DEP0042136DA

DEP0042136DA - Forced flow steam generator

Info

Publication number: DEP0042136DA
Authority: DE
Inventors: Robert Dr.Ing. Jantscha
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Publication date: 1951-02-15

Description

Die Erfindung betrifft einen Zwangdurchfluß-Dampferzeuger, bei welchem das Wasser von dem Dampf getrennt und dieser überhitzt und die Überhitzungswärme zur Verdampfung des Restwassers benutzt wird.The invention relates to a forced flow steam generator in which the water is separated from the steam and the steam is superheated and the superheating heat is used to evaporate the residual water.

Bei der Erzeugung des Dampfes im Zwangdurchfluß durch ein feuerbeheiztes Rohrsystem befreit derjenige Teil besonders Schwierigkeiten, in welchem die letzten Reste des Wassers verdampft werden, der sogenannte Übergangsteil zum Heißdampf.When the steam is generated in forced flow through a fire-heated pipe system, the part in which the last remnants of the water is evaporated, the so-called transition part to the superheated steam, frees particularly difficulties.

Es ist bekannt, diesen Teil dadurch zu schützen, daß er in ein Gebiet niedriger Feuergastemperaturen verlegt wird. Dies bedeutet jedoch nur eine Verteilung der schädlichen Einwirkungen auf eine größere Heizfläche.It is known to protect this part by relocating it to an area of low fire gas temperatures. However, this only means that the harmful effects are distributed over a larger heating surface.

Als zweiter Ausweg wurde die Speisung mit Wasserüberschuß gewählt, wobei der Wasserüberschuß abgeschlämmt wird, wenn er 10 % der Dampfmenge nicht übersteigt, oder bei größeren Mengen zur Speisepumpe zurückgeführt wird. Das Arbeiten mit Wasserüberschuß bedingt eine Trennung des Restwassers von dem Sattdampf und unterteilt dadurch den Dampferzeuger in festliegende Heizflächen für die Verdampfung und für die Überhitzung. Da der Übergangsteil bei dieser Lösung wegfällt, sind auch die mit ihm verbundenen Schwierigkeiten vermieden.As a second solution, the supply with excess water was chosen, with the excess water being drained off if it does not exceed 10% of the amount of steam, or, in the case of larger amounts, is returned to the feed pump. Working with excess water requires a separation of the residual water from the saturated steam and thereby divides the steam generator into fixed heating surfaces for evaporation and for overheating. Since the transition part is omitted in this solution, the difficulties associated with it are also avoided.

Gemäß der Erfindung wird, auch wenn ohne Wasserüberschuß gearbeitet wird, der Dampf von dem Restwasser getrennt und so hoch erhitzt, daß er nach Mischung mit der abgeschiedenen Restwassermenge diese vollständig verdampft. Es wird somit der Dampf selbst als Heizmittel für den Übergangsteil benutzt, und diese Lösung gibt einerseits die Möglichkeit, entweder durch Mischung oder mit Oberflächenwärmeaustauscher, andererseits mit oder ohne Wasserüberschuß zu arbeiten. Es ist also möglich, sich den betrieblichen Anforderungen weitgehend anzupassen. Die Materialschwierigkeiten des Übergangsteiles sind durch die Dampfbeheizung weitgehend behoben. Außerdem ist es leicht möglich, die in Betracht kommenden Gefäßwände aus korrosionsfestem Werkstoff herzustellen oder sie mit solchen zu überziehen, um schädliche Einwirkungen zu verhindern.According to the invention, even when working without excess water, the steam is separated from the residual water and heated to such an extent that, after being mixed with the residual amount of water separated off, it evaporates completely. So it becomes the steam even used as a heating means for the transition part, and this solution gives on the one hand the possibility of working either by mixing or with a surface heat exchanger, on the other hand with or without excess water. It is therefore possible to adapt to the operational requirements to a large extent. The material difficulties of the transition part are largely eliminated by the steam heating. In addition, it is easily possible to manufacture the vessel walls in question from corrosion-resistant material or to cover them with such in order to prevent harmful effects.

