WO2021148287A1 - Anordnung umfassend einen dampfsättiger sowie verfahren zum betreiben einer solchen anordnung - Google Patents

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WO2021148287A1
WO2021148287A1 PCT/EP2021/050596 EP2021050596W WO2021148287A1 WO 2021148287 A1 WO2021148287 A1 WO 2021148287A1 EP 2021050596 W EP2021050596 W EP 2021050596W WO 2021148287 A1 WO2021148287 A1 WO 2021148287A1
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steam
saturator
condensate
condenser
steam saturator
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PCT/EP2021/050596
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Matthias Pieper
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/08—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being steam
    • F22B1/14—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being steam coming in direct contact with water in bulk or in sprays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement comprising a steam saturator for generating saturated steam and a device for replenishing the liquid evaporated in the steam saturator, the steam saturator comprising a steam inlet via which steam is supplied to the steam saturator, the steam saturator comprising a steam outlet for the generated saturated steam, the steam saturator comprises a condensate return and a liquid level of condensate is maintained in the lower region of the steam saturator, which is in fluid connection with the condensate return, the condensate return being connected to the device for replenishing the evaporated liquid.
  • Saturated steam is used in many processes because it has two advantages over superheated steam: Firstly, the temperature is directly linked to the pressure, so that the temperature can also be regulated very well via pressure control. Second, saturated steam is better suited for heating other fluids in heat exchangers, as it can condense instantly with high heat transfer coefficients when in contact with cooler surfaces. In the case of superheated steam, on the other hand, it must first be cooled down to the saturation temperature with lower coefficients before condensation begins.
  • Saturated steam is either prepared directly in steam generators or made from superheated steam in steam saturators. However, since there are also applications for superheated steam and the transport of superheated steam offers advantages, a steam saturator is usually only used where saturated steam is actually required.
  • a steam saturator usually consists of a pressure vessel that is partially filled with liquid (steam condensate or boiler feed water).
  • the container can be designed standing or lying.
  • a steam distributor through which the superheated steam is introduced into the liquid. Maintaining the pressure ensures that sufficient amounts of superheated steam are replenished in order to maintain the desired process pressure on the saturated steam side. Since the injected steam has to flow through the liquid under a defined pressure, it occurs at the l The surface of the liquid emerges again as saturated steam under this pressure and can be drawn off from the pressure vessel and directed to the consumers.
  • the steam saturator can be equipped relatively easily with safety devices for excess temperature and pressure as well as too high / too low a fill level.
  • the make-up has been implemented in two different ways: In the case of steam saturators that only supply one consumer, for example the concentrator of an ammonium nitrate system, the condensate from the consumer can be returned directly to the steam saturator. The steam saturator then has an outlet and / or overflow through which the excess condensate can leave the steam saturator / consumer system again.
  • the previous alternative consists of a condensate line that refills the steam saturator either via an external pressure line with steam condensate or boiler feed water or an internal return of steam condensate via the steam condensate pumps.
  • this line and an external pressure source must be available, as well as an automatic valve to control the fill level in the steam saturator.
  • an automatic valve When supplying steam condensate from internal pumps, these pumps must be in operation and apply the necessary delivery pressure in order to be able to deliver into the pressurized steam saturator. This makes the purchase and operation of these pumps more expensive - for small amounts of steam condensate that has to be returned to the steam saturator.
  • An automatic valve must also be used here.
  • a steam saturator for textile finishing devices is known from DE 27 18 927 A1, the steam saturator here being designed as a standing container and having a conical bottom part in which the water not absorbed by the steam collects. In order to maintain a constant bath level in this conical bottom part, it opens into the lower part of the container a line with a float drain. The respective bathroom level can be read on a water level indicator. Excess water can be drawn off via a drain valve at the lowest point of the container. The excess water can be fed to a pump via a pipe and then circulated via valves and thus returned to the container.
  • a method and a system for desulfurizing hot pressurized gases are known.
  • a gas containing H2S and water vapor is cooled and passed through an absorption tower in which H2S is washed out and then flows to a steam saturator, in which it is warmed up by a liquid heated in a cooler and saturated with steam.
  • Circulating water which is self-condensate from two coolers, is used for saturation.
  • the self-condensate is partly discharged and partly the amount of water required to supplement the circuit is withdrawn via a pipe, fed to a scraper and then fed into the steam saturator via a circuit pipe in the upper area.
  • the water from the circuit is evaporated into the clean gas in the steam saturator.
  • the object of the present invention is to provide an arrangement with a steam saturator with the features mentioned at the beginning, in which the make-up of the condensate evaporated in the steam saturator takes place almost automatically.
  • the device for replenishing the condensate is designed as a condenser and comprises a cooling device for condensing steam supplied to this device.
  • the solution according to the invention provides for the steam saturator to be expanded by a condenser operated with a coolant, for example with cooling water.
  • This coolant-operated condenser can preferably be dimensioned relatively small in relation to the volume and size of the steam saturator to which the condenser is assigned.
  • This capacitor is preferably sized and arranged that it only generates the quantities of steam condensate required for make-up from saturated steam.
  • This also requires a secondary medium, in particular cooling water.
  • this is already available in systems of this type and is already monitored with regard to the flow. So there is no need for additional measurement and control technology.
  • the solution according to the invention thus takes a different path than the aforementioned prior art.
  • the evaporated condensate is not fed to the steam saturator as circulating liquid, i.e. circulating water, but rather the condensate is only generated in the condenser when the condensate level in the steam saturator drops, namely by condensing saturated steam which is transferred from the steam saturator to the condenser is supplied and then condensed in the condenser by means of the cooling device.
  • the arrangement preferably comprises at least one connecting line for saturated steam leading from the steam saturator to the condenser, which connection line is provided in order to convey saturated steam from the steam saturator into the condenser.
  • the steam for the formation of condensate for refilling (replenishing) the steam saturator is fed to the condenser via this connecting line, so that an additional steam source is not necessary.
  • the steam saturator comprises, in addition to a first steam outlet for saturated steam, at least one second steam outlet which is in fluid connection with the condenser via a connecting line.
  • the saturated steam generated in the steam saturator is discharged via said first steam outlet and then fed to the corresponding consumption points that require saturated steam.
  • the second steam outlet is connected to the condenser via the connecting line and feeds it with saturated steam, which is required to generate condensate for the make-up.
  • the steam saturator has at least one condensate return which is in fluid connection with the lower region of the condenser via at least one connecting line. If condensate is generated for the steam saturator in the condenser, this can flow from the condenser to the steam saturator via the connecting line and the condensate return.
  • This condensate return is preferably located in a lower region of the steam saturator.
  • the steam saturator preferably has, in addition to the condensate return, a regular condensate outlet at a point which, viewed in the vertical direction of the steam saturator, lies above the condensate return for example, if the water level in the steam saturator is too high, condensate can be discharged from the steam saturator.
  • the vapor saturator is preferably coupled to the condenser via the connecting lines in the manner of communicating tubes such that when the liquid level of condensate in the vapor saturator changes, the liquid level of condensate in the condenser also changes accordingly.
  • a drop in the level of condensate in the steam saturator inevitably also leads to a drop in the level in the condenser, whereby the process of condensing steam is triggered almost automatically in the condenser if there is a need for additional condensate in the steam saturator.
  • the cooling device of the condenser preferably has heat transfer surfaces which are flooded with condensate when the level in the steam saturator is normal. As long as this normal level prevails in the steam saturator, no additional condensate is generated in the condenser. However, if the level in the steam saturator drops, the level in the condenser inevitably drops and the aforementioned heat transfer surfaces of the cooling device are then partially exposed and condense saturated steam in the condenser, which is fed to it from the steam saturator. The liquid level of condensate in the steam saturator then rises again.
