DE1289533B - Evaporator system for through-flow boiler - Google Patents

Description

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, bei hintereinandergeschalteten Rohrpaketen mit Abführung des Dampfes aus den Paketen, in denen das Arbeitsmittel bereits teilweise verdampft ist, währendIn contrast, the invention consists in the case of pipe stacks connected in series with a discharge of the steam from the packets in which the working fluid has already partially evaporated while

Es besteht vielfach der Wunsch, unbeheizte Fallrohre und untenliegende Sammler zu vermeiden, um 30 das Wasser die weiteren Pakete durchströmt, nundamit die Kosten für den Kessel herabzusetzen und mehr unter Ausbildung der hintereinandergeschalteweitgehend alle Rohre zur Wärmeübertragung aus- ten Rohrregister als hängende U-förmige Rohrzunutzen. Bei Feuerungen, bei denen nicht oder in systeme mit Ein- und Austrittssammlern an ihren nur geringem Umfang mit Veraschungen der Brenn- oberen Enden die von den Sammlern abgezweigten, kammerwände zu rechnen ist, lassen sich horizontale as unter Umgehung der nachfolgenden Rohrregister bzw. laufend flach steigende, aufwärts durchflossene zum Restverdampfer führenden Rohre als beheizte Mäanderbänder verwenden. Bei Feuerungen mit
stärkerem Aschenanfall muß man aber die Rohre
überwiegend senkrecht führen, weil andernfalls unzuträgliche Aschenablagerungen auf waagerechten 30
Rohrstrecken zu befürchten wären.There is often a desire to avoid unheated downpipes and collectors located below in order to allow the water to flow through the other packets, thus reducing the costs for the boiler and using more of the pipe registers connected in series for heat transfer as hanging U-shaped pipes . In the case of furnaces where there is little or no incineration of the upper ends of the chamber walls branched off from the collectors, or in systems with inlet and outlet collectors, the horizontal as by bypassing the following pipe registers or continuously flat can be expected Use rising, upward-flowing pipes leading to the residual evaporator as heated meander belts. For firings with
stronger ashes but you have to use the pipes
lead predominantly vertically, otherwise undesirable ash deposits on horizontal 30
Pipe runs would be feared.

Man hat bereits versucht, bei senkrechter Rohranordnung auf- und absteigende Mäanderbänder anzuordnen, wobei die Mäander zwischen ihren oberenAttempts have already been made to arrange ascending and descending meandering bands with the pipes arranged vertically, with the meanders between their top

und unteren Umkehrpunkten einen Höhenunterschied 35 wesentlich vergrößern, da diese Rohre ja nicht zur bis zu etwa 25 m überwinden. Der große Höhen- Dampferzeugung beitragen. Beim U-System besteht unterschied macht aber eine sehr scharfe Verdrösse- aber immer noch das Problem eines verhältnismäßig lung notwendig, so daß damit ein erhöhter Speise- hohen Druckverlustes in den Verdampfersystemen, pumpenaufwand verbunden ist. Schwierigkeiten be- in denen bereits Dampf erzeugt wurde, wobei darüber stehen auch beim Anfahren einer solchen Kessel- 40 hinaus noch für eine Stabilisierung der Strömung insanlage, weil die Luft vor dem Zünden des Feuers besondere dort gesorgt werden muß, wo bereits nur schwer aus dem System zu entfernen ist. Dampf erzeugt wird, da Dampf in Fallrohren, ins-and lower reversal points significantly increase a height difference 35, since these pipes are not for overcome up to about 25 m. Contribute to the high altitude steam generation. With the U system, there is difference makes a very sharp annoyance - but still the problem of a relative development necessary, so that there is an increased feed - high pressure loss in the evaporator systems, pumping effort is connected. Difficulties in which steam has already been generated, being above stand for a stabilization of the flow in the system even when starting up such a boiler, because the air must be specially taken care of where already before the ignition of the fire difficult to remove from the system. Steam is generated because steam in downpipes, especially

Man hat demgegenüber schon versucht, den Ver- besondere wenn sie beheizt sind, eine große Gefahr dämpfer aus hängenden U-Systemen zu bilden. Um für die Stabilität der Strömung in diesem Verbei solchen U-Systemen jedoch auch im Schwach- 45 dampfersystem darstellt. Im Bestreben, unbeheizte lbrib i bfidid Sötil h h i iOn the other hand, attempts have already been made to keep the special when they are heated, a great danger to create dampers from hanging U-systems. In order for the stability of the flow in this Verbei such U-systems, however, also represent 45 in the low-steam system. Aiming to be unheated lbrib i bfidid Sötil h h i i

Kurzschlußleitungen auszubilden und jeweils als innere Rohre der hängenden U-Systeme mit von System zu System steigender Anzahl zu führen.To train short-circuit lines and each as inner tubes of the hanging U-systems with from To lead system to system of increasing numbers.

