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Wasserrohrstrahlungskessel Die Erfindung betrifft einen Wasserrohrstrahlungskessel
mit einer Speichertrommel und einem aus mindestens zwei senkrechten, in den Ecken
des Kesselquerschnittes angeordneten unbeheizten Fallrohren bestehenden Rohrsystem
und erstrebt, den Umlauf des Kesselwassers zu verbessern und einen im Aufbau und
in der Herstellung einfachen Dampferzeuger zu schaffen.
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Es ist ein Dampferzeuger bekannt, bei welchem in den Ecken des Kesselquerschnittes
vier senkrechte Rohre angeordnet sind, in denen ein Wasserstand gehalten wird. Der
Dampfraum und der Wasserraum dieser Rohre sind mit einer Abscheidetrommel verbunden.
über diese Trommel verläuft jedoch der ganze Umlauf des Kesselwassers, so daß eine
verkürzte Anfahrzeit nicht erzielt wird. Auch ist es bekannt, die Dampftrommel auf
zwei von ihren Enden abgehenden Fallrohren abzustützen.
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Ferner ist ein Dampferzeuger bekanntgeworden mit mehreren als Mantel
eines Heizraumes angeordneten Rohrschlangen, die in mehreren Windungen um den Heizraum
herumlaufen und oben und unten an gemeinsame Sammelrohre angeschlossen sind. Die
oberen und unteren Sammler sind durch Fallrohre miteinander verbunden, so daß ein
selbständiges, aus Steig- und Fallrohren bestehendes Wasserumlaufsystem vorhanden
ist. Mit diesem Umlaufsystem ist eine Speichertrommel verbunden, in welcher der
erzeugte Dampf gesammelt wird. In den Umlauf des Kesselwassers ist die Trommel nicht
eingeschaltet.
Es sind auch Dampferzeuger bekanntgeworden, bei denen
weit unterhalb der Trommel liegende Heizflächenteile durch unbeheizte Rohre kurzgeschlossen
sind. Der Sammler dieser Heizflächenteile ist dabei durch eine Dampf-Wasser-Gemischleitung
mit der Dampftrommel verbunden. Durch den Auftrieb in dieser Leitung wird aber der
Rückfluß von Kesselwasser durch die Kurzschlußrohre gehemmt. Unter Umständen ist
sogar eine Umkehrung der Strömung möglich, so daß der Umlauf des Kesselwassers durch
solche Kurzschlußrohre nicht verbessert, sondern eher noch verschlechtert wird.
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Zwanglauf-Dampferzeuger, bei denen zwischen Sammler und Verteiler
sich Kurzschlußrohre befinden, sind ebenfalls bekannt. Hier kann sich in den Kurzschlußrohren
auch keine den Umlauf verbessernde Strömung einstellen.
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Ferner ist bekannt, bei Dampferzeugern das Kesselgerüst aus unbeheizten,
in den Ecken angeordneten Rohren zu bilden.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in den Ecken des Kesselquerschnittes
angeordnete unbeheizte Rohre (Eckenrohre) am unteren Ende über die unteren, aus
Ouerv erbindungen der Eckenrohre bestehenden Verteiler mit dein Wasserraum der Trommel
durch Fallrohre und am oberen Ende, in Höhe des mittleren Wasserstandes, mit der
Trommel durch oberhalb der Wasserabflußstelle einmündende, waagerechte oder schwach
geneigte Dampfwassersammelrohre zu verbinden.
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Es soll hierdurch erreicht werden, daß ein Teil des umlaufenden Kesselwassers
aus dem erzeugten Dampf-Wasser-Gemisch abgeschieden wird und dem Steigrohrsystem
unmittelbar wieder zugeführt wird unter Umgehung der Speichertrommel, so daß der
Dampferzeuger außerordentlich elastisch ist und schnell hochgefahren werden kann.
Das verdampfte oder mitgerissene Kesselwasser wird durch den Anschluß der Fallrohre
an den Wasserraum der Trommel aus dem Wasservorrat der Trommel ersetzt. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, daß der Dampfraum der Trommel wesentlich höher belastet werden
kann, da das erzeugte Dampf-Wasser-Gemisch bereits einer Vorabscheidung unterworfen
wurde. Ferner ist für das aus dem Wasserraum der Trommel nachfließende Kesselwasser
ein viel geringerer Querschnitt erforderlich, so daß der Anschluß der Fallrohre
keine besonderen Schwierigkeiten macht.
