DE1551006B2 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Dampferzeuger, bei denen eine Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Heizmedium verdampft wird.

Bei solchen Dampferzeugern werden die Flüssigkeiten längs entgegengesetzten Seiten einer Heizfläche geführt. Normalerweise besteht die Heizfläche aus einer Batterie von Rohren, die das primäre Medium führen und in das sekundäre Medium getaucht sind.

Gegenwärtig sind z. B. bei Erdöl-Raffinerien oder chemischen Fabriken Hochtemperatur-Medien für die Dampferzeugung verfügbar. Bei Kernkraftwerken ist das primäre Medium das Reaktorkühlmittel. Bei der gegenwärtigen Tendenz, Dampferzeuger größerer Kapazität zu entwickeln, die Dampf unter höheren Drücken erzeugen, ist es notwendig geworden, die Größe der verwendeten Dampferzeuger zu steigern und Materialien größerer Festigkeit zu verwenden. Dies bedeutet eine wesentliche Steigerung der Herstellungskosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dampferzeuger anzugeben, der eine möglichst große freie Oberfläche des zu verdampfenden Mediums aufweist, so daß durch eine kleine Austrittsgeschwindigkeit des Dampfes möglichst wenig der noch nicht verdampften Arbeitsflüssigkeit mitgerissen wird. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem Stand der Technik nach der britischen Patentschrift 965 147, bei der in einem zylindrischen Kessel mit einem Dampfauslaß eine yerdampfbare Flüssigkeit auf einen bestimmten, einen Dampf- und Flüssigkeitsraum trennenden Pegelstand gehalten und durch indirekten Wärmeaustausch mit einem durch ein Bündel von Wärmetauscherrohren, welches im Flüssigkeitsraum eingetaucht ist, strömendes Heizmedium verdampft wird, wobei der Dampfraum im wesentlichen frei von Strömungshindernissen ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kessel in an sich bekannter Art kugelförmig ist und der Flüssigkeitsspiegel dicht am Äquator des Kessels gehalten wird.

Bei der zur Verfügung stehenden großen Verdampfungsfläche, und der . kleinen Strömungsgeschwindigkeit · des'aufsteigenden Dampfes ergibt sich bei der Erfindung der Vorteil, daß ungefähr 95 % der mitgerissenen Flüssigkeit durch Schwerkraft abgeschieden werden und die Notwendigkeit für die teuren ■ Dampfabscheider ■—· üblicherweisö: Zentrifugalabscheider — entfällt.

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß der Kessel dünnwandig ausgeführt werden kann, da die Kugelform bei gegebener Wandstärke die größte Druckfestigkeit aufweist. ; · ■ .' ! :

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung jetzt an Hand der Zeichnung beschrieben. In den Zeichnungen stellt dar ■ · ^: ·'· ■'■■"■■■■-

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Dampferzeuger,

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt durch Fig. 1, F i g. 3 eine typische Rohrhalterung.

Der in den Zeichnungen dargestellte Dampferzeuger 10 besteht aus einem kugelförmigen Kessel 12 und enthält eine verdampfbare Flüssigkeitsmenge, deren Spiegel 14 einen Flüssigkeitsraum 16 von einem Dampfraum 18 abteilt. Oben wird der Kessel 12 von einem Stutzen 20 durchdrungen, der dem Verbraucher Dampf zuführt. Im unteren Teil des ' Kessels 12 kann außerdem ein Zugang 22'mit einem verschraubten Deckel 24 vorgesehen sein.

Im unteren Teil des Kesselraums ist ein ringförmiges Rohrbündel 26 angeordnet, das völlig in den Flüssigkeitsraum 16 eintaucht. Das Rohrbündel 26 besteht aus einer Vielzahl senkrechter Reihen horizontal verlängerter U-förmiger Rohre 28, die das Heizmedium führen und durch eine Sammelleitung 30 parallel geschaltet sind. Das Rohrbündel 26 wird

ίο von einem ringförmigen Strömungsblech 32 umgeben, das konzentrischen Abstand von der Wand des Kessels 12 hält, so daß ein ringförmiger Fallweg 34 entsteht. Das Strömungsblech 32 hält vom Boden des Kessels 12 Abstand, damit eine Flüssigkeitsverbindung mit dem Innenteil 36 des Kessels hergestellt wird, der das Rohrbündel 26 enthält, und die Umwälzung der Flüssigkeit ungehindert stattfinden kann.