  • Attaching the condenser outside of the steam saturator thus has the advantage that steam condensate is not continuously cooled.
  • the condenser can alternatively be arranged both inside and outside the steam saturator. If it is arranged inside the steam saturator, it does not necessarily need its own housing.
  • the condenser has less than half, preferably less than a third, particularly preferably only a fraction, for example only a fifth or only a tenth of the container size and the container volume of the steam saturator.
  • the condenser is arranged outside the steam saturator and has its own housing, it is a cost advantage if the condenser is smaller than the steam saturator, preferably considerably smaller than the latter.
  • the condenser can, for example, be connected to the actual steam saturator via two flange connections.
  • One of these flange connections is in the area of a second steam outlet of the steam saturator, from which steam flows from the steam saturator to the condenser via at least one connecting line.
  • the second These flange connections are located in the area of the condensate return, via which the condensate generated in the condenser flows to the steam saturator in order to replenish the condensate.
  • the condenser located outside the housing of the steam saturator, on the one hand, for example, an inexpensive standard component can be used and, moreover, only a comparatively small heat transfer surface is required.
  • the condenser can thus be built relatively small compared to the size of the steam saturator, since the condenser only needs to generate condensate when the liquid level in the steam saturator drops, i.e. the condenser only has to replace the portion of liquid that has evaporated in the steam saturator.
  • an ammonium nitrate plant with a capacity of, for example, 1500 t / day is mentioned here. In such a system, the condenser would have an output of around 20 kW, for example, which would have to be discharged into the cooling water.
  • the user can order and specify the condenser together with the steam saturator, which reduces administrative costs.
  • the cooling device of the condenser has a cooling medium inlet and a cooling medium outlet, the cooling medium inlet preferably being fed by an externally supplied cooling medium which is not the condensate occurring in the steam saturator.
  • condensate is discharged from the steam saturator as circulating water and used as cooling water in a cooler, where it then heats up and the heated water is mixed with condensate from the cooler and fed back to the steam saturator as circulating water. This is therefore process condensate in connection with condensate from the steam saturator, which is used to fill up the steam saturator.
  • the steam saturator comprises a horizontal or a standing pressure vessel, within which a steam distributor is arranged in the lower region below the liquid level.
  • a steam distributor is preferably used, which is located below the liquid level in the Steam saturator is located and thus introduces the superheated steam into the liquid (condensate), so that saturated steam is obtained after exiting the liquid.
  • This steam distributor is preferably designed as a tube which has numerous holes for the steam outlet and which is connected in its one end area to the steam inlet of the steam saturator.
  • An essential further advantage of the solution according to the invention is that an external water source (including the pipeline required for this on the pipe bridge and an automatic valve) can be saved.
  • the condenser of the steam saturator can be operated with a medium that is already available for the system and is monitored.
  • the system availability increases, while the costs for operation (e.g. energy for generating pressure and conveying to the steam saturator), maintenance and testing decrease.
  • the present invention also relates to a method for operating an arrangement comprising a steam saturator and a device for replenishing the liquid evaporated in the steam saturator, in particular for operating an arrangement with the features described above, with saturated steam being generated in the steam saturator by adding superheated steam to the steam saturator (or saturated steam of higher pressure and temperature levels) is supplied, which is introduced via a steam distributor into a liquid volume of condensate in the lower region of the steam saturator, a liquid level of condensate in the steam saturator being maintained by using the device for replenishment that is connected to the Steam saturator is in connection, when the liquid level falls, condensate is replenished, wherein according to the invention steam from the steam saturator is supplied to the device for replenishment, this steam ko in the device for replenishment in a cooling device is ndensiert and the device for replenishing is coupled to the steam saturator via a connecting line for condensate in such a way that when
  • heat transfer surfaces of the cooling device in the device for making up are flooded with steam condensate at normal filling level in the steam saturator. In this state, no steam is condensed in the condenser. If, however, the level in the steam saturator drops below the normal level, the heat transfer surfaces of the cooling device in the device for replenishing are partially exposed, because there too, due to the principle of the communicating tubes The liquid level of the condensate drops, as a result of which the steam condenses on these now exposed cooler heat transfer surfaces and steam is condensed in the device. Due to the principle of communicating tubes, the resulting condensate in turn flows into the lower area of the steam saturator, so that the liquid level rises there. This process can alternate and repeat itself, which means that the liquid in the steam saturator is always topped up by the condensate generated in the condenser.
  • condensate occurring in the device for replenishing evaporated liquid flows from the device into the steam saturator without pressure and without a separate conveying device.
  • This is advantageous compared to known system concepts in which you have to provide pressure lines, an external pressure source, automatic valves to control the fill level in the steam saturator and internal pumps to apply the necessary delivery pressure to be able to pump into the pressurized steam saturator for the make-up.
  • FIG. 1 shows a schematically simplified representation of an arrangement according to the invention with a steam saturator and condenser
  • FIG. 2 shows an end view of the arrangement with steam saturator and condenser according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an enlarged schematic illustration of a detail from FIG. 1 relating to the steam distributor arranged in the steam saturator;
  • FIG. 4 shows a sectional view through the steam distributor from FIG. 3.
  • the arrangement comprises a steam saturator, which is designated as a whole by the reference numeral 10.
  • the steam saturator 10 is a pressure vessel, specifically in the exemplary embodiment a horizontal pressure vessel, that is to say the axis of the approximately cylindrical pressure vessel runs essentially horizontally.
  • the steam saturator 10 is used to generate saturated steam, for which purpose there is a liquid level of condensate up to a certain fill level in the steam saturator Condensate can in turn be obtained by condensing steam.
  • Superheated steam or saturated steam at a higher pressure and temperature level
  • the supplied steam is introduced into the pressure vessel 10 via a steam inlet 12 in the lower area and arrives in a tubular steam distributor 28, which has numerous holes through which the steam exits, is introduced into the liquid, through which the liquid is passed and from this as Saturated steam emerges.
  • the saturated steam Via the steam outlet 11 arranged in the upper region of the pressure vessel, the saturated steam can be diverted and fed to a further use.
  • the steam saturator 10 comprises a condensate inlet 13 which is arranged, for example, in an upper region and via which condensate can be fed to the steam saturator 10.
  • the steam saturator 10 also includes a condensate outlet 14, which can be arranged, for example, in a lateral region of the pressure vessel at a medium height, preferably at a height which corresponds to the maximum liquid level provided for the condensate in the steam saturator 10, so that when this liquid level is exceeded, excess condensate can leave the pressure vessel via the condensate outlet 14.
  • the pressure vessel of the steam saturator 10 has an outlet 16, via which the steam saturator can be emptied and drained.
  • a filling line 17 is provided in an upper or, alternatively, in a lower area of the pressure vessel, via which the steam saturator can be filled with water / condensate.
  • a connection 15 for a safety valve is provided in the upper area of the pressure vessel, so that, if necessary, in the event of excess pressure when the safety valve is activated, steam can be released from the pressure vessel via this connection 15.
  • a connection for a vent line 18 is also provided, preferably in an upper region on the pressure vessel.
  • the pressure vessel has a manhole 19 in a side area, for example, so that the vessel can be entered through the manhole for maintenance and cleaning purposes.