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Durch die Verbindung der oberen und unteren Enden der Rohre des Fallrohrsystems,
das in an sich bekannter Weise aus vier in den Ecken des Kesselquerschnittes angeordneten
unbeheizten Rohren besteht, sowohl untereinander als auch mit dem Wasser- bzw. Dampfraum
der Speichertrommel erhält man einen wassergekühlten Rohrkäfig, der zur Abstützung
des Dampferzeugers dienen kann. Durch die stets gleichbleibende Temperatur in diesem
unbeheizten Rohrkäfig werden Wärmespannungen verhindert, die bei einem Kesselgerüst
aus Profileisen nie zu vermeiden sind.
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Der Eckenrohrkesselkäfig als gekühltes Traggerüst bringt wesentliche
Vorteile bei der Bemessung der Außenwände mit sich. Es kann zweckmäßig sein, das
Fallrohrsystem so aufzubauen, daß zwei Eckenrohre an ihrem oberen Ende durch waagerechte
oder schwach geneigte Verbindungsrohre mit einer quer hierzu liegenden Trommel und
unten mit von dem Wasserraum der Trommel abgehenden senkrechten Fallrohren, die
auch Eckenrohre sein können, verbunden sind. Bei einem solchen Aufbau ergibt sich
eine gute Vorabscheidung des Dampf-Wasser-Gemisches in den waagerechten Verbindungsrohren.
Während der Dampf zur Trommel strömt, fließt das Kesselwasser -zumindest ein großer
Teil - über die Eckenrohre unmittelbar in das Rohrsystem zurück.
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In Verbindung mit dem Erfindungsvorschlag kann es vorteilhaft sein,
die Speichertrommel waagerecht oder auch senkrecht anzuordnen. Bei einer senkrechten
Speichertrommel kann die Bauhöhe dadurch verringert werden, daß die Speichertrommel
mit einem T-förmigen Querschnitt ausgeführt wird, wobei der Dampfraum den waagerechten
Teil und der Wasserraum den senkrechten Teil einnimmt. Falls die Platzverhältnisse
oder Materialmangel es erfordern, kann der Speicher aus mehreren parallelen kommunizierenden
Rohren kleineren Durchmessers zusammengesetzt werden. -Erfindungsgeniäß .'kann -in
an sich bekannter Weise. der mit dem Eckrohrkessel verbundene Speicher auch als
Verdrängungsspeicher ausgebildet werden. Dies wird in der Weise erreicht, daß ein
Teil des Speichers vom Wasserumlauf abgeschaltet wird, wobei in den abgeschalteten
Teil dann kaltes Speisewasser - eingespeist wird, derart, daß bei Überlast aus den
oberen Wasserschichten des Speichers Umlaufwasser in die Heizfläche fließt, während
bei schiwacher Kesselbelastung aus dem unteren Teil des Speichers Umlaufwasser in
die Heizfläche fließt.
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Der oben beschriebene vorteilhafteWasserumlauf wird vornehmlich erreicht
bei einer Kesselheizfläche, die in an sich bekannter Weise nur aus Steigrohren besteht,
die von wasserseitigen waagerechten Verbindungsrohren der Eckrohre ausgehen und
in waagerechte, in Höhe des mittleren Wasserstandes mit den Eckenrohren in Verbindung
stehende Sammelrohre münden. Durch die Bauart wird erreicht, daß das Dampf-Wasser-Gemisch
immer erst in den oberen Teil der Eckenrohre eintritt, wo eine Vorabscheidung erfolgt
und- von wo dann durch die Kurzschlußschaltung der Eckenrohre das nicht verdampfte
Wasser sofort wieder in die Verdampfungsrohre zurückgeführt wird.
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Die Berührungsheizfläche des Eckenrohrkessels kann als Schrägrohrbündel
ausgebildet werden. Dadurch wird es möglich, den Kessel nur aus geraden Rohren zusammenzuschweißen,
aus denen von gegenüberliegenden Reinigungsstopfen aus der Kesselstein ausgebohrt
werden kann.
