin, daß für die wärmeaufnehmenden
Rohrelemente besonders warmfester Werkstoff genommen werden muß, der entsprechend
teurer ist. Hinzu kommt noch, daß der Wärmeübergang bei Heißdampf erheblich schlechter
ist als bei siedendemWasser und daher bei glcidherDampferzeugung eine weit größere
Heizfläche erforderlich wird.
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Beider vorliegenden Erfindung werdendiese Nachteile bei mittelbarer
Dampferzeugung vermieden. Erfindungsgemäß wird zurErzeugung vonDampf durch mittelbare
Behei.zung vorgeschlagen, daß .der Wärmeträger hintereinandergeschaltete Rohrelemente
durchströmt und wärmeaufnehmende und in einem Arbeitsmittel enthaltenden Behälter
liegende, wärmeabgebende Rohrelemente mehrmals aufeinanderfolgen. Das in einem wärmeaufnehmenden
Element erzeugte Dampf-Wasser-Gemisch gibt in einem im Wasserraum des Behälters
liegenden Element seine Verdampfungswärme durch Kondensation des in ihm enthaltenen
Dampfes wieder ab. Dieser Vorgang wiederholt sich im Strömungsfluß des Wärmeträgers
mehrmals. Da der erzeugte Dampf ständig wieder kondensiert wird, nimmt das Volumen
des Wärmeträgers trotz ständigerWärmeaüfnahme nicht zu. Die vom Wärmeträger durchflossenen
Elemente können daher aus verhältnisynäßig wenigen, aber sehr langen Rohrsträngen
bestehen, die so geführt werden können, daß sämtliche Rohrstränge alle Temperaturzonen
des Dampferzeugers durchlaufen. Für Naturumlauf ergeben sich bei einem Dampferzeuger
nach dem Erfindungsvorschlag in .den wenigen Rohrsträngen ganz eindeutige und klare
Umlaufverhältnisse. Es kann nicht vorkommen, .daß beispielsweise bei Laständerung
ein Stillstand oder Umkehrung des Umlaufes eintritt. Noch. größer ist -der Vorteil
bei Dampferzeugern mit Zwangsumlauf. Die wenigen Rohrstränge können leicht so geführt
werden, daß sie bei allen Belastungen annähernd. gleiche Wärmeaufnahme haben, so
daß die Verteilung des Wärmeträgers auf die einzelnen Rohrstränge keine Schwierigkeit
macht. Hinzu kommt noch, @daß nach dem vorgeschlagenen Verfahren die Stabilität
des Umlaufes erheblich verbessert wird; so daß es bei an sich gleicher Beheizung
der Rohrstränge nicht mehr vorkommen kann, daß in einem Rohr vorwiegend eine Aufwärmung
und in dem anderen vorwiegend eine Verdampfung eintritt, weil in den wärmeabgebenden
Heizflächen nur durch Kondensation von Dampf eine wesentliche Wärmeabgafe eintritt
und so bei Wärmezufuhr eine Verdampfung .; intreten muß, weil im anderen Fall keine
Wärmeabfuhr erfolgt.
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Die Erfindung ist an Hand der Ausführungsbeispiele nach Abb. i bis
6 näher beschrieben. In Abb. i ist ein Dampferzeuger mit mittelbarer Beheizung und
Zwangsumlauf des Wärmneträgers im Längsschnitt dargestellt. Die Verd'ampfertrommel,
in -der -der Betriebsdampf durch mittelbare Beheizun.g d es Arbeitsmittels erzeugt
wird, ist mit i bezeichnet. DiePumpe2 fördert einenWärmeträger, vorzugsweise Wasser,
durch einen geschlossenen Rohrstrang 3, in dem in Reihe hintereinandergeschaltete
wärmeaufnehmende Rohrelemente q., ,4', q." usw. mit dazwischengeschalteten wärmeabgebenden
Rohrelementen 5, 5', 5" usw. liegen. In jedem wärmeaufnehmenden Rohrelement ¢, 4',
q." wird derWärmeträger mehr oder minder starkverdampft und das erzeugte Dampf-Wasser-,Gemisch
dann in den in der Verdampfungstrommel i gelegenenwärmeabgebenden Elementen 5, 5',
5" wieder niedergeschlagen. Dabei wird-die Verdampfungswärme an das Arbeitsmittel
abgegeben, während der Wärmeträger erneut dem folgenden wärmeaufnehmenden Rohrelement
zuströmt, um in dem anschließenden wärmeabgebenden Rohrelement wieder seine aufgenommene
Vendampfungswärme abzugeben und so fort. Aus dem letzten wärmeabgebenden Element
wird der Wärmeträger wieder der Pumpe zugeführt. Die Anzahl der hintereinandergeschaltetenElemente
ist von der Leistung des Dampferzeugers sowie von dem zugelassenen Druckabfall in
dem geschlossenen Rohrstrang 3 abhängig. Es können mehrere Rohrstränge parallel
geschaltet werden. Für die Bemessung der wärmeabgebenden Rohrelemente 5, 5', 5"...