Durch Ausbildung der hintereinandergeschalteten Rohrregister als hängende U-förmige Rohrsysteme wird der Nachteil der Steigrohr^Fallrohr-Systeme vermieden, der im Vorhandensein vieler unbeheizter Rohre besteht, welche den Aufwand für einen KesselBy designing the pipe registers connected in series as hanging U-shaped pipe systems the disadvantage of the riser ^ downpipe systems is avoided, which is the presence of many unheated Pipes is made up, which is the expense of a boiler

lastbetrieb eine befriedigende Strömungsverteilung sicherzustellen, muß man zumindest in den abwärts durchströmten Rohrstrecken eine höhere Arbeitsmittelgeschwindigkeit wählen, wie dies für den normalen Kesselbetrieb an sich ausreichend wäre. Bei einer Höhendifferenz von beispielsweise 25 m ist dabei im ersten Viertel mit einem Strömungswiderstand zu rechnen, der einen Druckverlust von etwa 3 at bedingt. Im zweiten Viertel beträgt dann der Druckverlust 4,5 at, im dritten Viertel 9,5 at und im vierten Viertel 13 at. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Kaltwassergeschwindigkeit in den Abwärtsgängen etwa den l,8fachen Wert der Aufwärtsgeschwindigkeit besitzt und alle hintereinandergeschalteten U-Systeme gleiche Parallelstrangzahlen aufweisen.load operation to ensure a satisfactory flow distribution, one must at least in the downward Select a higher working fluid speed for the pipe sections flowed through, as is the case for normal Boiler operation would be sufficient in itself. In the case of a height difference of 25 m, for example, is included In the first quarter, a flow resistance can be expected that results in a pressure loss of about 3 at conditional. In the second quarter the pressure loss is then 4.5 at, in the third quarter 9.5 at and in the fourth Quarter 13 at. It is assumed that the cold water speed in the downward gears has about 1.8 times the value of the upward speed and all connected in series U systems have the same number of parallel lines.

Die Erfindung zeigt einen Weg, den im Vollastbetrieb wirksamen Strömungswiderstand im Endteil des Verdampfers in erträglichen Grenzen zu halten. Der Verdampfer ist dabei, wie oben geschildert, in ähnlicher Weise ausgebildet, wie dies für Strahlungs-Überhitzer schon ausgeführt wurde. Während man jedoch im Strahlungsüberhitzer die U-Systeme entsprechend dem großen Dampfvolumen parallel geRohre so weitgehend wie nur möglich zu vermeiden, um bei gegebenem Materialaufwand eine möglichst große wirksame Heizfläche zu schaffen, sieht die Erfindung noch zusätzlich vor, die Kurzschlußrohre ebenfalls als beheizte Rohre auszubilden. Auf diese Weise wird auch der Vorteil erreicht, daß alle Verdampferrohrpakete in der gleichen Form und mit der gleichen Anzahl von Rohren ausgebildet werden können, so daß somit auch gleiche Verteiler für die einzelnen Pakete vorgesehen werden können, weil die Anzahl der wasserführenden Rohre entsprechend der Zunahme der dampfführenden Rohre nicht vergrößert werden muß.The invention shows a way, the effective flow resistance in the end part in full load operation to keep the vaporizer within tolerable limits. The evaporator is, as described above, in designed in a similar manner to that which has already been carried out for radiant superheaters. While one However, in the radiation superheater the U-systems are parallel pipes corresponding to the large steam volume to avoid as much as possible in order to achieve a To create a large effective heating surface, the invention also provides the short-circuit tubes also designed as heated pipes. In this way, the advantage is achieved that all evaporator tube packages can be designed in the same shape and with the same number of tubes, so that the same distributor for the individual packages can be provided because the number of water-carrying pipes accordingly the increase in the number of pipes carrying steam does not have to be increased.

Wenn die Kurzschlußleitungen am oberen Teil der Sammler abgezweigt werden, so kann es von Vorteil sein, auf die Sammler Dampfdome aufzusetzen, von welchen die Strömung mit höherem Dampfanteil abgenommen werden kann. Demgegenüber können die übrigen Rohre sämtlich unten abgezweigt werden, so daß in die Kurzschlußleitungen möglichst wenig flüssiges Arbeitsmittel einströmt.If the short-circuit lines are branched off at the upper part of the collector, it can be an advantage be to put steam domes on the collector, from which the flow with a higher proportion of steam is taken off can be. In contrast, the remaining pipes can all be branched off at the bottom, so that as little liquid working medium as possible flows into the short-circuit lines.

