DE1126358B - Vorrichtung zur gleichmaessigen Verteilung der Fluessigkeit auf die Heizrohre eines Gleich- und Fallstromverdampfers - Google Patents

Description

Bei Fallstromverdampfern fließt die einzudampfende Flüssigkeit in der Regel auf den Innenflächen der Rohre eines senkrecht stehenden dampfbeheizten Röhrenbündels in dünner Schicht siedend abwärts, wobei der erzeugte Brüden ebenfalls von oben nach unten strömt und somit die durch die Schwerkraft bewirkte Abwärtsbewegung des Flüssigkeitsfilmes unterstützt.

Wenn empfindliche Flüssigkeiten einzudampfen sind, ist es erwünscht, mit nur einmaligem Durchgang durch die Rohre den geforderten Grad der Konzentration zu erreichen, um die Zeitdauer der Wärmeeinwirkung möglichst kurz und für alle Flüssigkeitsteilchen gleich lang zu erhalten. Je höher dabei das Eindampfungsverhältnis ist, um so mehr kommt es darauf an, in jedes Rohr möglichst genau dieselbe Flüssigkeitsmenge hineinzubringen. Es ist sonst nicht zu vermeiden, daß die Rohre mit zu geringer Flüssigkeitszufuhr ein übermäßig konzentriertes Produkt liefern, welches antrocknen oder festbrennen kann, so daß die betreffenden Rohre sich verstopfen, während die Rohre mit zu starker Flüssigkeitszufuhr die verlangte Konzentration nicht erreichen.

Es genügt aber nicht, die Flüssigkeit gleichmäßig auf die Rohre zu verteilen, sondern diese Flüssigkeitsmenge muß auch sofort beim Eintritt in das Rohr auf dessen Innenwand in dünner Schicht ausgebreitet werden. Weder darf Flüssigkeit durch das Rohr hindurchfallen, noch darf sie sich auf der Rohrwand in Rinnsalen zusammenziehen, vielmehr muß sie einen gleichmäßigen, in starker Bewegung gehaltenen Film bilden, welcher die gesamte verfügbare Heizfläche benetzt. Zu dem Hauptproblem der Verteilung kommt also das Problem der Benetzung noch hinzu.

Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen bekannt, um die Flüssigkeit mittels Düsen, Brausen, Lochplatten, Staurändern u. dgl. gleichmäßig über der oberen Rohrplatte zu verteilen. Das Problem der Benetzung ist jedoch bei den meisten dieser bekannten Vorrichtungen nicht berücksichtigt oder doch nicht gelöst, und überdies genügt die Gleichmäßigkeit der Verteilung meist nur geringen Anforderungen.

Es ist auch bereits bekannt, den Heizrohren eine Entspannungskammer vorzuschalten und dieser die einzudampfende Flüssigkeit überhitzt zuzuführen. Bei der Entspannung entwickelt die Flüssigkeit Brüden, so daß in die Rohre zugleich mit der dabei in Tropfen zerlegten Flüssigkeit Dampf eintritt. Dieser bewirkt die sofortige Entstehung eines gleichmäßigen, turbulenten Films, weil die Dampfströmung beim Eintritt in die Rohre einen Wirbel bildet, welcher die Flüssig-Vorrichtung zur gleichmäßigen
Verteilung der Flüssigkeit

auf die Heizrohre eines Gleich-
und Fallstromverdampfers

Anmelder:

Wiegand Apparatebau G.m.b.H.,
Karlsruhe-West, Andreas-Hof er-Str. 3

Dr.-Ing. Joachim Wiegand, Karlsruhe-Rüppurr,

und Dipl.-Ing. Fritz Hess, Ettlingen (Bad.),

sind als Erfinder genannt worden

keit an die Rohrinnenwand wirft bzw. dort ausbreitet und in Bewegung hält.

Es ist ferner bekannt, in Ergänzung oder an Stelle der Überhitzung der einzudampfenden Flüssigkeit vor ihrem Eintritt in die Rohre Dampf oder Gas beizumischen.