Am Boden des Innenteils 36 des Flüssigkeitsraums 16 ist eine ringförmige Speisewasser-Einlaßleitung 38 angeordnet, auf deren Oberfläche im Abstand voneinander Öffnungen 40 angeordnet sind, durch die die Flüssigkeit in den Kessel abgeführt wird. Wie dargestellt, ist das eine Ende des Rohres 38 an dem Speisewasserstutzen 42 befestigt, der den Kessel durchdringt.

Die Flüssigkeits-Sammelleitung 30, die die Rohre 28 verbindet, besteht aus einem Hohlzylinder, der den Boden des Kessels 12 durchdringt und in ihm koaxial angeordnet ist. Das obere und untere Ende der Sammelleitung ist je von., einer, .ialbelipsoidalen Abschlußkappe 44 und 46 abgeschlossen. In der Abschlußkappe 46 ist der Zugang 48 ausgebildet und mit einem verschraubten Deckel 50 versehen. Das untere Ende der Sammelleitung 30 ist außerhalb des Kessels 12 mit radial nach außen führenden Flüssigkeits-Einlaß- und -Auslaßstutzen 52 und 54 verbunden, die die Heizflüssigkeit zu- und abführen. Die Sammelleitung 30 ist weiterhin mit einer Scheidewand 56 versehen, die ihr Inneres in strömungsmäßig getrennte Einlaß- und Auslaßkammern 58 und 60 für das Heizmedium trennt. In der Scheidewand 56 ist eine vergrößerte zentrale Öffnung vorgesehen, die zusammen, mit. einer.. konzentrisch angeordneten Flüssigkeitsloitürig 64 und einer Muffe 66 die Einlaßkammer 58 für das Heizmedium mit dem Einlaßstutzen 52 verbindet. Der Strömungskreis für das Heizmedium besteht aus dem ringförmigen Rohr- ■'■'- bündel 26, welches die U-förmigen Rohre 28 enthält, die an die Sammelleitung 30 angeschlossen sind. Die U-Bogen aller Rohre 28 sind in senkrechten Ebenen angeordnet und mit beiden JEnden an die Sammelleitung30 auf entgegengesetzten Seiten der Scheide-

.·. wand 56 angeschlossen, so daß eine Strömung des Heizmediums, durch die .Rohre von der Einlaßkammer 58 zur Auslaßkammer; 60 führt. Wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich; sind die Rohre 28 so geformt, daß sie die maximale,-im Kessel 12 unterzubringende Heizfläche bilden. Dies geschieht dadurch, daß die entgegengesetzten Enden jedes Rohres 28 mit einem ersten, geraden Teil 68 versehen sind, der von beiden Rohrenden gebildet wird und der in radialer Verbindung mit der Wand der Sammelleitung 30 steht. Der Rest der gegenüberliegenden Enden und der U-Bogen, der mit 70 bezeichnet ist, sind seitlich aus ihrer senkrechten Ebene längs eines Kreisbogens nach außen gegen die Wand des Kessels 12 gebogen, und ein glattes Übergangsstück 72 ist

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zwischen den Teilen 68 und 70 vorgesehen. Durch ausgesetzt sind, eine Ausdehnungsdichtung zwischen die Erweiterung der Länge der Rohrkreise auf diese den Oberflächen 90 und 92 geschaffen wird. Anderer-Weise kann der Rauminhalt des Kessels wirtschaft- seits wird, wenn die Einheit außer Betrieb genommen licher verwendet werden. wird und sich in einem abgekühlten Zustand be-Das Rohrbündel wird von konzentrischen Reihen 5 findet, dieser Dichtungssitz automatisch gelöst, auf einem Umfang im Abstand voneinander ange- worauf die Muffe 66 allein dadurch aus ihrer Lago ordneter und in senkrechter Richtung verlängerter entfernt werden kann, daß die Schrauben 88, welche Rohrhalterungen 74 gehalten, die in Fig. 3 darge- den Flansch 86 der Muffe mit der Scheidewand 56 stellt sind und mit öffnungen 76 versehen sind, die verbinden, gelöst werden und die Muffe längs der die Rohre 28 aufnehmen. Die Rohrhalterungen 74 io Leitung bis auf den Boden der Sammelleitung absind so breit, daß sie zwischen benachbarte Reihen gesenkt wird. Auf diese Weise ist ein leichter Zugang von Rohren 28 passen und bequem zwischen den zur Inspektion oder zur Reparatur der Rohrenden Rohren längs Kreisbogen angeordnet werden kön- möglich.