Wenn die Zahl der Kurzschlußleitungen zum Restverdampfer an den zuletzt durchflossenen U-SystemenIf the number of short-circuit lines to the residual evaporator on the last U-systems flowed through

jeweils immer höher gewählt wird, so wäre es naturgemäß aber auch möglich, für sich allein oder gleichzeitig diese Leitungen mit vergrößertem Rohrquerschnitt auszubilden, als die in Strömungsrichtung vorher abgezweigten.is chosen always higher, so it would of course also be possible alone or at the same time to form these lines with a larger pipe cross-section than those in the direction of flow previously branched off.

Für die abwärts führenden Teile der U-Bänder können in an sich bekannter Weise Rohre kleineren Durchmessers verwendet werden im Gegensatz zu den Rohren, die aufwärts durchströmt werden.For the downwardly leading parts of the U-belts, smaller tubes can be used in a manner known per se Diameter are used in contrast to the pipes, which are flown through upwards.

Man könnte auch daran denken, eine Aufgabelung der Rohre vorzusehen. Bei der Ausbiegung der Rohre um die Brennerkästen können die abwärts durchströmten Rohre unter die aufwärts durchströmten gelegt werden. Die oberen horizontalen Ein- und Austrittssammler können zwecks Vermeidung horizontaler Querströmungen und zur gleichmäßigen Verteilung des Dampf-Wasser-Gemisches auf die abgehenden Rohre so ausgebildet werden, daß jedes zweite der aufwärts durchströmten Rohre auf die andere Seite des Sammlers herübergeführt und jedes zweite nach unten abgehende Rohr von der entgegengesetzten Seite des Sammlers entnommen wird.One could also think of providing a fork in the pipes. When bending the Pipes around the burner boxes can place the downward flow pipes under the upward flow be placed. The upper horizontal inlet and outlet headers can be used to avoid horizontal Cross flows and for the even distribution of the steam-water mixture on the outgoing ones Pipes are formed so that every second of the upward flow tubes on the the other side of the collector and every other downward pipe from the opposite one Side of the collector is taken.

Der obere horizontale Sammler kann gegebenenfalls nur so lang bemessen werden, wie dies der Breite des Bandes entspricht, wobei die von unten »5 durchströmten Rohre horizontal einseitig oder beiderseits in den Sammler so eingeführt sind, daß sie im wesentlichen gleiche Länge aufweisen, während die abwärts durchströmten Rohre sämtlich unten herausgeführt werden, wobei ebenfalls darauf geachtet wird, daß sie alle gleich lang sind. Im Bereich der oberen Sammler können die Kurzschlußrohre senkrecht zwischen die zu- und abgehenden Rohre des Bandes so weit in den Sammler hineinragen, daß nur noch ein schmaler Schlitz zur Entlüftung bzw. zur Entnähme von Kurzschlußdampf verbleibt, wobei diese Sammler entweder beheizt oder unbeheizt sein können. Die oberen Sammler können so ausgebildet sein, daß möglichst keine Axialströmung entsteht und eine gleichmäßige Verteilung des Dampf-Wasser-Gemisches gewährleistet ist.The upper horizontal collector can, if necessary, only be dimensioned as long as this Width of the band, whereby the one from the bottom »5 flowed through pipes are inserted horizontally on one side or both sides in the collector so that they are in have essentially the same length, while the downward flow through pipes all led out below taking care that they are all of the same length. In the area of the upper Collectors can place the short-circuit tubes vertically between the incoming and outgoing tubes of the strip extend so far into the collector that only a narrow slot for venting or removal of short-circuit steam remains, and these collectors can be either heated or unheated. The upper collector can be designed so that, if possible, no axial flow occurs and an even distribution of the steam-water mixture is guaranteed.