Schließlich ist auch bekannt, bei überhitzter Zuführung der einzudampfenden Flüssigkeit in die den Rohren vorgeschaltete Entspannungskammer übereinander angeordnete Lochplatten einzubauen, um sowohl eine gleichmäßige Verteilung als auch eine gute Benetzung zu erzielen. Nach einem bekannten Verfahren durchströmt z. B. die überhitzt zugeführte Flüssigkeit wenigstens zwei übereinander angeordnete Lochplatten, wobei die Zahl der Löcher von Platte zu Platte zunimmt, so daß die Entspannung auf den Druck in den Heizrohren und die damit verbundene Ausdampfung stufenweise erfolgt, was die Verteilung des so entstehenden Dampf-Flüssigkeits-Gemisches auf die ganze Fläche der oberen Rohrplatte bewirkt. Eine gleichmäßige Verteilung ist auf diese Weise aber nur in beschränktem Maße zu erreichen, weil die Flüssigkeit immer die Tendenz hat, bevorzugt nach außen zu gehen (analog der Randgängigkeit in Füllkörpersäulen), und weil die Strömungsvorgänge und damit die Verteilung sehr stark vom Grad der Überhitzung abhängen. Eine bekannte Vorrichtung benutzt eine obere perforierte Platte, durch welche die Flüssigkeit in feinen Strahlen auf eine geschlossene untere Platte fällt, welche von parallel zueinander angeordneten perforierten Rohren durchsetzt ist, die einzeln in je ein Verdampferrohr münden. Mit dieser

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Vorrichtung ist eine gleichmäßige Verteilung nur zu erreichen, wenn sich trotz der Druckdifferenz zwischen den durch die beiden Platten gebildeten drei Räumen ein Flüssigkeitsstand auf den Platten ausbilden kann. Dies bedingt aber sehr enge Löcher, die zum Verstopfen neigen. Außerdem können die Druckverhältnisse je nach der Temperatur der zugeführten Flüssigkeit und dem im Verdampfer herrschenden Vakuum sehr verschieden sein, wodurch die Wirkung der Vorrichtung beeinflußt wird.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Vorrichtungen hauptsächlich dadurch, daß die Vorgänge, der Entspannung, Verteilung und Benetzung voneinander getrennt stattfinden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit auf die Heizrohre eines Gleich- und Fallstromverdampfers mittels zweier übereinanderliegender Lochplatten ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem die einzudampfende Flüssigkeit aufnehmenden Raum über der oberen Lochplatte mindestens ein Dampf-Flüssigkeits-Abscheider, Z-. B. eine als Stoßkraftabscheider wirkende Prallplatte, angeordnet ist und daß zur Überleitung des abgeschiedenen Dampfes in den Raum zwischen den beiden Lochplatten wenigstens ein Durchlaß vorgesehen ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Fig. 1 und 2.

Die Figuren zeigen den Oberteil eines Fallstromverdampfers in zwei voneinander etwas abweichenden Bauarten im Längsschnitt. Vom Heizkörper des Fallstromverdampfers ist jeweils nur die obere Rohrplatte 1 mit einem Stück des abgebrochen gezeichneten Heizkörpermantels 2 und den in die Rohrplatte ζ. Β. eingewalzten, ebenfalls abgebrochen gezeichneten Heizrohren 3 darstellt. Auf dem Heizkörper aufgesetzt befindet sich die abnehmbare Haube 4 mit dem Eintrittsstutzen S für die einzudampfende Flüssigkeit. Diese wird bei Fallstromverdampfern meistens mittels einer Pumpe zugeführt, entweder über einen Vorwärmer, oder — bei mehrstufigen Anlagen — von einem vorgeschalteten, bei höherem Druck und höherer Temperatur arbeitenden Verdampfkörper. Sie ist daher in der Regel überhitzt in bezug auf den Druck, der in dem betreffenden Fallstromverdampfer herrscht. Es wird also beim Eintritt der Flüssigkeit in die Haube 4 eine gewisse Entspannung eintreten, welche mit Dampfentwicklung verbunden ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun dieser Dampf zunächst von der Flüssigkeit getrennt, indem man diese nach Verlassen des Eintrittsstutzens 5 auf passend angeordnete Prallplatten 6 und 7 stoßen läßt. Dabei findet eine Abscheidung nach dem Prinzip des Stoßkraftabscheiders statt, es würde das Wesen der Erfindung aber nicht berühren, wenn man die Trennung mit Hilfe einer Zentrifugalabscheidung bewerkstelligte.