  • the pressure vessel can, for example, have further connections in the upper area, which are provided quasi in reserve, for example in order to connect further units. Connections for measuring devices (e.g. pressure, temperature, level) have not been shown for a better overview.
  • a condensate return 27 is arranged on the pressure vessel in a lower end area, the condensate return 27 also being attached to the side, for example can.
  • This condensate return TI is connected via a connecting line 25 to a condenser 22 which, in this exemplary embodiment, is arranged outside the steam saturator and has its own housing.
  • the size of the condenser 22 is considerably smaller than that of the steam saturator 10, a fraction of the size of the steam saturator 10 generally being sufficient.
  • This condenser 22 serves as a device for replenishing the liquid evaporated in the steam saturator by the process of steam saturation.
  • the steam saturator 10 comprises a second steam outlet 20 in the upper region, to which a connecting line 21 is connected, which leads to the condenser 22, so that steam can pass from the steam saturator 10 into the condenser 22 via this connecting line 21.
  • a cooling device 26 with heat exchange surfaces, which is shown only schematically simplified in FIG. Normally, these heat exchange surfaces are flooded with condensate, so that no further condensate is generated in the condenser 22.
  • the steam saturator 10 and the condenser 22 are connected to one another in the lower region via the connecting line 25 and the condensate return 27.
  • the connection via the connecting line 25 works according to the principle of communicating tubes. If the liquid level in the steam saturator 10 falls, it also falls accordingly in the condenser 22. As a result, the previously flooded heat exchange surfaces of the cooling device 26 are now partially exposed.
  • a coolant for example cooling water, which flows in via the cooling water inlet 23 and exits again via the cooling water outlet 24, is passed through the cooling device 26, for example a coolant loop.
  • a coolant that is available in the system can be used here. Since the cooling device 26 is of relatively small construction, a smaller volume flow of coolant is sufficient to feed the cooling device 26.
  • Figure 2 shows the steam saturator 10 seen from the front and you can see the second steam outlet 20 in the upper area for the steam supply from the steam saturator 10 to the condenser and the condensate return 27 in the lower area of the steam saturator for the feed of condensate from the condenser 22 to the steam saturator.
  • the cooling water loop 26 of the condenser 22, which is fed via the cooling water inlet 23, can also be seen.
  • the representation is schematic and the heat exchange surfaces are only indicated.
  • FIGs 3 and 4 show a detail from the interior of the steam saturator 10 in an enlarged view.
  • a section of the steam distributor 28 is shown, which is a cylindrical tube with numerous holes 29, which is located in the lower area in the steam saturator, namely below the liquid level.
  • FIG. 4 shows a cross section through the tube of the steam distributor 28, which is for example cylindrical and has numerous holes 29 for the steam to exit.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung umfassend einen Dampfsättiger (10) zur Erzeugung von Sattdampf sowie eine Einrichtung zum Nachspeisen der in dem Dampfsättiger verdampften Flüssigkeit, wobei der Dampfsättiger (10) einen Dampfeinlass (12) umfasst, über den dem Dampfsättiger Dampf zugeführt wird, der Dampfsättiger (10) einen Dampfauslass (11) für den erzeugten Sattdampf umfasst, der Dampfsättiger (10) weiterhin einen Kondensateinlass (13) umfasst, über den dem Dampfsättiger Kondensat zugeführt wird, der Dampfsättiger (10) einen Kondensatrücklauf (27) umfasst und wobei im unteren Bereich des Dampfsättigers (10) ein Flüssigkeitspegel an Kondensat aufrechterhalten wird, welcher mit dem Kondensatrücklauf (27) in Fluidverbindung steht, wobei der Kondensatrücklauf (27) mit der Einrichtung zum Nachspeisen der verdampften Flüssigkeit in Verbindung steht und wobei erfindungsgemäß die Einrichtung zum Nachspeisen als Kondensator (22) ausgebildet ist und eine Kühlvorrichtung (26) zum Kondensieren von dieser zugeführtem Dampf umfasst. Bei dem Dampfsättiger (10) wird die verdampfte Flüssigkeit quasi nur bei Bedarf ersetzt, wenn der Kondensatpegel im Dampfsättiger (10) sinkt, nämlich durch Kondensieren von Sattdampf, welcher vom Dampfsättiger dem Kondensator (22) zugeführt und dann im Kondensator mittels der Kühlvorrichtung kondensiert wird. Die Nachspeisung erfolgt drucklos und ohne externe Energiequelle.

Description

Anordnung umfassend einen Dampfsättiger sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung umfassend einen Dampfsättiger zur Erzeugung von Sattdampf sowie eine Einrichtung zum Nachspeisen der in dem Dampfsättiger verdampften Flüssigkeit, wobei der Dampfsättiger einen Dampfeinlass umfasst, über den dem Dampfsättiger Dampf zugeführt wird, der Dampfsättiger einen Dampfauslass für den erzeugten Sattdampf umfasst, der Dampfsättiger einen Kondensatrücklauf umfasst und wobei im unteren Bereich des Dampfsättigers ein Flüssigkeitspegel an Kondensat aufrechterhalten wird, welcher mit dem Kondensatrücklauf in Fluidverbindung steht, wobei der Kondensatrücklauf mit der Einrichtung zum Nachspeisen der verdampften Flüssigkeit in Verbindung steht.
Stand der Technik
In vielen Prozessen kommt gesättigter Dampf zum Einsatz, da er gegenüber überhitztem Dampf zwei Vorteile aufweist: Erstens ist die Temperatur direkt an den Druck gebunden, so dass sich übereine Druckregelung auch die Temperatur sehr gut regeln lässt. Zweitens eignet sich gesättigter Dampf besser zur Erwärmung anderer Fluide in Wärmetauschern, da bei Kontakt mit kühleren Oberflächen sofort mit hohen Wärmeübergangskoeffizienten kondensiert werden kann. Bei überhitztem Dampf hingegen muss erst mit geringeren Koeffizienten bis zur Sättigungstemperatur abgekühlt werden, bevor die Kondensation einsetzt.
Sattdampf wird entweder direkt in Dampferzeugern bereitet oder aus überhitztem Dampf in Dampfsättigern hergestellt. Da es jedoch auch Anwendungen für überhitzten Dampf gibt und der Transport von überhitztem Dampf Vorteile bietet, kommt ein Dampfsättiger meistens erst dort zum Einsatz, wo tatsächlich gesättigter Dampf benötigt wird.
Ein Dampfsättiger besteht in der Regel aus einem Druckbehälter, der zum Teil mit Flüssigkeit (Dampfkondensat oder Kesselspeisewasser) gefüllt ist. Der Behälter kann stehend oder liegend ausgeführt sein. Unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet sich ein Dampfverteiler, durch den der überhitzte Dampf in die Flüssigkeit eingebracht wird. Eine Druckhaltung sorgt dafür, dass ausreichende Mengen überhitzten Dampfes nachgespeist werden, um den gewünschten Prozessdruck auf der Sattdampfseite zu halten. Da der eingespeiste Dampf unter definiertem Druck durch die Flüssigkeit strömen muss, tritt er an der l Flüssigkeitsoberfläche als Sattdampf unter eben diesem Druck wieder aus und kann aus dem Druckbehälter abgezogen und zu den Verbrauchern geleitet werden.
Solange der Dampfsättiger mit einem ausreichend hohen Flüssigkeitsstand betrieben wird, ist die Erzeugung von Sattdampf sichergestellt. Der Dampfsättiger kann verhältnismäßig einfach mit Sicherheitseinrichtungen für Übertemperatur und -druck sowie zu hohem /zu niedrigem Füllstand ausgestattet werden.