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Bei Verfeuerung minderwertiger Brennstoffe muß die Rostfläche des
Kessels größer sein als der rechteckige Zugquerschnitt, der durch die senkrechten
Eckenrohre
begrenzt wird. Gemäß der Erfindung können dann die Eckenrohre schräg aufwärts oder
geknickt verlaufen, um den erforderlichen Rostvorbau mit Strahlungsheizfläche auskleiden
zu können. Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Rost in an sich
bekannter Weise aus Verdampfungsrohren bestehen kann, die mit angeschweißten Rostblechen
versehen sind. Hierdurch läßt sich das Gesamtgewicht des Kessels wesentlich vermindern,
da ein aus gußeisernen Roststäben bestehender Rost viel schwerer ist. Diese Bauart
hat besonders für den Fahrzeugbetrieb Bedeutung. Um mit möglichst wenig Stopfen
auszukommen, kann das Schrägrohrbündel die Kesselgrundfläche überragen und in einem
oder mehreren Zügen von Heizgasen durchströmt werden. Eine solche Bauart ist verhältnismäßig
niedrig bauend.
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Zur Verbesserung der Wärmeaufnahme im Feuerraum und zum Halten der
hinter den Rohren befindlichen Isolierung sowie zur Gewichtsersparnis werden in
an sich bekannter Weise die Wandrohre an der dem Feuerraum abgewendeten Seite mit
angeschweißten Flossen versehen. Dadurch liegt die Schweißstelle geschützt hinter
dem Rohr, und der größte Teil der Rohroberfläche wird zur Aufnahme der Strahlungswärme
ausgenutzt.
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Die Erfindungsmerkmale sind in den Abb. i bis 9 beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch den Kessel, Abb.2 einen Ouerschnitt
des Kessels nach Linie A-B, Abb. 3 einen Querschnitt durch eine T-förmige Speichertrommel,
Abb. 4. einen Querschnitt durch eine aus Rohren bestehende Speichertrommel, Abb.5
einen Querschnitt durch eine andere T-förmige Speichertrommel, Abb.6 einen Längsschnitt
durch einen Kessel mit vergrößerter Rostfläche, Abb.7 einen Längsschnitt durch einen
Kessel mit einem die Kesselgrundfläche überragenden Schrägrohrbündel, Abb.8 das
Schema für die Ausbildung des Speichers als Verdrängungsspeicher, Abb.9 einen Eckenrohrkessel
für Brennstoffe mit langer Flamme mit auf- und abwärts gerichtetem Ausbrennraum
und Anordnung der Berührungsheizfläche im dritten Zug.
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Die Abb. i und 2 zeigen den Dampferzeuger nach der Erfindung in einzügiger
Bauart. In dem senkrechten Kesselzug i ist über dem Rost 2 der Feuerraum 3, die
Verdampferfläche 4 sowie der Überhitzer 5 und Speisewasservorwärmer 6 angeordnet.
Die Feuerraumwände sind allseitig durch Verdampfungsrohre 7 gekühlt. Die Verdampfungsrohre
7 der seitlichen Feuerraumwände gehen von unteren Verbindungsrohren 8, 8', 8" der
Eckenrohre 1.4, 15 aus und münden über die Eckenrohre 1.4, 15 direkt in die oberen
Sammelrohre 9 ein, während die Verdampfungsrohre 7 der vorderen und hinteren Feuerraumrückwand
über die geneigten Rohre 4 und die Eckenrohre 14, 15 in die Sammelrohre 9 münden.
Die Speichertrommel io ist erfindungsgemäß zum Kesselzug i parallel angeordnet und
durch Leitungen i i und 12 dampf-und wasserseitig über die Sammelrohre 9 bzw. Verteiler
8 mit den Eckenrohren 14 und 15 des Heizflächensystems verbunden.
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Zwischen dem Kesselzug i und dem Speicher io ist der Vorratsbehälter
13 für den Brennstoff angeordnet. Der Brennstoff kann unmittelbar auf den Rost 2
nachrutschen. Das Dampf-Wasser-Gemisch aus den Sammelrohren 9 wird über Leitung
i i beiderseits um den Brennstoffbehälter 13 herumgeführt und in Höhe des mittleren
Wasserstandes in die Speichertrommel fo eingeleitet. Es ist vorteilhaft, die Leitungen
i i waagerecht zu führen und mit so großem Querschnitt auszustatten, daß bereits
eine Vorabscheidung von Dampf und Wasser erfolgt.
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Das in der Speichertrommel io abgeschiedene Wasser strömt darin abwärts
und wird durch die am untersten Ende angeschlossenen Leitungen 12 wieder den Verteilern
8 zugeführt. Die höher liegenden Verteiler 8 und 8" der Vorder- und Rückwand des
Feuerraumes sind durch die seitlichen Eckenrohre 14. und 15 mit den unteren Seitenwandverteilern
8 verbunden, so daß ein geschlossener Verteilerring gebildet ist.