ist die Wahl dies überdruckes des Wärmeträgers gegenüber dem Betriebsdruck von Bedeutung.
Die Heizfläche der Rohrelemernte 5, 5', 5" kann um so kleiner sein, je höher der
Druckunterschied ist und umgekehrt.
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Das Speisewasser tritt in den Verdampfer bei 6 ein und der erzeugte
Betriebsdampf wird bei 7 entnommen.
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In dem Kreislauf des Wärmeträgers ist ein Sammler 8 eingeschaltet,
dessen Inhalt mindestens gleich ist dem Inhalt des Kreislaufes mit den Elementen
d., q.', 4#' . . . und 5, 5', 5" . . . Der Sammler 8 ist oben durch eine Leitung
9 an den Dampfraum der Verdampfungstrommel i angeschlossen. In der Leitung 9 ist
ein Absperrventil io und ein Rückschlagventil i i angeordnet. Indem Dampfraum des
Sammlers 8 liegt eine Kühlschlange i2, idie durch ein Ventil 13 absperrbar
ist. Diese Einrichtung ermöglicht es, etwaige Leckverluste in,dem Kreislauf ,des
Wärmeträgers auf folgende Weise zu ersetzen.
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Wenn in dem Sammler 8 der Wasserspiegel zu weit abgesunken ist, dann
wird in Zeiten niedriger .Belastung, beispielsweise in Betriebspausen das Ventil
ro und 13 geöffnet. Dann strömt durch die Rohrschlange i2 kaltes Wasser. Durch KOnJensation
von Dampf im Dampfraum des Sammlers 8 sinkt dann der Druck des Wärmeträgers unter
den Betriebsdruck, so -daß sich das Rückschlagventil i i öffnet und aus der Verdampf
ungstrommel i Dampf überströmt, durch dessen Kondensation. der Wasserspiegel im
Sammler 8 weiter ansteigt bis das Verlustwasser wieder vollständig geideckt ist.
Dann wenden die Ventile io und 13 wieder geschlossen.
Bei der beschriebenen
Ausführungsform liegt ein Element 4" -der wärmeaufnehmenden Heizfläche im oberen
Teildes Rauchgaszuges 16 hinter einem Überhitzer 15, in dem der Betriebsdampf überhitzt
wird.
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Bei -der Ausführungsform nach Abb.2 ist der Verdampfer i als Rauchrohrkessel
ausgebildet. Die Rauchrohre 17 sind der Deutlichkeit halber nicht ganz durchgezogen.
Die wärmeaufnehmenden Elemente 4, .4.', 4" . . . des Kreislaufes 3 sind hier als
Feuerraumkühlrohre ausgebildet. Die zwischengeschalteten wärmeabgebenden Elemente
5, 5', 5" sind in den Wasserraum :des Dampfkessels i ge-
führt.
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Die Roststäbe des Planrostes 18 können hohl ausgebildet sein und an
den Kreislau des Wärmeträgers angeschlossen werden. Dies hat :den Vorteil, daß der
Durchflußquerschnitt verhältnismäßig klein sein kann, weil keine innere Verschmutzung
möglich ist, so daß auch die Roststäbe trotz der Kühlung nur geringe Abmessungen
erhalten und genügend freier Querschnitt für die Verbrennungsluft verbleibt.