Da durch die Einleitung von überhitztem Dampf jedoch ein Teil der im Dampfsättiger enthaltenen Flüssigkeit verdampft, kommt es zu einer Abnahme des Füllstands. Diese Flüssigkeit muss nachgespeist werden, um den bestimmungsgemäßen Betrieb des Dampfsättiger aufrechterhalten zu können und nachgeschaltete Systeme vor zu hoher Dampftemperatur zu schützen. Das ist insbesondere bei Anwendungen von Bedeutung, bei denen zu hohen Dampftemperaturen ein Produkt schädigen können oder Sicherheitsrisiken darstellen, wie beispielsweise bei Ammoniumnitrat.
Die Nachspeisung wurde bisher auf zwei verschiedene Arten realisiert: Bei Dampfsättigern, die nur einen Verbraucher, zum Beispiel den Konzentrator einer Ammoniumnitratanlage, versorgen, kann das Kondensat des Verbrauchers direkt in den Dampfsättiger zurückgeführt werden. Der Dampfsättiger weist dann einen Ablauf und/oder Überlauf auf, durch den das überschüssige Kondensat das System Dampfsättiger/Verbraucher wieder verlassen kann. Die bisherige Alternative besteht aus einer Kondensatleitung, die den Dampfsättiger entweder über eine externe Druckleitung mit Dampfkondensat bzw. Kesselspeisewasser oder eine anlageninterne Rückführung von Dampfkondensat über die Dampfkondensatpumpen nachfüllt.
Für die Nachspeisung mit externer Quelle (etwa eine Kesselspeisewasserdruckleitung) ist das Vorhandensein eben dieser Leitung und eine externe Druckquelle erforderlich, zusätzlich auch ein automatisches Ventil zur Steuerung des Füllstands im Dampfsättiger. Bei der Versorgung mit Dampfkondensat aus anlageninternen Pumpen müssen diese Pumpen in Betrieb sein und den nötigen Förderdruck aufbringen, um in den unter Druck stehenden Dampfsättiger fördern zu können. Anschaffung und Betrieb dieser Pumpen werden so kostspieliger — für geringe Mengen an Dampfkondensat, das in den Dampfsättiger zurückgeführt werden muss. Auch hier muss ein automatisches Ventil eingesetzt werden.
Aus der DE 27 18 927 A1 ist ein Dampfsättiger für Textilveredlungsvorrichtungen bekannt, wobei der Dampfsättiger hier als stehender Behälter ausgeführt ist und einen konischen Bodenteil aufweist, in dem sich das von dem Dampf nicht aufgenommene Wasser sammelt. Um einen konstanten Badspiegel in diesem konischen Bodenteil zu erhalten, mündet in den unteren Teil des Behälters eine Leitung mit einem Schwimmerableiter. An einem Wasserstandsanzeiger kann der jeweilige Badspiegelstand abgelesen werden. Über ein Ablassventil an der tiefsten Stelle des Behälters kann überflüssiges Wasser abgezogen werden. Über eine Leitung kann das überflüssige Wasser einer Pumpe zugeleitet und danach über Ventile im Kreislauf geführt und somit in den Behälter zurückgeführt werden.
Aus der DE 2046753 A1 sind ein Verfahren und eine Anlage zur Entschwefelung heißer unter Druck stehender Gase bekannt. Ein H2S- und Wasserdampf-haltiges Gas wird gekühlt und durch einen Absorptionsturm geleitet, in dem H2S ausgewaschen wird und strömt dann zu einem Dampfsättiger, in dem es über eine in einem Kühler erwärmte Flüssigkeit aufgewärmt und mit Dampf aufgesättigt wird. Für die Aufsättigung wird Kreislaufwasser verwendet, bei dem es sich um Eigenkondensat aus zwei Kühlern handelt. Das Eigenkondensat wird teilweise abgeführt und teilweise wird die als Ergänzung für den Kreislauf erforderliche Wassermenge über eine Leitung entnommen, einem Abstreifer zugeführt und dann über eine Kreislaufleitung im oberen Bereich in den Dampfsättiger eingespeist. Dabei wird im Dampfsättiger das Wasser aus dem Kreislauf ins Reingas hinein verdampft. Bei dieser bekannten Anlage gibt es keine Korrelation zwischen einem Füllstand des Dampfkondensats im Dampfsättiger und dem Flüssigkeitspegel in den Kühlern. Auch hier sind mess- und regeltechnische Einrichtungen notwendig, um festzustellen, welches Volumen an Kondensat notwendig ist, um die für die Nachspeisung erforderliche Wassermenge zu ergänzen. Zudem ist die hier verwendete Anlage recht komplex aufgebaut.
Beschreibung der vorliegenden Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung mit einem Dampfsättiger mit den eingangs genannten Merkmalen zur Verfügung zu stellen, bei dem die Nachspeisung des im Dampfsättiger verdampften Kondensats quasi selbsttätig erfolgt.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe liefert eine Anordnung umfassend einen Dampfsättiger der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist die Einrichtung zum Nachspeisen des Kondensats als Kondensator ausgebildet und umfasst eine Kühlvorrichtung zum Kondensieren von dieser Einrichtung zugeführtem Dampf.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, den Dampfsättiger um einen mit einem Kühlmittel, beispielsweise mit Kühlwasser betriebenen Kondensator zu erweitern. Dieser kühlmittelbetriebene Kondensator kann vorzugsweise verhältnismäßig klein dimensioniert sein, im Verhältnis zum Volumen und zur Größe des Dampfsättigers, welchem der Kondensator zugeordnet ist. Dieser Kondensator ist vorzugsweise so bemessen und angeordnet, dass er lediglich die zur Nachspeisung benötigten Mengen Dampfkondensat aus Sattdampf erzeugt. Dazu ist zwar auch ein sekundäres Medium, insbesondere Kühlwasser erforderlich. Dieses steht aber ohnehin in Anlagen dieser Art zur Verfügung und wird bereits hinsichtlich des Durchflusses überwacht. Es entsteht also kein Aufwand für zusätzliche Mess- und Regeltechnik.
Die erfindungsgemäße Lösung beschreitet somit einen anderen Weg als der vorgenannte Stand der Technik. Dem Dampfsättiger wird das verdampfte Kondensat nicht als zirkulierende Flüssigkeit, also Kreislaufwasser, zugeführt, sondern das Kondensat wird quasi nur bei Bedarf, nämlich dann wenn der Kondensatpegel im Dampfsättiger sinkt, in dem Kondensator erzeugt und zwar durch Kondensieren von Sattdampf, welcher vom Dampfsättiger dem Kondensator zugeführt und dann im Kondensator mittels der Kühlvorrichtung kondensiert wird.