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Durch die Abwärtsführung des Wassers in dem Speicher io ist auch die
Gewähr gegeben, daß der Wasserinhalt in seiner Gesamtheit stets auf Siedetemperatur
ist und es nicht möglich ist, daß sich im unteren Teil kälteres Wasser ansammelt.
Dies ist bedeutsam für die Speicherwirkung des .Behälters io, die nur dann voll
ausgenutzt werden kann, wenn der Wasserinhalt restlos auf Siedetemperatur gebracht
wird.
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Es wird noch darauf hingewiesen, daß Umlaufstörungen bei Druckabsenkung
nach dem Vorschlag der Erfindung nicht zu befürchten sind, da eine dem Umlauf entgegenwirkende
Nachverdampfung in der Hauptsache nur im Speicher fo auftreten kann, da in der wasserseitigen
Verbindung 12 ein der Nachverdampfung entgegenwirkender höherer statischer Druck
vorhanden ist. Trotzdem ist es zweckmäßig, in dem Verbindungsrohr 12 eine möglichst
hohe Wassergeschwindigkeit zuzulassen oder aber den Speicher io so anzuordnen, daß
die Verbindung 12 aufsteigend verläuft.
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Der erzeugte Dampf wird durch das Entnahmerohr 16 und die beiderseits
des Dampferzeugers geführten Sattdampfleitungen 17 dem Überhitzerverteiler 18 zugeführt.
In den Verbindungsleitungen des Speicherbehälters io mit dem Dampferzeuger können
Absperrventile oder Regelventile vorgesehen werden, so daß die Heizfläche des Dampferzeugers
für sich entwässert werden kann.
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Aus dem Querschnitt des Kessels nach Abb.2 ist ersichtlich, daß die
Verdampfungsrohre 7 an der dem Feuerraum zugewendeten Seite mit tangential angeschweißten
Flossen i9 versehen sind, die sich über die ganze Höhe des Kessels erstrecken. Zwischen
den Flossen i9 und der Blechverkleidung 2o befindet sich die Isolierung 21. Die
neben
den Eckenrohren 14, 15 verlaufenden Verdampfungsrohre 7 haben schräg gestellte Flossen
22, die die Eckenrohre vor der Beheizung schützen. Aus dem Grundriß ist ohne weiteres
erkennbar, daß die Eckenrohre 14, 15 als Gerüst des Kessels dienen, denn an ihnen
werden Winkel oder andere Profileisen angeschweißt, die zur Befestigung der Blechverkleidung
benutzt werden.
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Oberhalb der Verdampfungsheizfläche tragen die Eckenrohre dann noch
den Überhitzer und den Vorwärmer, gegebenenfalls auch die Speichertrommel, wenn
diese waagerecht neben dem Kessel oder auf den Eckenrohren angeordnet wird.
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In Abb. 3 ist ein Speicher mit T-förmigem Querschnitt dargestellt.
Er besteht aus einem waagerechten und einem senkrechten Rohr 23, 24, die miteinander
verbunden sind. Der Wasserstand befindet sich im unteren Teil der oberen Trommel
23, so daß bei verhältnismäßig kleinen Wasserstandsschwankungen größere Wassermengen
in den Kreislauf gelangen. Der Wasserstandsregler, der sich in der Speichertrommel
befindet, hat daher nur einen kleinen Hub auszuführen.
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Die Abb.4 zeigt einen Speicher, der beispielsweise aus drei parallelen
Rohren 25 kleineren Durchmessers zusammengesetzt ist. Durch Verbindungsrohre 26
werden die Dampfräume und die Wasserräume der einzelnen Rohre miteinander kommunizierend
verbunden. In einem. der Rohre ist dann der Wasserstandsregler angeordnet. Der Dampfraum
der Speichertrommel kann, wie Abb. 5 zeigt, auch durch ein waagerechtes Rohr 23
und der Wasserraum durch mehrere Rohre 25 gebildet werden.
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In Abb. 6 ist ein Kessel nach der Erfindung mit vergrößerter Rostfläche
dargestellt, die beispielsweise aus parallelen Wasserrohren 27 mit angeschweißten
Rostblechen 28 besteht. Der Wasserzutritt zum Rost wird durch einen zwischen den
Eckenrohren 15 verlaufenden Sammler 29 bewirkt. Die Abführung des Dampf-Wasser-Gemisches
aus dem oberen Sammler 30 erfolgt unmittelbar in die Speichertrommel. Der
vergrößerte Feuerraum ist in gleicher Weise allseitig durch Verdampfungsrohre 7,
7' mit Flossen gekühlt wie bei der Ausführung nach Abb. r und 2. Die Verdampfungsrohre
7' des Vorbaues führen zu querliegenden, mit Flossen versehenen Sammlern 34 von
denen aus Schrägrohre 32 zur gegenüberliegenden Wand verlaufen. Diese Schrägrohre
32 kreuzen sich mit den Rohren des Schrägrohrbündels 4.. Oberhalb der Verdampfungsheizfläche
ist dann noch wie vorher der Überhitzer 5 und in der Abb. 6, nicht eingezeichnet,
der Vorwärmer 6 angeordnet. Die ausschließlich als Fallrohre dienenden Eckenrohre
15 verlaufen senkrecht, während die Eckenrohre r4' eine geknickte oder gebogene
Form haben, um der Beheizung entzogen zu sein.
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Die Abb. 7 zeigt die Ausführung eines Kessels mit einer Berührungsheizfläche,
die die untere Kesselgrundfläche überragt. Der erste Teil 33 des Schrägrohrbündels
liegt oberhalb des Feuerraumes 34. Nach Durchstreichen des Überhitzers 35 treten
die Gase in die weitere Berührungsheizfläche 36 und 37 ein. Die Rohre des Heizflächenteils
33, 36 und 37 sind innen durchgehend, so daß sie von einer Seite nach Öffnen eines
Verschlußpfropfens innen gereinigt werden können. Die Abb. 7 zeigt noch die Anordnung
eines liegenden Blasrohres oberhalb des Kessels, der besonders für Anlagen mit geringer
Bauhöhe gedacht ist. Bei dem Kessel nach Abb. 7 befinden sich die Kohlenbunker an
der Seite des Kessels. Die Kohle rutscht von dort in den Raum 38.
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Bei Kesseln ohne Speisewasservorwärmer, wie z. B. nach Abb. 7, ist
die Ausbildung der Speichertrommel als Verdrängungsspeicher möglich. Die schematische
Anordnung zeigt die Abb.8. Der Speicher 39 ist mit der Heizfläche 4o durch die Leitung
41 und 42 verbunden. Leitung 4r kann durch Anschluß 43 unten aus der Trommel oder
durch Anschluß 44 oben Wasser entnehmen. Es sind z. B. zwei Speisezuleitungen 45
und 46 vorgesehen. Die eine ist zum »Laden«, die andere zum »Entladen« des Speichers.
Durch einen Dreiwegehahn kann der Kesselwärter auf Laden oder Entladen einstellen.
Strömt z. B. das Speisewasser durch Leitung 45 zu, so wird der Steuerkolben 47 wie
gezeichnet nach links geschoben; der Anschluß 43 zur Trommel ist gesperrt. Kaltes
Speisewasser füllt nun über Leitung 45' die Trommel von unten an und verdrängt das
heiße Kesselwasser, falls vorher aufgeladen war. Umgekehrt wird bei Speisung durch
Leitung 46 der Anschluß 44 verschlossen. jetzt wird Wasser von unten entnommen und
das Speisewasser durch Leitung 67 in den Dampfraum eingespeist.
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Verschiedene Brennstoffe, wie Holz und Braunkohle, verlangen einen
langen Flammenweg. Abb. 9 zeigt einen Kessel nach der Erfindung mit langem Flammenweg.
Oberhalb des Rostes 53 befindet sich der Feuerraum 54, der sich noch bis in den
Abwärtszug 55 hinein erstreckt. Die Berührungsheizflächen sind dann im Aufwärtszug
untergebracht, und zwar zunächst Überhitzer 56. Verdampfer 57 und Vorwärmer 58.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
zeigen, daß durch einfaches Zusammenschweißen gerader Rohre ein Kessel von kleinem
Gewicht und gedrungener Bauart entsteht. Selbstverständlich können auch gebogene
Rohre verwendet werden, besonders bei Kesseln größerer Leistung. Sofern der Kessel
für ortsfeste Anlagen verwendet wird, kann an Stelle der zum Teil gezeigten Blechummantelung
auch eine Einmauerung treten, und es kann jede andere Feuerungsart angewendet werden,
ohne vom Erfindungsgedanken abzugehen.