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Die wärmeabgebenden Elemente 5, 5', 5" können, um mit einem möglichst
geringen Raum auszukommen, auch spiralförmig gewunden sein.
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Eine andere noch raumsparendere Ausführungsform zeigt Abb. 3. Das
aus dem Wärmeträger erzeugte Dampf-Wasser-Gemisch strömt hierbei durch das Rohr
ig in die Verdampfungstrommel i. Innerhalb der Trommel i ist ein Wasserraum an das
Rohr i9 ein Rohr 20 gesetzt, :das mit einer Anzahl kleiner Bohrungen versehen
und von einem äußeren Mantelrohr 5 umgeben ist. An das Mantelrohr 5 ist die Rücklauf
leitung 21 angeschlossen. Das durch die Bohrungen von Rohr 2o ausströmende Dampf-Wasser-Gemisch
spritzt gegen ,die Innenwand des Mantelrohres 5, an der :der Dampf niedergeschlagen
wird.
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Zur Erzeugung von möglichst trocknem Dampf kann es vorteilhaft sein,
die wärmeabgebende Heizfläche möglichst weitgehend aufzulösen und, in dem ganzen
Wasserinhalt der Trommel i möglichst -weitgehend zu verteilen. Für diese Ausführungsform
gibt die Abb. .4 ein Beispiel. Die Zuleitung i9 verzweigt sich hier auf vier Rohre
22 mit kleinerem Durchmesser, die auf dem entgegengesetzten Ende wieder zu einem
gemeinsamen Rückflußrohr 2i zusammengeführt sind. Die Zwischenrohre 22 können durch
Verschraubungen 23 lösbar mit den Zu- und Abflußrohren i9 und 21 verbunden sein,
so daß sie leicht ausgewechselt oder von Ankrustungen gereinigt werden können.
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In ähnlicher Weise wie die Verdampfung kann auch die Vorwärmung des
Arbeitsmittels durch mittelbare Beheizung bewirkt werden.
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Statt Wasser können als Wärmeträger auch andere Flüssigkeiten gewählt
werden, die eine hohe Verdampfungswärme haben. Die Verwendung von beispielsweise
Quecksilber oder Diphenylmischung gibt den Vorteil, :daß diese Flüssigkeiten bereits
bei verhältnismäßig niedrigem Druck mit hoher Temperatur verdampfen, so daß der
Kreislauf des Wärmeträgers nur unter geringem Druck steht. Die Erfindung gestattet
in einfachster Weise eine Trocknung des Betriebsdampfes mit Hilfe des Wärmeträgers
wie Abb. 5 zeigt. Hierzu ist in der Verdampfungstrommel r ein Dampfentnahmerohr
24 angeordnet. In dem Dampfentnahmerohr 24 ist eine vom Wärmeträger durchflossene
Roh.nschlange 2@5 verlegt. Etwaige vom Betriebsdämpf mitgerissene Flüssigkeitsteilchen
werden hier verdampft, so daß nur trockner Dampf die Trommel i verläßt.
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Infolge der höheren Temperatur des Wärmeträgers ist auch eine Regelung
der Heißdampftemperatur möglich, wie Abb. 6 erkennen läßt. In .die Dampfleitung
26 ist ein Behälter 27 mit einer vom Wärmeträger durchströmten Rohrschlange 28 angeordnet.
In diesem Behälter wird. der Betriebsdampf ganz oder teilweise vorüberh:itzt bevor
er in .den eigentlichen Ü berhitzer 15 eintritt. Die den Behälter 2,7 durchströmende
Dampfmenge wird in Abhängigkeit von der Heißdampfendtemperatur durch mehr oder minder
weites Öffnen des Ventils 29 geregelt. Der nicht vorüherhitzte Dampf strömt über
eine durch Ventil 3:o mehr oder minder absperrbare Umgehungsleitung 31 unmittelbar
zum Überhitzer 15.