Vorzugsweise umfasst die Anordnung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mindestens eine vom Dampfsättiger zum Kondensator führende Verbindungsleitung für Sattdampf, welche vorgesehen ist, um Sattdampf von dem Dampfsättiger in den Kondensator zu fördern. Über diese Verbindungsleitung wird dem Kondensator der Dampf für die Bildung von Kondensat für das Wiederauffüllen (Nachspeisen) des Dampfsättigers zugeführt, so dass eine zusätzliche Dampfquelle nicht notwendig ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Dampfsättiger neben einem ersten Dampfauslass für Sattdampf mindestens einen zweiten Dampfauslass, welcher über eine Verbindungsleitung mit dem Kondensator in Fluidverbindung steht. Über den genannten ersten Dampfauslass wird der im Dampfsättiger erzeugte Sattdampf abgeführt und dann den entsprechenden Verbrauchsstellen zugeführt, die Sattdampf benötigen. Der zweite Dampfauslass ist über die Verbindungsleitung mit dem Kondensator verbunden und speist diesen mit Sattdampf, der für die Erzeugung von Kondensat für die Nachspeisung benötigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der Dampfsättiger wenigstens einen Kondensatrücklauf auf, welcher über mindestens eine Verbindungsleitung in Fluidverbindung mit dem unteren Bereich des Kondensators steht. Wenn bei Bedarf Kondensat für den Dampfsättiger in dem Kondensator erzeugt wird, kann dieses über die Verbindungsleitung und den Kondensatrücklauf vom Kondensator zum Dampfsättiger strömen. Vorzugsweise befindet sich dieser Kondensatrücklauf in einem unteren Bereich des Dampfsättigers. Außerdem weist der Dampfsättiger vorzugsweise an einer Stelle, die in Höhenrichtung des Dampfsättigers gesehen oberhalb des Kondensatrücklaufs liegt, zusätzlich zu dem Kondensatrücklauf einen regulären Kondensatauslass auf, über den man beispielsweise bei zu hohem Pegelstand im Dampfsättiger Kondensat aus dem Dampfsättiger abführen kann.
Vorzugsweise ist gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung der Dampfsättiger mit dem Kondensator über die Verbindungsleitungen nach Art kommunizierender Röhren gekoppelt, derart, dass sich bei Änderungen des Flüssigkeitspegels an Kondensat im Dampfsättiger auch der Flüssigkeitspegel an Kondensat im Kondensator entsprechend ändert. Durch diese Maßnahme führt ein Absinken des Pegelstands an Kondensat im Dampfsättiger zwangsläufig auch zu einem Absinken des Pegelstands im Kondensator, wodurch im Kondensator der Vorgang des Kondensierens von Dampf quasi selbsttätig ausgelöst wird, wenn im Dampfsättiger Bedarf für zusätzliches Kondensat entstanden ist.
Vorzugsweise weist gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die Kühlvorrichtung des Kondensators Wärmeübertragungsflächen auf, welche bei Normalfüllstand im Dampfsättiger mit Kondensat geflutet sind. Solange somit dieser Normalfüllstand im Dampfsättiger herrscht, wird im Kondensator kein zusätzliches Kondensat erzeugt. Wenn jedoch der Füllstand im Dampfsättiger absinkt, sinkt zwangläufig auch der Pegelstand im Kondensator und die vorgenannten Wärmeübertragungsflächen der Kühlvorrichtung werden dann teilweise freigelegt und kondensieren Sattdampf im Kondensator, welcher diesem vom Dampfsättiger zugeführt wird. Der Flüssigkeitspegel an Kondensat im Dampfsättiger steigt dann wieder an.
Die Anbringung des Kondensators außerhalb des Dampfsättigers hat somit den Vorteil, dass nicht kontinuierlich Dampfkondensat abgekühlt wird. Der Kondensator kann aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung alternativ sowohl innerhalb als auch außerhalb des Dampfsättigers angeordnet sein. Wenn er innerhalb des Dampfsättigers angeordnet ist, benötigt er nicht unbedingt ein eigenes Gehäuse.
Eine bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Kondensator weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Drittel, besonders bevorzugt nur einen Bruchteil, beispielsweise nur ein Fünftel oder nur ein Zehntel der Behältergröße und des Behältervolumens des Dampfsättigers aufweist. Insbesondere wenn der Kondensator außerhalb des Dampfsättigers angeordnet ist und ein eigenes Gehäuse aufweist, ist es ein Kostenvorteil, wenn der Kondensator kleiner ist als der Dampfsättiger, vorzugsweise erheblich kleiner als dieser. Der Kondensator kann zum Beispiel über zwei Flanschverbindungen mit dem eigentlichen Dampfsättiger verbunden werden. Die eine dieser Flanschverbindungen liegt im Bereich eines zweiten Dampfauslasses des Dampfsättigers, von dem aus über wenigstens eine Verbindungsleitung Dampf vom Dampfsättiger zum Kondensator strömt. Die zweite dieser Flanschverbindungen liegt im Bereich des Kondensatrücklaufs, über den im Kondensator erzeugtes Kondensat zum Dampfsättiger strömt, um Kondensat nachzuspeisen.
Für einen außerhalb des Gehäuses des Dampfsättigers liegenden Kondensator kann zum einen beispielsweise ein kostengünstiges Standardbauteil verwendet werden und außerdem ist auch nur eine vergleichsweise geringe Wärmeübertragungsfläche erforderlich. Der Kondensator kann somit relativ klein gebaut werden im Vergleich zur Größe des Dampfsättigers, da der Kondensator nur dann Kondensat erzeugen muss, wenn der Flüssigkeitspegel im Dampfsättiger absinkt, das heißt der Kondensator muss lediglich den im Dampfsättiger verdampften Anteil an Flüssigkeit ersetzen. Beispielsweise sei hier eine Ammoniumnitratanlage mit einer Kapazität von zum Beispiel 1500 t/Tag angeführt. Bei einer solchen Anlage hätte der Kondensator beispielsweise eine Leistung von etwa 20 kW, die ins Kühlwasser abgeführt werden müsste.
Der Kondensator kann beispielsweise vom Anwender zusammen mit dem Dampfsättiger bestellt und spezifiziert werden, wodurch sich die Verwaltungskosten reduzieren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Kühlvorrichtung des Kondensators einen Kühlmediumeinlass und einen Kühlmediumauslass auf, wobei der Kühlmediumeinlass vorzugsweise von einem von extern zugeführten Kühlmedium gespeist wird, welches nicht das im Dampfsättiger anfallende Kondensat ist. Bei der aus DE 2 046 753 A1 bekannten Lösung wird Kondensat als Kreislaufwasser aus dem Dampfsättiger abgeführt und als Kühlwasser in einem Kühler verwendet, wo es sich dann aufheizt und das aufgeheizte Wasser wird mit Kondensat aus dem Kühler vermischt und als Kreislaufwasser wieder dem Dampfsättiger zugeführt. Hier handelt es sich somit um Prozesskondensat in Verbindung mit Kondensat aus dem Dampfsättiger, welches zum Auffüllen des Dampfsättigers verwendet wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird hingegen vorzugsweise nur ein geringer Teil des im Dampfsättiger erzeugten Sattdampfes der Kühlvorrichtung im Kondensator zugeführt und dort unter Verwendung einer folglich ebenfalls vergleichsweise geringen Menge eines Kühlmittels und auch nur bei Bedarf kondensiert und über den Kondensatrücklauf dem Dampfsättiger zugeführt, um dort den Flüssigkeitspegel konstant zu halten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst der Dampfsättiger einen liegenden oder einen stehenden Druckbehälter, innerhalb dessen ein Dampfverteiler im unteren Bereich unterhalb des Flüssigkeitspegels angeordnet ist. Grundsätzlich kommt die vorliegende Erfindung jedoch sowohl für Dampfsättiger mit stehendem als auch mit liegendem Druckbehälter in Betracht. Bei beiden Varianten wird vorzugsweise ein Dampfverteiler verwendet, der sich unter dem Flüssigkeitspegel im Dampfsättiger befindet und so den überhitzen Dampf in die Flüssigkeit (Kondensat) einbringt, so dass nach dem Austreten aus der Flüssigkeit Sattdampf erhalten wird.