In den Abbildungen 1, 2 und 3 sind verschiedenen Anwendungsformen der Erfindung in seitlicher Weise dargestellt. Abb. 4 zeigt eine besondere Ausbildung des Mischgefäßes, Abb.5 und 6 eine solche des Oberflächen-Wärmeaustauschers.In Figures 1, 2 and 3, various forms of application of the invention are shown in a lateral manner. Fig. 4 shows a special design of the mixing vessel, Fig. 5 and 6 one of the surface heat exchanger.

Gemäß Abb. 1 wird das von der Speisepumpe in das Rohrsystem geförderte Wasser in dem feuergasbeheitzen Wärmeaustauscher 1 bis zu Verdampfungtemperatur erhitzt und zum größten Teil verdampft. Das Dampf-Wassergemisch tritt in das Abscheidegefäß 2, wo in bekannter Weise durch Schwerkraft oder Fliehkraft der Dampf von dem Wasser getrennt wird. Der Dampf strömt durch den feuergasbeheizten Vorüberhitzer 3 und dann in das Mischgefäß 4. Unter Ausnutzung des duch den Vorüberhitzer 3 bewirkten Druckgefälles strömt das in dem Gefäß 2 abgeschiedenen Wasser durch die Rohrleitung 5 in das Mischgefäß 4 ein und wird mittels der Düse 6 zerstäubt.According to Fig. 1, the water pumped into the pipe system by the feed pump is heated in the flue gas heated heat exchanger 1 up to the evaporation temperature and for the most part evaporated. The steam-water mixture enters the separation vessel 2, where the steam is separated from the water in a known manner by gravity or centrifugal force. The steam flows through the fuel gas-heated pre-superheater 3 and then into the mixing vessel 4. Using the pressure gradient caused by the pre-superheater 3, the water separated in the vessel 2 flows through the pipe 5 into the mixing vessel 4 and is atomized by means of the nozzle 6.

Gemäß der Erfindung wird der Dampf in dem Vorüberhitzer 3 so hoch überhitzt, daß er bei Mischung mit dem Restwasser in dem Mischgefäß 4 dieses restlos verdampft, sobald ein gesättigter oder überhitzter Dampf entsteht, der nun in dem feuergasbeheizten Endüberhitzer 7 auf die Verbrauchstemperatur erhitzt wird.According to the invention, the steam in the preheater 3 is so superheated that when mixed with the residual water in the mixing vessel 4, it evaporates completely as soon as a saturated or superheated steam is produced, which is now heated to the consumption temperature in the flue gas-heated final superheater 7.

Eine etwas davon abweichende Anwendungsform ist in Abb.2 dargestellt. In diesem Falle wird nicht das Wasser in den Dampf eingespritzt, sondern das Wasser füllt das als liegender zylindrischer Behälter ausgebildete Mischgefäß 4 etwa bis zur Hälfte, und die Düsen 6 sind an der Dampfzuführung unter Wasser angebracht. Diese Form eignet sich besonders, wenn mit Wasserüberschuß in geringer Höhe gearbeitet wird, der zu Zwecke der Entsalzung mit Hilfe des Drosselventiles 8 dauernd abgeleitet wird.A slightly different application form is shown in Figure 2. In this case, the water is not injected into the steam, but the water fills the mixing vessel 4, which is designed as a horizontal cylindrical container, about halfway, and the nozzles 6 are attached to the steam supply under water. This form is particularly suitable when working with a small excess of water, which is continuously diverted with the aid of the throttle valve 8 for the purpose of desalination.

Zur Vereinfachung der Bauform können die in den Abb. 1 und 2 als getrennte Behälter dargestellten Gefäße 2 und 4 ein gemeinsames Gefäß bilden, das nur durch eine druckfeste Wand unterteilt ist. Eine solche Form gibt Abb.4 wieder. Die Gefäße 2 und 4 sind als lotrechtes zylindrisches Rohr gedacht, welches dadurch entsteht, daß am unteren Ende des zunächst offenen Gefäßes 2 die Wand 9 eingeschweißt wird, in den das Siebrohr 5 eingeschweißt ist, welches die Sprühdose 6 trägt. Dann wird an das Gefäß 2 das unten geschlossene Gefäß 4 gleichen Durchmessers angeschweißt. Die Anordnung entspricht in der Wirkungsweise der von Abb.1 Das Dampf-Wassergemisch tritt aus den Dampfrohren 10 tangential ein, der Sattdampf verläßt das Gefäß 2 durch das Rohr 11 und tritt als Heißdampf durch das Rohr 12 in das Gefäß 4 ein.To simplify the design, the vessels 2 and 4 shown as separate containers in FIGS. 1 and 2 can form a common vessel which is only divided by a pressure-resistant wall. Figure 4 shows such a shape. The vessels 2 and 4 are intended as a vertical cylindrical tube, which is created by welding the wall 9 into which the sieve tube 5 carrying the spray can 6 is welded at the lower end of the initially open vessel 2. Then the vessel 4, which is closed at the bottom and has the same diameter, is welded to the vessel 2. The mode of operation of the arrangement corresponds to that of FIG.