Zur Verminderung des statischen Druckverlustes sowie zur Beheizung der unteren Umkehrenden werden die Verdampfersysteme zweckmäßig nicht bis in den Feuerraumtrichter heruntergezogen, sondern enden bereits bei Beginn der Feuerraumtrichterschräge, wobei der Feuerraumtrichter ein eigenes, dem anderen System vorgeschaltetes Kühlsystem mit entweder senkrecht auf- und abgewundenen oder horizontal um den Feuerraumtrichter herumgeführten Rohren enthält. Dies bedeutet eine Beschränkung des U-System-Verdampfers auf den mittleren Abschnitt der Feuerraumwände mit im unteren Bereich derselben befindlichen Heizflächen eines anderen Systems.To reduce the static pressure loss and to heat the lower reversing ends the evaporation systems are expediently not pulled down into the combustion chamber funnel, but rather end at the beginning of the incline of the combustion chamber funnel, whereby the combustion chamber funnel has its own, The cooling system upstream of the other system with either vertically wound up and down or contains pipes led horizontally around the combustion chamber funnel. This means a limitation of the U-system evaporator on the middle section of the furnace walls with in the lower area the same heating surfaces of another system.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. The figures show exemplary embodiments in their essential parts for the invention in a greatly simplified, partly schematic representation. Same or corresponding Parts are provided with the same reference symbols in the figures.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen U-Schleifen-Verdampfer, bei dem das Arbeitsmittel vom Speisewasservorwärmer in Richtung des Pfeiles 1 in den Eintrittsverteiler 2 einströmt und eine Vielzahl von Parallelrohren durchläuft, die sich in U-Form im wesentlichen senkrecht im Schenkel 3 nach unten und im Schenkel 4 nach oben erstrecken. Der Sammler 5 stellt den Austrittssammler für das erste U-Band und den Eintrittsverteiler für das zweite U-Band dar. Wie die Figur zeigt, ist eine größere Anzahl solcher U-Bänder hintereinandergeschaltet.In the case of the one shown in FIG. 1 shown embodiment is a U-loop evaporator, in which the working fluid flows from the feedwater preheater in the direction of arrow 1 into the inlet manifold 2 and a large number of parallel pipes runs through, which is in a U-shape essentially perpendicular in the leg 3 down and in the leg 4 extend upwards. The collector 5 represents the outlet collector for the first U-band and the inlet distributor for the second U-band. As the figure shows, there are a larger number of such U-bands connected in series.

Bei einem derartigen Verdampfer-U-System geht es nun darum, vorwiegend in der zweiten Hälfte der hintereinandergeschalteten U-Systeme den im Volllastbetrieb wirksamen Strömungswiderstand herabzusetzen. Fig. 1 veranschaulicht dementsprechend die Möglichkeit, beheizte Kurzschlußleitungen zum Restverdampfer zu führen. Während an die Sammler 5, 6, 7 und 8 nur Entlüftungsleitungen 9,10,11 und 12 mit Absperrorganen 13,14,15 und 16 angeschlossen sind, zweigen von den Sammlern 17, 18 und 19 Kurzschlußleitungen ab. Vom Sammler 8 zweigt als inneres Rohr des U-Systems 21 eine Kurzschlußleitung 20 unmittelbar zum Restverdampfer ab, während eine zweite aus den beiden Rohren 22 und 23 bestehende Kurzschlußleitung vom Sammler 17 ausgehend parallel zum U-System 24 verläuft und dabei eines oder mehrere der inneren Rohre dieses Systems bilden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind hier zwei Rohre 22 und 23 vorgesehen, die dann in die Leitung 20 einmünden. In the case of such an evaporator U system, it is now a question of predominantly in the second half of the U-systems connected in series to reduce the effective flow resistance in full load operation. Fig. 1 accordingly illustrates the possibility of heated short-circuit lines for To lead residual evaporator. While to the collectors 5, 6, 7 and 8 only vent lines 9,10,11 and 12 connected with shut-off devices 13, 14, 15 and 16 are branch off from the collectors 17, 18 and 19 short-circuit lines. From the collector 8 As the inner pipe of the U system 21, a short-circuit line 20 branches off directly to the residual evaporator, while a second short-circuit line consisting of the two tubes 22 and 23 from the collector 17 starting parallel to the U-system 24 and thereby one or more of the inner tubes this system can form. In the illustrated embodiment, there are two tubes 22 and 23 are provided, which then open into the line 20.

Am nächsten U-System 25 zweigen an dessen Eintrittssammler 18 drei Kurzschlußrohre 26, 27 und 28 ab, die als innere Rohre der beiden U-Schenkel geführt sind. Es empfiehlt sich, die Anzahl dieser Bypaßleitungen zum Restverdampfer hin zunehmend von U-System zu U-System hin zu erhöhen. Die U-Bänder, die ohne Kurzschlußleitung versehen sind, besitzen, wie dies an den Sammlern 5, 6, 7 und 8 der Fall ist, Entlüftungsleitungen mit Ventilen.On the next U-system 25, three short-circuit pipes 26, 27 and 28 branch off at its inlet header 18 from, which are guided as the inner tubes of the two U-legs. It is best to increase the number of these Increasing bypass lines to the residual evaporator from U system to U system. the U-bands, which are provided without a short-circuit line, have, as is the case with the collectors 5, 6, 7 and 8 of the Case is vent lines with valves.

