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Dampferzeuger.
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit kreiszylindrischem Feuerraum, der von einer
Stirnseite mit einem Brenner axial beheizt wird und dessen Wände durch im Zwanglauf betriebene kreis-oder spiralförmig angeordnete Verdampferrohre gekühlt werden, sowie einem den Feuerraum umgebenden rückkehrenden Zug, in dem der Dampfüberhitzer, der Speisewasservorwärmer und der Luftvorwärmer angeordnet sind, und besteht darin, dass die im rückkehrenden Gaszuge liegenden Heizflächen Gaskanäle bilden, welche den in Richtung von oder zur Zylinderachse und den parallel zur Achse strömenden Gasen stets den gleichen Strömungsquerschnitt und gleich weit voneinander entfernte Kanalwände bieten.
Wenn Gase durch kreiszylindrische Wärmeaustauscher in Richtung zur Achse strömen, macht die mit dem Durchmesser abnehmende Zylinderfläche stets eine Erhöhung der Gasgesehwindigkeit oder, wenn die Geschwindigkeit nicht erhöht werden soll, zunehmende axiale Länge der Gaskanäle notwendig. Das Umgekehrte tritt ein bei Strömung von der Achse nach aussen. Besonders störend ist dies bei Wärmeaustauschern, in denen Gase verhältnismässig grossen Temperaturänderungen unterworfen werden, denn die damit verbundenen Raumänderungen können die rein geometrisch gegebenen Schwierigkeiten noch erhöhen.
Im allgemeinen werden Kanäle von gleichbleibendem Querschnitt und gleichbleibenden Wandentfernungen bevorzugt, einerseits wegen der einfacheren Herstellungs- möglichkeit, anderseits wegen der besseren Zugänglichkeit zur Besichtigung und der grösseren Wirksamkeit von Reinigungsvorrichtungen. Dieses gilt sowohl für rekuperative als auch für regenerative Wärmeaustauscher.
Gemäss der Erfindung wird daher der Wärmeaustauscher so bemessen, dass er in beiden Strömungrichtungen den Gasen gleichbleibenden Querschnitt und gleiche Wandentfernungen bietet. In dem Sonderfall der kreiszylindrischen Anordnung und der Strömungsrichtungen parallel und senkrecht zur Achse ergibt sich die Lösung, dass die Wandflächen Zylinderflächen sein müssen mit zum inneren Begrenzungskreis gehörender Kreisevolvente als Grundlinie.
Diese Erfindung ist in den Fig. 1-8 wiedergegeben. Fig. 1 stellt einen waagerechten Schnitt durch die Achse des liegenden Zylinderkessels dar, Fig. 2 einen lotrechten Schnitt mit halber Aussenansicht, Fig. 3 einen Querschnitt senkrecht zur Achse durch den Luftvorwärmer, Fig. 4 durch den Dampfüberhitzer, Fig. 5 gibt einen perspektivischen Ausschnitt aus dem Luftvorwärmer, Fig. 6 zeigt die geometrische Konstruktion der Kreisevolvente und ihre für die Erfindung benutzten Eigenschaften, Fig. 7 ist ein Querschnitt senkrecht zur Achse durch den Speisewasservorwärmer, Fig. 8 eine abgewickelt Rohrschlange desselben.
Der kreiszylindrische Feuerraum wird umgeben von kreisförmig gekrümmten Rohren 1 (Fig. 1), welche die Wand 20 dicht bedecken und Rohren 2, welche das Berührungsbündel und den Gasdurchlass in den rückkehrenden Zug bilden, der von einer kreiszylindrischen Aussenwand 4 umgeben wird.
Der Kessel wird im Zwanglauf betrieben, u. zw. wird dem Abgas-Speisewasservorwärmer 10 (Fig. 7) das Speisewasser von einer nicht gezeichneten Pumpe durch Rohre 5, 6, 7 und 8 zugeführt.
Der Vorwärmer besteht aus zwei symmetrisch gebogenen Rohrbündeln 10, welche einen Teil des Ring- raumes des rückkehrenden Zuges einnehmen. Jedes Rohrbündel besteht (Fig. 7 und 8) aus einem Verteiler 11 und einem Sammler 13, zwischen welchen die Rohre als mehrfache Rohrschlangen 12
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ausgebildet sind. Die Sammler 13 sind durch Überströmrohre 14 mit dem Verteiler 16 des Verdampferrohrbündels verbunden, der durch die halbkreisförmig gebogenen Rohre 1 und 2 mit dem Sammler 17 in Verbindung steht. Das Dampfwassergemisch tritt aus dem Sammler 17 in den Abscheider 29 (Fig. 2), aus dem das Wasser im Zwanglauf durch Rohr 30, Pumpe 31 und Abzweigungen 32 dem Verteiler 16 wieder zugeführt wird.
Spiralförmig gewundene Rohrschlangen 18 und 19, welche ebenfalls zwischen die Sammler 16 und 17 geschaltet sind, bedecken die ebenen Flächen der Brennkammer.
Der Dampf wird durch Rohr 33 aus dem Behälter 29 entnommen und strömt aus dem Verteiler 34 durch die im Ringraum 4 des rtickkehrenden Zuges angeordneten Rohre 25 des Überhitzers (Fig. 3 und 1) dem Austrittssammler 35 zu. Der rückkehrende Zug ist durch die Wände 20, 3 und 36 in zwei parallele Teile zerlegt, in denen hintereinander der Überhitzer 25 und der Speisewasservorwärmer 12 liegen.
In Fortsetzung dieses Zuges liegt der Luftvorwärmer 26 (Fig. 1, 3,5, 6). Er ist ringförmig angeordnet,
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Der Luftvorwärmer besteht aus schaufelartig gekrümmten Blechplatten 37, welche sich zwischen zwei gedachten kreiszylindrischen Begrenzungsflächen 38 und 39 erstrecken, entsprechend der radialen Weite des Ringraumes 4. An den zylindrischen Enden sind die Durchgänge abwechselnd offen und
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platten 41 geschlossen sind, so dass der bei Taschenluftvorwärmern bekannte Aufbau abwechselnd von Gas und Luft im Querstrom durchflossener Kanäle entsteht.
Gemäss der Erfindung ist bei diesem Luftvorwärmer in jedem Gasweg der Wandabstand und der Querschnitt dadurch gleichbleibend, dass die Blechplatten nach einer Kreisevolvente gebogen sind, welche aus dem inneren Kreis 38 abgewickelt ist.
Die Fig. 6 zeigt die bekannte Konstruktion der Evolvente aus dem Grundkreis 38 a. Die verschiedenen Bezeichnungen beziehen sich auf diesen geometrischen Vorgang. Da gemäss der Voraus-
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folgende Evolventen desselben Grundkreises auf den Kurvennormalen gleiche Stücke abschneiden, d. h., dass der senkrechte Abstand aufeinanderfolgender Evolventen für alle Kurvenpunkte gleich ist. Unter Benutzung dieser Erkenntnis ist es daher möglich, die bei geradliniger Durchströmung von
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des Dampfüberhitzers 25 gestaltet sein, wo die Gase axial in ihn eintreten.
Dem Luftvorwärmer (Fig. 1) wird die Luft durch einen Hohlmantel 42 zugeführt, der sich zwischen der Wand 3 und dem Aussenmantel 43 erstreckt, mit der Eintritts öffnung 44. Die Luft nimmt dabei den grössten Teil der Wärmeverluste der inneren Kesselwand auf und macht sie nutzbar und schützt bei Stillstand den Kessel gegen Wärmeverlust.
Die aus dem Luftvorwärmer austretende Luft strömt in die Luftsammelkammer 48, welche den Brenner ringförmig umgibt und zwischen Leitflügeln 24 hindurch in den Brenner, der in bekannter Weise aus einem Streuteller 22 mit Zuführungsrohr 23 aufgebaut ist, das die Stirnplatte 21 durchdringt. Die Abgase des Kessels sammeln sich in einem ringförmigen Raum 27, aus dem sie durch einen Kanal 28 abströmen.
Wird in Fig. 6 der Grundkreis 38 a gleich dem Kreis 38 gewählt, so wird die Luft radial in den Sammelraum 48 eintreten. Ist dagegen mehr tangentialer Eintritt erwünscht, so muss der Grundkreis 38 a kleiner gewählt werden als Kreis 38. Dann tritt, wie bei Kreis 38 a zu sehen ist, der Kanal unter einem schiefen Winkel durch die Kreiszylinderfläche. Die Anordnung besonderer Leitflügel 24 kann dann unterbleiben.