Der in dem Mischgefäß 4 erzeugte gesättigte oder überhitzte Dampf kann durch bekannte Mittel, welche auf der Oberflächenwirkung, Schwerkraft oder Fliehkraft beruhen, von den etwa mitgeführten Flüssigkeitsresten getrennt werden, bevor er zum Endüberhitzer 7 strömt.The saturated or superheated steam generated in the mixing vessel 4 can be separated from any residual liquid that may be carried along by known means based on surface action, gravity or centrifugal force, before it flows to the final superheater 7.

Die erfindungsgemäße Wirkung kann auch ohne Mischung des Heißdampfes mit dem Restwasser mittels eines Oberflächen-Wärmeaustauscher erzielt werde. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die gesamte Dampfmenge nicht zweimal vom Wasser getrennt werden muß. Sie ist in Abb.3 dargestellt.The effect according to the invention can also be achieved without mixing the superheated steam with the residual water by means of a surface heat exchanger. This arrangement has the advantage that the entire amount of steam does not have to be separated from the water twice. It is shown in Figure 3.

Das in dem Verdampfer 1 erzeugte Dampf-Wassergemisch strömt in das Rohrsystem 2', welches von dem Gefäß 4' umschlossen ist. Der in dem Vorüberhitzer 3 überhitzte Dampf durchströmt das Gefäß 4' und verdampft den Restwassergehalt des durch das Rohrsystem 2' strömenden Sattdampfes und wird dann in den Endüberhitzer 7 geleitet.The steam-water mixture generated in the evaporator 1 flows into the pipe system 2 'which is enclosed by the vessel 4'. The steam superheated in the pre-superheater 3 flows through the vessel 4 'and evaporates the residual water content of the saturated steam flowing through the pipe system 2' and is then passed into the final superheater 7.

In Abb.5 und 6 ist ein Gefäß dargestellt, welches als Oberflächen-Wärmeaustauscher für die in Abb.3 dargestellte Schaltung verwendbar ist. Es besteht aus dem Rohrmantel 13, der sich aus vier miteinander verschweißten Rohrstücken 14, 15, 16, 17 zusammensetzt. Die Rohrstücke 14 und 17 sind je an einem Ende geschlossen und werden axial von Rohrstutzen 18, 19 durchdrungen. Die Rohrstücke 14 und 15 haben außerdem je einen seitlichen Rohrstutzen 20, 21.In Fig.5 and 6 a vessel is shown which can be used as a surface heat exchanger for the circuit shown in Fig.3. It consists of the pipe jacket 13, which is composed of four pipe sections 14, 15, 16, 17 welded together. The pipe sections 14 and 17 are each closed at one end and are penetrated axially by pipe sockets 18, 19. The pipe sections 14 and 15 also each have a lateral pipe socket 20, 21.

In diesem Gefäß befindet sich das dem Wärmeaustausch dienende Rohrsystem 2'. Es besteht aus einer Rohrplatte 22, in welche die im Kreise angeordneten Rohre 23 an ihren Enden eingeschweißt sind. Am anderen Ende sind die Rohre 23 eingezogen und mit einer Rohrplatte 24 durch Schweißung verbunden, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrstückes 16. An die Rohrplatte 24 ist nach unten eine halbkugelige Umkehrhaube 25 angeschweißt. Aus diesem Raum führt ein zentrisch angeordnetes Rohr 26, dessen lichter Querschnitt etwa der Summe der freien Querschnitte der Rohre 23 entspricht, durch die Rohrplatten 24 und 22 und die Haube des Rohrstückes 14 hindurch und endet als Rohrstutzen 18, wobei es mit allen Durchdringungsstellen dicht verschweißt ist.The pipe system 2 'used for heat exchange is located in this vessel. It consists of a tube plate 22 into which the tubes 23 arranged in a circle are welded at their ends. At the other end, the tubes 23 are drawn in and connected to a tube plate 24 by welding, the diameter of which is somewhat smaller than the inner diameter of the tube section 16. A hemispherical reversing hood 25 is welded to the tube plate 24 at the bottom. A centrally arranged tube 26, the clear cross section of which corresponds approximately to the sum of the free cross sections of the tubes 23, leads from this space through the tube plates 24 and 22 and the hood of the tube section 14 and ends as a pipe socket 18, where it is welded tightly with all penetration points is.