Die Flüssigkeit sammelt sich sodann auf der Lochplatte 8. Der Querschnitt der Löcher ist so bemessen, das sich eine geringe Stauhöhe von wenigstens etwa 3 cm einstellt. Die. Platte 8 besitzt ferner wenigstens einen Durchlaß 9 für den oberhalb von ihr gebildeten erwähnten Entspannungsdampf. Ein erhöhter Rand 10 verhindert, daß Flüssigkeit von der Platte 8 abfließen kann. Bei der Ausführung der Fig. 1 bildet die Platte 8 mit dem Rand 10 eine Wanne, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Haube 4. Der Durchlaß 9 hat daher die Gestalt eines Ringspaltes. Bei der Ausführung nach Fig. 2 bildet ein Stück Rohr den erhöhten Rand 10, das Innere dieses Rohres dagegen den Durchlaß 9. Der Querschnitt der Durchlässe 9 wird so groß gewählt, daß beim Durchströmen des Entspannungsdampfes kein meßbarer Druckabfall entsteht. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Flüssigkeit nur unter dem statischen

ίο Druck durch die Löcher der Platte 8 ausfließt, welcher sich aus ihrer Stauhöhe ergibt. Da diese Stauhöhe nur wenige Zentimeter betragen muß — nur so viel nämlich, wie nötig ist, um für jedes Loch gleiche Zulaufbedingungen zu gewährleisten —, ist die Ausströmgeschwindigkeit klein, und der Durchmesser der Löcher wird verhältnismäßig groß. Für die'Unempfindlichkeit und Genauigkeit der Verteilung ist dieser Umstand von wesentlicher Bedeutung. Vorzugsweise ist die Anzahl der Löcher in der

ze Platte 8 gleich der Anzahl der Heizrohre 3, so daß die vollständige Aufteilung der zugeführten Flüssigkeit in die erforderliche Anzahl gleicher Teilmengen beim Austritt aus diesen Löchern bereits erreicht wird. Bei geringeren Ansprüchen an die Genauigkeit der Verteilung könnte die Anzahl der Löcher in der Platte8 auch geringer sein und z.B. ein Drittel der Anzahl der Heizrohre betragen. Die restliche Verteilung der Flüssigkeit auf jeweils drei Heizrohre wäre durch eine solche Anordnung der Löcher zu erreichen, daß die seitlichen Entfernungen zu den zugeordneten drei Heizrohren einander gleich wären.

Unterhalb der Lochplatte 8 befindet sich eine zweite Lochplatte 11. Der senkrechte Abstand der beiden Platten zueinander ergibt sich allein aus der Bedingung, daß der durch die Durchlässe 9 nach unten strömende Entspannungsdampf genügend Raum finden muß, um ohne Druckverlust jedes Loch der Platte 11 erreichen zu können.

Durch diese Löcher soll nämlich der zuvor abgeschiedene Entspannungsdampf erfindungsgemäß gemeinsam mit der Flüssigkeit hindurchströmen, um sie zu beschleunigen, in Tropfen aufzulösen und die Benetzung der Heizrohre herbeizuführen.

Zu diesem Zweck ist die Anzahl der Locher in der Platte 11 gleich der Anzahl der Heizrohre 3, und sie liegen jeweils genau über den unmittelbar darunter befindlichen oberen Öffnungen der Heizrohre. Ferner ist in weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die untere Platte so gestaltet, daß ihre Löcher sich am Boden von Vertiefungen befinden, welche z. B. als trichter- oder becherförmige Mulden eingedrückt oder eingebohrt sind. So gelingt es, die Flüssigkeitsstrahlen aus den Löchern der oberen Platte 8 sicher in die zugehörigen Löcher der Platte 11 zu bringen. Vorteilhaft kann zu diesem Zweck auch der äußere obere Rand der Vertiefungen nach oben gezogen werden, wie es beispielsweise die Ausführung der unteren Platte nach Fig. 2 zeigt. Bei der bevorzugten Ausführung, bei welcher bereits in der Platte 8 jedem Heizrohr ein Loch zugeordnet ist, liegen die Löcher beider Platten deshalb auch jeweils übereinander und annähernd in der Achse der Heizrohre.
Die Vertiefungen in der unteren Platte sollen aber auch die Bildung der Ausflußwirbel begünstigen, die beim Durchtritt des Entspannungsdampfes durch die Löcher entstehen. Diese Wirbel müssen eine gewisse Mindeststärke erreichen, damit die Flüssigkeit nach