Vorzugsweise ist dieser Dampfverteiler als Rohr ausgebildet, welches zahlreiche Löcher für den Dampfaustritt aufweist und welches in seinem einen Endbereich mit dem Dampfeinlass des Dampfsättigers verbunden ist.
Ein wesentlicherweiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass eine externe Wasserquelle (inklusive der dafür benötigten Rohrleitung auf der Rohrbrücke und einem automatischen Ventil) eingespart werden kann. Der Kondensator des Dampfsättigers kann mit einem Medium betrieben werden, welches ohnehin für die Anlage vorhanden ist und überwacht wird. Neben Einsparmöglichkeiten beim Einkauf der Komponenten ergeben sich auch Reduzierungen beim Engineering, der Montage und Inbetriebnahme der Systeme. Die Anlagenverfügbarkeit steigt, während der Aufwand für Betrieb (z.B. Energie für die Druckerzeugung und Förderung zum Dampfsättiger), Wartung und Prüfung sinkt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung umfassend einen Dampfsättiger und eine Einrichtung zum Nachspeisen der im Dampfsättiger verdampften Flüssigkeit, insbesondere zum Betreiben einer Anordnung mit den zuvor beschriebenen Merkmalen, wobei in dem Dampfsättiger Sattdampf erzeugt wird, indem dem Dampfsättiger überhitzter Dampf (oder Sattdampf höheren Druck- und Temperaturniveaus) zugeführt wird, welcher über einen Dampfverteiler in ein im unteren Bereich des Dampfsättigers stehendes Flüssigkeitsvolumen an Kondensat eingebracht wird, wobei ein Flüssigkeitspegel an Kondensat im Dampfsättiger aufrechterhalten wird, indem über die Einrichtung zum Nachspeisen, die mit dem Dampfsättiger in Verbindung steht, bei sinkendem Flüssigkeitspegel Kondensat nachgespeist wird, wobei erfindungsgemäß Dampf aus dem Dampfsättiger der Einrichtung zum Nachspeisen zugeführt wird, dieser Dampf in der Einrichtung zum Nachspeisen in einer Kühlvorrichtung kondensiert wird und die Einrichtung zum Nachspeisen über eine Verbindungsleitung für Kondensat mit dem Dampfsättiger derart gekoppelt ist, dass bei sinkendem Flüssigkeitspegel im Dampfsättiger auch der Flüssigkeitspegel in der Einrichtung zum Nachspeisen sinkt, dadurch selbsttägig in der Einrichtung Dampf kondensiert wird und dieses Kondensat dem Dampfsättiger zugeführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens sind Wärmeübertragungsflächen der Kühlvorrichtung in der Einrichtung zum Nachspeisen bei Normalfüllstand im Dampfsättiger von Dampfkondensat geflutet. In diesem Zustand wird in dem Kondensator kein Dampf kondensiert. Wenn aber der Füllstand im Dampfsättiger unter den Normalfüllstand absinkt, werden Wärmeübertragungsflächen der Kühlvorrichtung in der Einrichtung zum Nachspeisen teilweise freigelegt, da ja auch dort aufgrund des Prinzips der kommunizierenden Röhren der Flüssigkeitsspiegel des Kondensats absinkt, dadurch kondensiert der Dampf an diesen nun freiliegenden kühleren Wärmeübertragungsflächen und es wird in der Einrichtung Dampf kondensiert. Das hierdurch entstehende Kondensat fließt wiederum aufgrund des Prinzips der kommunizierenden Röhren in den unteren Bereich des Dampfsättigers, so dass dort der Flüssigkeitsspiegel steigt. Dieser Prozess kann alternierend sich ständig wiederholend ablaufen, wodurch die Flüssigkeit im Dampfsättiger durch im Kondensator erzeugtes Kondensat immer nachgefüllt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens strömt in der Einrichtung zum Nachspeisen verdampfter Flüssigkeit anfallendes Kondensat drucklos und ohne separate Fördereinrichtung von der Einrichtung in den Dampfsättiger. Dies ist vorteilhaft gegenüber bekannten Anlagenkonzepten, bei denen man für die Nachspeisung Druckleitungen, eine externe Druckquelle, automatische Ventile zur Steuerung des Füllstands im Dampfsättiger sowie anlageninterne Pumpen vorsehen muss, um den nötigen Förderdruck aufzubringen, um in den unter Druck stehenden Dampfsättiger fördern zu können.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit Dampfsättiger und Kondensator;
Figur 2 eine stirnseitige Ansicht der Anordnung mit Dampfsättiger und Kondensator gemäß Figur 1 ;
Figur 3 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Details aus Figur 1 betreffend den in dem Dampfsättiger angeordneten Dampfverteiler;
Figur 4 eine Schnittansicht durch den Dampfverteiler von Figur 3.
Nachfolgend wird auf die Figur 1 Bezug genommen und anhand dieser wird eine beispielhafte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert. Die Darstellung gemäß Figur 1 ist schematisch stark vereinfacht und es sind nur diejenigen Anlagenkomponenten dargestellt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind. Die Anordnung umfasst einen Dampfsättiger, welcher insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Es handelt sich bei dem Dampfsättiger 10 um einen Druckbehälter und zwar in dem Ausführungsbeispiel um einen liegenden Druckbehälter, das heißt die Achse des etwa zylindrischen Druckbehälters verläuft im Wesentlichen horizontal. Der erfindungsgemäße Dampfsättiger 10 dient zur Erzeugung von Sattdampf, wozu in dem Dampfsättiger ein Flüssigkeitspegel von Kondensat bis zu einem gewissen Füllstand steht, wobei dieses Kondensat wiederum durch Kondensieren von Dampf gewonnen werden kann. Durch dieses Kondensat wird überhitzter Dampf (oder auf höherem Druck- und Temperaturniveau befindlicher Sattdampf) hindurchgeleitet, welcher dadurch mit Flüssigkeit (Wasser) gesättigt wird, so dass Sattdampf erzeugt wird. Der zugeführte Dampf wird über einen Dampfeinlass 12 im unteren Bereich in den Druckbehälter 10 eingeleitet und gelangt in einen rohrförmigen Dampfverteiler 28, welcher zahlreiche Löcher aufweist, durch die der Dampf austritt, in die Flüssigkeit eingeleitet wird, durch die Flüssigkeit hindurchgeleitet wird und aus dieser als Sattdampf austritt. Über den im oberen Bereich des Druckbehälters angeordneten Dampfauslass 11 kann der Sattdampf abgeleitet und einer weiteren Verwendung zugeführt werden.
Weiterhin umfasst der Dampfsättiger 10 einen Kondensateinlass 13, der beispielsweise in einem oberen Bereich angeordnet ist und über den dem Dampfsättiger 10 Kondensat zugeführt werden kann. Der Dampfsättiger 10 umfasst außerdem einen Kondensatauslass 14, der beispielsweise in einem seitlichen Bereich des Druckbehälters in einer mittleren Höhe angeordnet sein kann, vorzugsweise in einer Höhe, welche dem vorgesehenen maximalen Flüssigkeitsspiegel des Kondensats im Dampfsättiger 10 entspricht, so dass bei Übersteigen dieses Flüssigkeitsspiegels überschüssiges Kondensat über den Kondensatauslass 14 den Druckbehälter verlassen kann.