Die Unterteilung in die Rohrstücke 14, 15, 16 , 17 ist aus fertigungstechnischen Gründen vorgenommen worden, um die Stutzenaushalsungen, Einziehungen und Kümpelungen einfacher ausführen zu können. Der Zusammenbau erfolgt in der Weise, daß die Rohre 23, 26 mit den Rohrplatten 22, 24 und der Haube 25 und die Rohrstücke 15, 16, 17 je miteinander verschweißt werden. Dann wird das Rohrsystem in das oben noch offene Gefäß 13 eingebracht und die Rohrplatte 22 mit dem Rohrstück 15 verschweißt. Zum Schluß wird das Rohrstück 14 aufgesetzt und mit dem Rohrstück 15 sowie mit dem Stutzen 18 des Rohres 26 verschweißt.The subdivision into the pipe sections 14, 15, 16, 17 has been made for manufacturing reasons, in order to be able to carry out the necks, recesses and dished more easily. The assembly takes place in such a way that the pipes 23, 26 with the pipe plates 22, 24 and the hood 25 and the pipe sections 15, 16, 17 are welded to one another. The pipe system is then introduced into the vessel 13, which is still open at the top, and the pipe plate 22 is welded to the pipe section 15. Finally, the pipe section 14 is placed and welded to the pipe section 15 and to the socket 18 of the pipe 26.

Der Strömungsweg ist folgender: Das Dampf-Wassergemisch strömt durch den Stutzen 19 ein, steigt in den Rohrmantel 13 hoch und verläßt ihn durch den Stutzen 21 als gesättigter oder überhitzter Dampf, durchströmt den Vorüberhitzer 3 und tritt als Heißdampf durch den Stutzen 20 ein, strömt durch die Rohre 23 in die Umlenkhaube 25 und durch das Rohr 26 zum Stutzen 18.The flow path is as follows: The steam-water mixture flows through the nozzle 19, rises into the pipe jacket 13 and leaves it through the nozzle 21 as saturated or superheated steam, flows through the preheater 3 and enters as superheated steam through the nozzle 20, flows through the pipes 23 into the deflection hood 25 and through the pipe 26 to the connector 18.

Solche Gefäße können nach Bedarf zu mehreren nebeneinander angeordnet und im Dampfstrom parallel geschaltet werden.Such vessels can be arranged next to each other and connected in parallel in the steam flow.

Die Gefäße 2 und 4 bezw. 4' werden zweckmäßig außerhalb der Kesselummantelung in der unmittelbaren Nähe der Heizflächengruppen aufgestellt, zwischen welche sie geschaltet sind.The vessels 2 and 4 respectively. 4 'are expediently set up outside the boiler casing in the immediate vicinity of the heating surface groups between which they are connected.

Bei diesen Erläuterungen ist aus die Maßnahmen zur Regelung der Speisung und der Heizung bei gleichzeitiger Einhaltung eines konstanten Wasserspiegels oder einer gleichbleibenden Dampftemperatur des Verbrauchsdampfes nicht besonders hingewiesen worden, weil sie als bekannt vorausgesetzt werden.In these explanations, the measures for regulating the supply and heating while maintaining a constant water level or a constant steam temperature of the consumption steam are not specifically pointed out because they are assumed to be known.

Wenn es sich darum handelt, einen vorhanden Zwangdurchflußkessel gemäß der Erfindung abzuändern, kann der feuergasbeheizte Übergangsteil als Vorüberhitzer für den Dampfstrom geschaltet werden, welcher anschließend die Verdampfung des Restwassers bewirkt.If it is a question of modifying an existing forced flow boiler according to the invention, the transition part heated by flue gas can be switched as a preheater for the steam flow, which then causes the evaporation of the residual water.