dem Austritt aus den Löchern sofort an die Wände der Heizrohre geworfen wird. Es ist daher zweckmäßig, den Querschnitt der Löcher in der unteren Platte nur wenig größer zu wählen als den Querschnitt der Löcher in der oberen Platte. Einerseits wird dadurch die erwünschte hohe Ausströmgeschwindigkeit des Entspannungsdampfes aus den Löchern der unteren Platte erzielt. Andererseits wird verhindert, daß bereits beim Eintritt der Flüssigkeit in die Haube 4 eine zu große Druckabsenkung und damit eine übermäßig starke Bildung von Entspannungsdampf stattfindet, was die Abscheidung und Verteilung der Flüssigkeit stören könnte. Die Verlagerung eines Teiles der Entspannung an den Austritt aus den unteren Löchern ist überdies vorteilhaft, weil dadurch das Zersprühen der Flüssigkeit und somit die Benetzung begünstigt wird.

Es ist einleuchtend, daß bei dem beschriebenen Verfahren die Benetzung der Rohrwände ohne Mitwirkung einer Dampfströmung in den Löchern der unteren Platte nicht möglich ist. In den Fällen, in denen eine zur Bildung der benötigten Menge von Entspannungsdampf ausreichende Überhitzung nicht vorhanden ist bzw. nicht erreicht werden kann, muß daher dem Raum innerhalb der Haube 4 in an sich bekannter Weise sogenannter Fülldampf (bzw. Füllgas) zugeführt werden.

Die Verteilung kann dagegen durch Dampfströmungen in der Haube 4 nur gestört werden. Insbesondere muß die Flüssigkeitsschicht auf der oberen Platte 8 möglichst in Ruhe gehalten werden. Daher soll nach einem weiteren Erfindungsgedanken über der oberen Platte 8 ein Abdeckblech 12 angebracht werden, welches den Flüssigkeitsspiegel vor dem Aufprall heftiger Dampfströmungen schützt, den Zufluß der Flüssigkeit jedoch nicht behindert. Zudem sollen zur Vermeidung kreisender Flüssigkeitsbewegungen auf der oberen Platte Drallbrecher angeordnet werden, welche in beispielsweiser Ausführung aus senkrechten Querwänden 13 bestehen können. Diese müssen mit Durchlässen für die Flüssigkeit versehen sein, um einen überall genau gleich hohen Flüssigkeitsstand auf der Platte 8 zu sichern.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung läßt sich insbesondere bei geringer Anzahl der Heizrohre noch in der Weise abwandeln, daß auf eine besondere zweite Lochplatte verzichtet wird, indem die Rohrplatte 1 selbst deren Aufgabe übernimmt. Es muß dann jedes Heizrohr mit einer besonderen Einlaufdüse versehen

werden, welche durch ihre Verengung das richtige Maß der Entspannung und die richtigen Strömungsverhältnisse, wie vorstehend erläutert, beim Eintritt des Dampfflüssigkeitsgemisches in die Heizrohre sicherstellt.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur gleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeit auf die Heizrohre eines Gleich- und Fallstromverdampfers mittels zweier übereinanderliegender Lochplatten, dadurch gekenn zeichnet, daß in dem die einzudampfende Flüssigkeit aufnehmenden Raum über der oberen Lochplatte (8) mindestens ein Dampf-Flüssigkeits-Abscheider, z. B. eine als Stoßkraftabscheider wirkende Prallplatte (6), angeordnet ist und daß zur Überleitung des abgeschiedenen Dampfes in den Raum zwischen den beiden Lochplatten wenigstens ein Durchlaß (9) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Lochplatte (8) durch einen hochgebördelten Rand (10) wannenartig ausgebildet ist, wobei der Ringraum (9) zwischen dem hochgebördelten Rand (10) und der Haube (4) den Dampfdurchlaß bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdurchlaß (9) durch ein von der oberen Lochplatte (8) getragenes, zentral angeordnetes Rohr gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Löcher in den beiden Platten (8 und 11) und die Anzahl der Heizrohre (3) gleich sind und daß sich die Löcher der Platten übereinander und annähernd in der verlängerten Achse der Heizrohre befinden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich jedes Loch der unteren Platte (11) am Boden einer Vertiefung befindet, die vorzugsweise als trichter- oder becherförmige Mulde ausgebildet (eingedrückt, eingebohrt) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über der oberen Lochplatte (8) ein Abdeckblech (12) sowie wenigstens ein mit Durchlässen versehener Drallbrecher (13) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als untere Lochplatte die obere Rohrplatte (1) des Verdampfers selbst dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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