Beispielsweise in einem unteren mittleren Bereich weist der Druckbehälter des Dampfsättigers 10 einen Ablass 16 auf, über den der Dampfsättiger entleert und abgeschlämmt werden kann. Außerdem ist eine Befüllungsleitung 17 in einem oberen oder alternativ in einem unteren Bereich des Druckbehälters vorgesehen, über die man den Dampfsättiger mit Wasser/Kondensat befüllen kann. Außerdem ist in dem oberen Bereich am Druckbehälter noch ein Anschluss 15 für ein Sicherheitsventil vorgesehen, so dass man gegebenenfalls bei einem Überdruck bei Ansprache des Sicherheitsventils über diesen Anschluss 15 Dampf aus dem Druckbehälter ablassen kann. Weiterhin ist noch ein Anschluss für eine Entlüftungsleitung 18 bevorzugt in einem oberen Bereich an dem Druckbehälter vorgesehen. Der Druckbehälter hat beispielsweise in einem seitlichen Bereich ein Mannloch 19, so dass man zu Wartungs und Reinigungszwecken den Behälter über das Mannloch begehen kann. Schließlich kann der Druckbehälter beispielsweise im oberen Bereich weitere Anschlüsse aufweisen, die quasi in Reserve vorgesehen sind, beispielsweise um weitere Aggregate anzuschließen. Anschlüsse für Messeinrichtungen (z.B. Druck, Temperatur, Füllstand) wurden zur besseren Übersicht nicht dargestellt.
In einem unteren stirnseitigen Bereich ist an dem Druckbehälter ein Kondensatrücklauf 27 angeordnet, wobei der Kondensatrücklauf 27 beispielsweise auch seitlich angebracht sein kann. Dieser Kondensatrücklauf TI ist über eine Verbindungsleitung 25 mit einem Kondensator 22 verbunden, welcher in diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Dampfsättigers angeordnet ist und ein eigenes Gehäuse aufweist. Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, hat der Kondensator 22 eine erheblich kleinere Größe als der Dampfsättiger 10, wobei in der Regel ein Bruchteil der Größe des Dampfsättigers 10 genügt. Dieser Kondensator 22 dient als Einrichtung zum Nachspeisen der im Dampfsättiger durch den Vorgang der Dampfsättigung verdampften Flüssigkeit. Da über den Dampfverteiler 28 überhitzter Dampf in die Flüssigkeit eingeleitet wird, die im unteren Bereich des Dampfsättigers steht, verdampft ein Teil dieser Flüssigkeit und muss folglich nachgespeist werden. Verglichen mit dem Gesamtvolumen der Flüssigkeit im Dampfsättiger 10 verdampft aber immer nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil, so dass für das Nachspeisen ein kleiner Kondensator 22 ausreichend ist. Das in dem Kondensator 22 erzeugte Kondensat gelangt über den Kondensatrücklauf 27 in den unteren Bereich des Dampfsättigers 10 und sorgt dafür, dass im Dampfsättiger immer ein ausreichender Flüssigkeitsspiegel erhalten bleibt. Dieser Vorgang des Nachspeisens erfolgt bei der erfindungsgemäßen Anordnung praktisch selbsttätig und wird nachfolgend näher erläutert.
Der Dampfsättiger 10 umfasst einen zweiten Dampfauslass 20 im oberen Bereich, an den eine Verbindungsleitung 21 angeschlossen ist, welche zum Kondensator 22 führt, so dass über diese Verbindungsleitung 21 Dampf aus dem Dampfsättiger 10 in den Kondensator 22 gelangen kann. In dem Kondensator 22 befindet sich eine Kühlvorrichtung 26 mit Wärmeaustauschflächen, die in Figur 1 nur schematisch vereinfacht dargestellt ist. Im Normalfall sind diese Wärmeaustauschflächen mit Kondensat geflutet, so dass im Kondensator 22 kein weiteres Kondensat erzeugt wird. Wie bereits erwähnt wurde, sind der Dampfsättiger 10 und der Kondensator 22 im unteren Bereich über die Verbindungsleitung 25 und den Kondensatrücklauf 27 miteinander verbunden. Da sich der Kondensatrücklauf 27 am Dampfsättiger 10 in einer Höhe befindet, in der im Dampfsättiger Flüssigkeit steht, funktioniert die Verbindung über die Verbindungsleitung 25 nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren. Wenn der Flüssigkeitsspiegel im Dampfsättiger 10 sinkt, sinkt dieser entsprechend auch im Kondensator 22 ab. Dies führt dazu, dass die zuvor gefluteten Wärmeaustauschflächen der Kühlvorrichtung 26 nun teilweise freigelegt werden. Durch die Kühlvorrichtung 26, beispielsweise eine Kühlmittelschleife, wird ein Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser geleitet, welches über den Kühlwassereinlass 23 einströmt und über den Kühlwasserauslass 24 wieder austritt. Hier kann ein Kühlmittel verwendet werden, welches in der Anlage zur Verfügung steht. Da die Kühlvorrichtung 26 verhältnismäßig klein gebaut ist, genügt ein geringerer Volumenstrom an Kühlmittel, um die Kühlvorrichtung 26 zu speisen. Wenn nun die Wärmeaustauschflächen durch das Absinken des Flüssigkeitsspiegels im Kondensator 22 teilweise freigelegt werden, führt dies dazu, dass Dampf an diesen kühleren Wärmeaustauschflächen kondensiert, wodurch sich Kondensat bildet und folglich der Flüssigkeitsspiegel im Kondensator 22 wieder ansteigt, solange bis die Wärmeaustauschflächen der Kühlvorrichtung wieder von Kondensat geflutet werden. Da der Kondensator 22 und der Dampfsättiger 10 über die Verbindungsleitung 25 und den Kondensatrücklauf 27 nach Art von kommunizierenden Röhren miteinander verbunden sind, steigt durch die Kondensatbildung im Kondensator 22 auch der Flüssigkeitsspiegel im Dampfsättiger 10 wieder an. Es wird somit nur temporär Kondensat gebildet und an den Dampfsättiger nachgespeist, welches der Dampfsättiger benötigt, um seinen Flüssigkeitsspiegel aufrecht zu erhalten.
Figur 2 zeigt den Dampfsättiger 10 von der Stirnseite her gesehen und man erkennt hier den zweiten Dampfauslass 20 im oberen Bereich für die Dampfzufuhr vom Dampfsättiger 10 zum Kondensator und den Kondensatrücklauf 27 im unteren Bereich des Dampfsättigers für die Nachspeisung von Kondensat vom Kondensator 22 zum Dampfsättiger. Weiterhin ist die Kühlwasserschleife 26 des Kondensators 22 erkennbar, die über den Kühlwassereinlass 23 gespeist wird. Die Darstellung ist schematisch und die Wärmeaustauschflächen sind nur angedeutet.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Detail aus dem Inneren des Dampfsättigers 10 in vergrößerter Darstellung. Hier ist in Figur 3 ein Abschnitt des Dampfverteilers 28 dargestellt, bei dem es sich um ein zylindrisches Rohr mit zahlreichen Löchern 29 handelt, welches sich im unteren Bereich in dem Dampfsättiger befindet und zwar unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Wenn überhitzter Dampf über den Dampfeinlass 12 in das Rohr des Dampfverteilers 28 einströmt, tritt dieser Dampf über die Löcher 29 aus dem Rohr aus und strömt durch die Flüssigkeit, wodurch sich Sattdampf bildet, der über den Dampfauslass 11 aus dem Dampfsättiger (siehe auch Figur 1) abgeführt werden kann. Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch das Rohr des Dampfverteilers 28, welches beispielsweise zylindrisch ausgebildet ist und zahlreiche Löcher 29 für den Dampfaustritt aufweist. Bezugszeichenliste
10 Dampfsättiger
11 Dampfauslass
12 Dampfeinlass
13 Kondensateinlass
14 Kondensatauslass
15 Anschluss für Sicherheitsventil
16 Ablass für die Entleerung
17 Befüllungsleitung
18 Entlüftungsleitung
19 Mannloch
20 zweiter Dampfauslass
21 Verbindungsleitung zum Kondensator
22 Kondensator, Einrichtung zum Nachspeisen von Kondensat
23 Kühlwassereinlass, Kühlmediumeinlass
24 Kühlwasserauslass, Kühlmediumauslass
25 Verbindungsleitung für Kondensat zum Dampfsättiger
26 Kühlwasserschleife, Kühlvorrichtung
27 Kondensatrücklauf am Dampfsättiger
28 Dampfverteiler
29 Löcher

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung umfassend einen Dampfsättiger (10) zur Erzeugung von Sattdampf sowie eine Einrichtung zum Nachspeisen der in dem Dampfsättiger verdampften Flüssigkeit, wobei der Dampfsättiger (10) einen Dampfeinlass (12) umfasst, über den dem Dampfsättiger Dampf zugeführt wird, der Dampfsättiger (10) einen Dampfauslass (11) für den erzeugten Sattdampf umfasst, der Dampfsättiger (10) einen Kondensatrücklauf (27) umfasst und wobei im unteren Bereich des Dampfsättigers (10) ein Flüssigkeitspegel an Kondensat aufrechterhalten wird, welcher mit dem Kondensatrücklauf (27) in Fluidverbindung steht, wobei der Kondensatrücklauf (27) mit der Einrichtung zum Nachspeisen der verdampften Flüssigkeit in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Nachspeisen als Kondensator (22) ausgebildet ist und eine Kühlvorrichtung (26) zum Kondensieren von dieser zugeführtem Dampf umfasst.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine vom Dampfsättiger (10) zum Kondensator (22) führende Verbindungsleitung (21) für Sattdampf umfasst, welche vorgesehen ist, um Sattdampf von dem Dampfsättiger (10) in den Kondensator (22) zu fördern.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfsättiger (10) neben einem ersten Dampfauslass (11) für Sattdampf mindestens einen zweiten Dampfauslass (20) umfasst, welcher über eine Verbindungsleitung (21) mit dem Kondensator (22) in Fluidverbindung steht.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfsättiger (10) wenigstens einen Kondensatrücklauf (27) aufweist, welcher über mindestens eine Verbindungsleitung (25) in Fluidverbindung mit dem unteren Bereich des Kondensators (22) steht.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfsättiger (10) mit dem Kondensator (22) über die Verbindungleitung (25) nach Art kommunizierender Röhren gekoppelt ist, derart, dass sich bei Änderungen des Flüssigkeitspegels an Kondensat im Dampfsättiger (10) der Flüssigkeitspegel an Kondensat im Kondensator (22) entsprechend ändert.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (26) des Kondensators (22) Wärmeübertragungsflächen aufweist, welche bei Normalfüllstand im Dampfsättiger (10) mit Kondensat geflutet sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsflächen des Kondensators (22) im Kondensator so positioniert sind, dass sie bei zu niedrigem Füllstand im Dampfsättiger (10) teilweise freiliegen.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (22) innerhalb des Gehäuses des Dampfsättigers (10) angeordnet ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (22) außerhalb des Gehäuses des Dampfsättigers (10) angeordnet ist und ein eigenes Gehäuse aufweist oder der Kondensator (22) sich innerhalb des Gehäuses des Dampfsättigers (10) befindet und gegebenenfalls kein eigenes Gehäuse aufweist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (22) weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Drittel, besonders bevorzugt nur einen Bruchteil der Behältergröße und des Behältervolumens des Dampfsättigers (10) aufweist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Dampfsättiger (10) zum Kondensator (22) führende Verbindungsleitung (21) für Sattdampf in einem oberen Bereich des Kondensators (22) in den Kondensator führt.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (26) des Kondensators (22) einen Kühlmediumeinlass (23) und einen Kühlmediumauslass (24) aufweist, wobei der Kühlmediumeinlass (23) von einem von extern zugeführten Kühlmedium gespeist wird, welches nicht das im Dampfsättiger anfallende Kondensat ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfsättiger (10) einen liegenden oder stehenden Druckbehälter umfasst, innerhalb dessen ein Dampfverteiler (28) im unteren Bereich unterhalb des Flüssigkeitspegels angeordnet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (28) als Rohr ausgebildet ist, welches zahlreiche Löcher (29) für den Dampfaustritt aufweist und welches in seinem einen Endbereich mit dem Dampfeinlass (12) verbunden ist.
15. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung umfassend einen Dampfsättiger und eine Einrichtung zum Nachspeisen der im Dampfsättiger verdampften Flüssigkeit, insbesondere zum Betreiben einer Anordnung mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 14, wobei in dem Dampfsättiger (10) Sattdampf erzeugt wird, indem dem Dampfsättiger überhitzter Dampf zugeführt wird, welcher über einen Dampfverteiler in ein im unteren Bereich des Dampfsättigers (10) stehendes Flüssigkeitsvolumen an Kondensat eingebracht wird, wobei ein Flüssigkeitspegel an Kondensat im Dampfsättiger aufrechterhalten wird, indem über die Einrichtung zum Nachspeisen (22), die mit dem Dampfsättiger (10) in Verbindung steht, bei sinkendem Flüssigkeitspegel Kondensat nachgespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf aus dem Dampfsättiger (10) der Einrichtung (22) zum Nachspeisen zugeführt wird, dieser Dampf in der Einrichtung (22) zum Nachspeisen in einer Kühlvorrichtung (26) kondensiert wird und die Einrichtung (22) zum Nachspeisen über eine Verbindungsleitung (25) für Kondensat mit dem Dampfsättiger (10) derart gekoppelt ist, dass bei sinkendem Flüssigkeitspegel im Dampfsättiger (10) auch der Flüssigkeitspegel in der Einrichtung (22) zum Nachspeisen sinkt, dadurch selbsttägig in der Einrichtung Dampf kondensiert wird und dieses Kondensat dem Dampfsättiger (10) zugeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeübertragungsflächen der Kühlvorrichtung (26) in der Einrichtung (22) zum Nachspeisen bei Normalfüllstand im Dampfsättiger von Dampfkondensat geflutet sind.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmübertragungsflächen der Kühlvorrichtung (26) in der Einrichtung (22) zum Nachspeisen bei einem Füllstand unter dem Normalfüllstand im Dampfsättiger teilweise freigelegt werden und dadurch in der Einrichtung (22) Dampf kondensiert wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Dampfsättiger (10) und der als Einrichtung zum Nachspeisen verdampfter Flüssigkeit dienende Kondensator (22) über die Verbindungleitung (25) nach Art kommunizierender Röhren gekoppelt ist, derart, dass sich bei Änderungen des Flüssigkeitspegels an Kondensat im Dampfsättiger (10) der Flüssigkeitspegel an Kondensat im Kondensator (22) entsprechend ändert.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einrichtung (22) zum Nachspeisen verdampfter Flüssigkeit anfallendes Kondensat drucklos und ohne separate Fördereinrichtung von der Einrichtung (22) in den Dampfsättiger (10) strömt.
PCT/EP2021/050596 2020-01-22 2021-01-13 Anordnung umfassend einen dampfsättiger sowie verfahren zum betreiben einer solchen anordnung WO2021148287A1 (de)

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