Claims

1.) A method for generating superheated water vapor in the flow-through process, characterized in that before reaching complete evaporation, the generated steam outside the fire gas zone is separated from the residual water and subsequently preheated, that the residual water is evaporated by this preheated steam and finally all of the steam on the desired temperature is overheated.

2.) Forced flow steam generator for the method according to claim 1, characterized in that the steam generated is separated from the residual water in a separator (2), is overheated in a pre-superheater (3) and the residual water evaporates in a mixing vessel (4) and the entire steam is superheated to the consumption temperature in a final superheater (7). (Fig. 1 and 2).

3.) forced flow steam generator according to claim 2, characterized in that the residual water coming from the separating vessel (2) is collected in the mixing vessel (4) and that the superheated steam is introduced into the mixing vessel under the surface of the water, optionally in a finely divided state will. (Fig.2).

4.) forced flow steam generator according to claim 2, characterized in that the residual water coming from the separating vessel (2) in the mixing vessel (4) is injected into the superheated steam flow. (Fig.1).

5.) forced flow steam generator according to claim 2 and 3 or 4, characterized in that the separating vessel (2) and the mixing vessel (4) are a common vessel, the two parts (2 and 4) of which only through a pressure-resistant wall (9) are separated. (Fig.4).

6.) forced flow steam generator according to claim 5, characterized in that the vessels (2 and 4) have a circular cylinder shape and one forms the extension of the other. (Fig.4).

7.) forced flow steam generator according to claim 6, characterized in that the partition (9) is introduced and welded into one of the vessels (2,4) from the outside and that the two vessels (2,4) are then welded together. (Fig.4).

8.) forced flow steam generator according to claim 2, characterized in that the pre-superheating is so high that the resulting mixed steam is superheated.

9.) forced flow steam generator according to claim 1, characterized in that the mixed steam generated is superheated to the consumption temperature.

10.) forced flow steam generator according to claim 2 to 4, characterized in that the steam generated in the separation vessel (2) is separated from the residual water by surface action, gravity or centrifugal force.

11.) forced flow steam generator according to claim 2 and 10, characterized in that the steam pipes (10) open tangentially into the mixing vessel (2). (Fig.4).

12.)

Forced-flow steam generator according to Claims 1 and 2, characterized in that a surface heat exchanger is used instead of the mixing vessel (4), which consists of a vessel (4 ') in which a pipe system (2') is located. (Fig.3).

13.) forced flow steam generator according to claims 2 to 12, characterized in that the vessels (4 or 4 ') in which the residual evaporation occurs, are made of corrosion-resistant material or are covered with such a material.

14.) forced flow steam generator according to claims 2 to 12, characterized in that the vessels (2, 4, 4 ") are attached outside of the boiler jacket in the immediate vicinity of the heating surface groups between which they are switched on.

15.) forced flow steam generator according to claim 12, characterized in that the vessel (4 ') consists of a pipe jacket (13) with pressure-tight welded pipe plate (22) from which the pipes (23) flowed through by the superheated steam up to one from a reversing hood (25) closed with the tubes (23) tightly connected second tube plate (24) extend, and that a centrally arranged tube (26) which is fixed in both tube plates (22, 24), the reversing hood (25) with the pipe socket (18) penetrating the vessel wall for the steam outlet. (Fig.5, 6).

16.) forced flow steam generator according to claim 15, characterized in that the pipe jacket (13) is welded together from four pipe pieces (14, 15, 16, 17), of which the two upper ones (14, 15) each have a lateral pipe socket (20 or 21) and that the uppermost part (14) only after the introduction of the pipe system (22, 23, 24, 25, 26) and welding of the pipe plate (22) to the central pipe section (15) on this and on the central Outlet pipe (26) is welded on. (Fig.5).

17.) forced flow steam generator according to claim 1 to 16, characterized in that several separation vessels (2) and mixing vessels (4) or several surface heat exchangers (2 ', 4') are connected in parallel.

18.) forced flow steam generator according to claims 1 to 16, characterized in that the flue gas heated transition part of an existing forced flow steam generator is switched as a preheater for the steam, which then causes the evaporation of the residual water.