In F i g. 2 ist eine Schnittdarstellung veranschaulicht, die den Anschluß der Rohre am Sammler 17 zeigt. Die abwärts durchströmten Schenkelrohre 29 und 30 gehören dem U-System 24 an, wobei die beheizten Kurzschlußrohre 22 und 23 im oberen Bereich der Flasche abzweigen.In Fig. 2 is a cross-sectional view illustrating the connection of the tubes to the header 17 shows. The leg pipes 29 and 30 through which the flow flows downward belong to the U-system 24, the heated ones Short-circuit pipes 22 and 23 branch off in the upper area of the bottle.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Rohranordnung veranschaulicht, bei der eine Querströmung im Sammler vermieden und eine Vergleichmäßigung der Rohrlängen für die U-Systeme erreicht wird. Das Kurzschlußrohr 55 ist wiederum an einem kleinen aufgesetzten Dampfdom 56 vom Sammler 57 abgezweigt. Der Strömungsverlauf in den einzelnen Rohren ist durch Pfeile versinnbildlicht.In Figs. 3 and 4, a pipe arrangement is illustrated, in which a cross flow in the collector is avoided and the pipe lengths are made more uniform for the underground systems is achieved. The short-circuit tube 55 is in turn attached to a small one Steam dome 56 branched off from collector 57. The flow path in the individual tubes is symbolized by arrows.

In den F i g. 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem die Länge der Sammler dadurch wesentlich verringert wird, daß eine größere Anzahl von Rohren in unterschiedlicher Höhe an den Sammlern angebracht ist. So zweigen die abwärts durchströmten Rohre im unteren Bereich des Sammlers ab, während die aufwärts durchströmten etwa in mittlerer Höhe des Sammlers einmünden. Das Kurzschlußrohr ist an der höchsten Stelle des Sammlers abgezweigt.In the F i g. FIGS. 5 and 6 illustrate an embodiment in which the length of the headers is thereby significantly reduced that a larger number of pipes at different heights attached to the collectors. The downward flow through the pipes branch in the lower area of the Collector from, while the upward flow flow through about mid-height of the collector. The short-circuit pipe is branched off at the highest point of the collector.

Die F i g. 7 und 8 veranschaulichen schließlich die Möglichkeit, auch senkrecht stehende Sammler anzuordnen. Wie insbesondere Fig. 8 erkennen läßt, tritt die Strömung an zwei gegenüberliegenden Seiten in den Sammler ein und verläßt ihn um 90° versetzt an zwei gegenüberliegenden Stellen. Das Kurzschlußrohr 55 zweigt an der höchsten Stelle des Sammlers 58 ab.The F i g. 7 and 8 finally illustrate the possibility of also arranging vertically standing collectors. As can be seen in particular from FIG. 8, the flow occurs on two opposite sides enters the collector and leaves it at two opposite points offset by 90 °. The short-circuit tube 55 branches off at the highest point of collector 58.

Claims (1)

ρ ■■■■ρ ■■■■ Patentanspruch:Claim: Verdampfersystem für Durchlaufkessel mit
hintereinandergeschalteten Rohrpaketen, wobei
aus den Paketen, in denen das Arbeitsmittel bereits teilweise verdampft ist, der Dampf abgeführt
wird, während das Wasser die weiteren Pakete
durchströmt, dadurch gekennzeichnet,
daß unter Ausbildung der hintereinandergeschalteten Rohrregister als hängende U-förmige RohrEvaporator system for once-through boiler with
cascaded pipe packages, where
the steam is removed from the packets in which the working fluid has already partially evaporated
will, while the water is the other packets
flows through, characterized in that
that with the formation of the series-connected pipe register as a hanging U-shaped pipe systeme mit Ein- und Austrittssammlern an ihren oberen Enden die von den Sammlern abgezweigten, unter Umgehung der nachfolgenden Rohrregister zum Restverdampfer führenden Rohre als beheizte Kurzschlußleitungen ausgebildet sind und jeweils als innere Rohre (20, 22, 23, 26, 27, 28) der hängenden U-Systeme (21, 24, 25) mit von System zu System steigender Anzahl verlaufen. systems with inlet and outlet headers at their upper ends which branch off from the headers, pipes leading to the residual evaporator by bypassing the downstream pipe register as heated short-circuit lines are formed and each as inner tubes (20, 22, 23, 26, 27, 28) of the hanging U-systems (21, 24, 25) with an increasing number from system to system. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings