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Heizflächenausbildung für Zwangstromkessel Die Heizflächenelemente
von Zwangstromkesseln bestehen üblicherweise aus einer größeren Anzahl von Heizrohren,
die an ihren Enden in kleinen Trommeln oder Flaschen zusammengeführt werden. Solche
Heizflächenelemente werden in einer Anzahl hintereinandergeschaltet und durch Fallrohre
verbunden, die üblicherweise außerhalb der Beheizung liegen. Die Flaschen dienen
insbesondere dazu, das zu verdampfendeArbeitsmittel gleichmäßig auf eine Anzahl
von Heizrohren zu verteilen und ihm am Ende des Heizflächenelementes die Möglichkeit
zu geben, sich zu mischen. Man erreicht damit eine Gleichmäßigkeit in der Zusammensetzung
des zu verdampfenden Mediums.
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Andererseits bauen diese Sammelflaschen teuer, die sie üblicherweise
aus dem vollen Material herausgearbeitet werden müssen, z. B. durch Schmieden, Ausbohren
usw. Die Anschlußteile für die Heizrohre werden ebenfalls meistens aus den vollen
Material herausgefräst oder wenigstens herausgedrückt. Es fällt bei dieser Herstellung
der Flaschen somit ein großer Material- und Kostenaufwand an.
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Man ist daher bestrebt, Heizflächenelemente zu entwickeln, die ohne
Sammelflaschen auskommen oder wenigstens die Zahl der verwendeten Flaschen zu vermindern
gestatten. Dies ist besonders erwünscht, wenn die Heizrohre in senkrechter Lage
im Strahlungsraum angeordnet werden sollen, um dem Anhaften von Schlackenteilchen
wirksam zu begegnen. Wenn man ganz ohne Flaschen auszukommen bestrebt ist, muß die
Heizfläche eines
Zwangsstromkessels mehr oder weniger in einem Zuge,
natürlich mehrere Heizrohre parallel geschaltet, durchlaufen werden. Dies ergibt
einen starken Druck- und Geschwindigkeitsverlust über die gesamte Heizfläche und
birgt die Gefahr von Instabilitätserscheinungen des Kessels bzw. des Arbeitsmittels
in sich, hauptsächlich wegen der langen Flußstrecke. Infolge der Länge der Parallelstränge
sind abfallende Teilstrecken nicht zu vermeiden. In diesem strömen die Dampfblasen
entgegen dein natürlichen Auftrieb. Hierdurch sowie durch die große Länge des Stranges
werden Pendelungen des Arbeitsmittels gefördert. Um diese zu vermeiden, ist eine
starke Drosselung des Arbeitsmittels am Eintritt in die Parallelstränge unerläßlich.
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Eine andere bekannte Möglichkeit, die Zahl der Flaschen zu vermindern,
ohne auf ihre Vorteile völlig verzichten zu müssen, besteht darin, eine Anzahl von
Heizrohren von Verteilerstücken als Fallrohre abwärts zu führen, ohne eine untere
Sanilnelflasche U-förmig umzulenken und als Steigrohre in (las anschließende Verteilerstück
des nächsten Heizflächenelementes einzuführen.
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Diese bekannte Bauart hat den Nachteil, daß sie nur für eine Betriebsweise
oberhalb einer bestimmten Mindestbelastung des Kessels brauchbar ist. Bei schwachem
Durchfluß muß mit Instahilitäten der Strömung gerechnet werden. Die Erfindung hat
sich die Aufgabe gesetzt, die Möglichkeit zu derartigen Instabilitäten im Schwachlastbetrieb
weitgehend zu unterbinden, wobei überdies im Interesse einer möglichst weitgehenden
Ausnutzung des Rohrsystems auf eine Beheizung bzw. Bestrahlung der in Abwärtsströmung
durchflossenen Rohre nicht verzichtet werden soll. Dabei wird von einer Heizflächenausbildung
ausgegangen, bei der eine größere Anzahl von Heizrohren insbesondere in verschiedenen
Ebenen von Verteilerstücken in abwärts gerichteter Durchfluf;richtung (Fallrohre)
ausgehen und diese Rohre ohne Anschluß an eine untere Sammelflasche U-förmig, insbesondere
in gemeinsamer Ebene umgelenkt und ohne Unterbrechung als aufwärts durchströmte
Rohre (Steigrohre) in das anschließende Verteilerstück des nächsten Heizflächenelementes
weitergeführt werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer derartigen Heizflächenausbildung
unter Erhöhung der Durchströmungsgeschwindigkeit in den Fallrohren gegenüber derjenigen
in den Steigrohren und unter Beheizung durch Berührung bzw. Bestrahlung der Fallobre
die von den Fallrohren abgedeckte Fläche kleiner ist als die von den unmittelbar
an diese anschließenden Steigrohren abgedeckte Fläche, wobei die Steigrohre einen
größeren Querschnitt aufweisen als die mit ihnen verbundenen und in die oberen Sammler
einmündenden Fallrohre und insbesondere gegabelt ausgeführt sind.
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Es ist an sich bereits eine Heizflächenallordnung vorgeschlagen worden,
bei der man darauf bedacht ist, in den Fallrohren eine erhöhte Durchströmungsgeschwin.digkeit
zu erzielen. Bei diesem Kessel handelt es sich aber nicht um einen Zwangdurchlaufkessel,
sondern um einen Trommellkessel mit Zwangumlauf. Die dort herrschenden Verhältnisse
sind nicht ohne weiteres auf einen Zwangdurchlauflkessel übertragbar. Außerdem sieht
die Erfindung eine Ausbildung der Heizfläche in der Weise vor, daß die von den durch
Strahlung oder Berührung beheizten Fallrohren abgedeckte Fläche kleiner ist als
die von den Steigrohren abgedeckte Fläche, wobei also auch in den Fallrohren eine
Wärmeaufnahme des Arbeitsmittels stattfindet, jedoch in ganz bestimmter Weise, wobei
die Durchströmungsgeschwindigkeit in denselben erhöht wird.
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Hierdurch lassen sich wesentliche Vorteile erreichen. Durch die Verkleinerung
der wärmeaufnehmenden und bestrahlten Fallrohroberfläche ist die Wärmeaufnahme in
diesem Teil wesentlich niedriger als in der bestrahlten Steigrohrfläche. Das hat
den Vorteil, daß das spezifische Gewicht des durchfließenden Mediums relativ vergrößert
wird gegenüber einer nicht verkleinerten bestrahlten Rohroberfläche. Auf der Steigrohrseite
tritt infolge Vergrößerung der wärmeaufnehmenden Fläche das Umgekehrte ein. Das
hat zur Folge, daß das mittlere spezifische Gewicht des durchfließenden Mediums
sieh 11l diesem Teile verkleinert. Inl ganzeil wird also der in dem U-Rohr wirkende
Druck gegenüber der normalen Ausführung vergrößert. Das bedeutet gegenüber der letzteren
eine wesentliche Verbesserung, da man, besonders bei Unterbringung der Fallrohre
im Strahlungsraum, alle Maßnahmen ergreifen muß, um die Stabilität des Flusses insbesondere
auch bei kleiner Last zu gewährleisten.
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Hierzu kommt noch einanderes: Durch die Verengung des Gesamtrohrquerschnittes
auf der Fallrohrseite wird der Wirkdruck in diesem Teil vergrößert, so daß zu dem
statischen Druck noch eine zusätzliche Verbesserung durch diesen ausgleichend wirkenden
Druckverlust hinzukommt. Dieser Druckverlust in den Fallrohren hat also dieselbe
Wirkung wie eine am Rohreintritt angeordnete Drossel.
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Die Fig. i und a stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
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F ig. i zeigt mehrere Heizflächenelemente gemäß der Erfindung. i sind
die oben an der Heizfläche angeordneten Verteilerstücke. Von ihnen gehen in verschiedenen
Ebenen Fallrohre - aus, vereinigen sich kurz darauf in einer gemeinsamen Ebene und
werden unten unter Wegfall einer Sammelflasche in dieser gemeinsamen Ebene U-förmig
umgelenkt, um als Steigrohre 3 in das anschließende Verteilerstück des nächsten
Heizflächenelementes zu führen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß
zunächst mindestens die unteren Sammelflaschen wegfallen und somit eine Verminderung
der teuren Flaschenelemente je Heizfläche erzielt wird. Durch die Anwendung von
Rundverteilern i an Stelle der oberen Sammelflaschen tritt eine weitere Vereinfachung
und Verbilligung der Anlage ein.
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Nach der U-förmigen Umlenkung der Heizrohre sieht die Erfindung eine
Gabelung der Steigrohre 3 oder mindestens eine Vergrößerung des Rohrdurchinessers
vor. .Der Grund zu dieser Ouerschnittserweiterung
für die Steigrohre
ist der, daß die alsdann relativ engeren Fallrohre mit einer größeren Geschwindigkeit
des Arbeitsmittels durcheilt werden, um in jedem Falle im abfallenden Strang den
Dampf oder auftretende Dampfblasen mitzureißen. Dies ist bei dieser Anlage deswegen
wichtig, weil das zu verdampfende Medium von den Verteilerstücken aus zunächst in
abfallende Rohrstränge gelangt und erst nach deren U-förmiger Umlenkung aufsteigen
kann. Es ist daher notwendig, bis zum Eintritt in die aufsteigenden Heizrohre die
davorliegenden Rohrstränge mit großer Geschwindigkeit zu durchlaufen. Bei gleichem
oder angenähert gleichem Rohrdurchmesser der Fallrohre 2 und Steigrohre 3 sieht
daher die Erfindung eine Gabelung der Steigrohre 3 vor, um eine Geschwindigkeitssteigerung
innerhalb der Fallrohre verwirklichen zu können.
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Fig. 2 stellt das Verteilerstück i in vergrößertem Maßstabe dar, das
an Stelle der oberen Flasche Verwendung finden kann. Der Einbau von Drosselquerschnitten
in die Fallrohre 2 bietet keinerlei Schwierigkeiten. Ihr "Zweck ist die gleichmäßige
Beaufschlagung der Fallrohre durch das Arbeitsmittel. Der Eintritt der Steigrohre
des jeweils vorhergehenden Heizelementes erfolgt sin den Anschlußstellen 3.