neri. An ihrem oberen und unteren Ende werden die Im oberen Teil des Dampfraums 18 und dem Rohrhalterungen durch ringförmige Glieder 78 und 15 Dampfauslaßstutzen 20 benachbart kann ein im 80 verbunden, von denen die letzteren in senkrechter wesentlichen ununterbrochener Ring von platten-Richtung durch Halterippen 82 unterstützt werden, förmigen oder schirmförmigen Trocknerelementen 94 die sich radial nach außen von der Wand der angeordnet sein, durch den der Dampf strömt. Diese Sammelleitung 30 erstrecken. Trockner haben die Aufgabe, feinverteilte Flüssig-Damit die Rohre 28 des Rohrbündels 26 installiert 20 keitspartikel zu entfernen, die von dem Dampf mitwerden können, muß eine Vielzahl von Rohren weg- gerissen worden sein können. Wie in F i g. 2 dargelassen werden, wie es in F i g. 2 durch den Raum gestellt, ist jedes der Trocknerelemente 94 trapez-84 angedeutet ist. Dieser Raum stellt jedoch nur förmig und mit seinem inneren Ende lösbar an einem einen kleinen Bruchteil der zur Verfügung stehenden horizontal angeordneten kreisförmigen Strömungs-Wandfläche der Sammelleitung dar, und an diesem 25 blech 96 befestigt, während dagegen die äußeren Teil der Wandfläche sind keine Befestigungen für Enden an der Innenfläche des Kessels 12 durch die Verbindung der Rohre 28 vorgesehen, und aus Klammern 98 befestigt sind. Die gesamte Anordnung dem gleichen Grund stellt dieser Raum 84 auch nur ist kegelstumpfartig und in senkrechter Richtung von einen kleinen Bruchteil der Heizfläche dar. Da dieser einer Vielzahl im Abstand voneinander angeordneter aus dem Rohrbündel herausgenommene Teil der '30 Haltestangen 100 abgestützt, welche zwischen dem Heizfläche nur so klein ist, wird dadurch die ge- Strömungsblech 96 und der oberen Abschlußkappe samte Wirtschaftlichkeit der Einheit kaum ein- 44 für die Sammelleitung eingesetzt sind,
geschränkt. Während des Betriebs tritt die relativ heiße Heiz-In der vorliegenden Anordnung sind Vorrichtun- flüssigkeit in den Einlaßstutzen 52 ein und wird zur gen vorgesehen, die die Rohrenden innerhalb der 35 Einlaßkammer 58 über die Leitung 64 und Muffe 66 Sammelleitung 30 leicht zugänglich machen, und geleitet. Das Heizmedium tritt dann in die oberen zwar insbesondere die Enden der Rohre, die sich in Enden der Rohre 28 im Rohrbündel 26 ein. und der Auslaßkammer 60 für das Heizmedium befinden, strömt durch die Rohre und über ihre unteren Enden wo der Arbeitsraum auf ein Minimum beschränkt in die Auslaßkammer 60, von wo sie über den Ausist, und zwar durch die Flüssigkeitsleitung 64. Wie 40 laßstutzen 54 abgeführt wird. Zur gleichen Zeit wird in F i g/1 dargestellt, ist' die Flüssigkeitsleitung 64 eine verdampfbare Flüssigkeit in den Kesselraum mit ihrem unteren Ende an den Einlaßstutzen 52 über die Öffnungen 40 in dem Speisewasserrohr so durch einen rechtwinkeligen Abschnitt angeschlossen . eingespeist, daß der Flüssigkeitsspiegel 14 dem und erstreckt sich in der Sammelleitung 30 bis zu Äquator der kugelförmigen Kammer dicht benacheiner Höhe, die sich unterhalb des Teils der Sammel- 45 bart ist, so daß alle oder im wesentlichen alle der leitung befindet, an dem die unteren Enden der Rohre 28 in die Flüssigkeit eintauchen. Auf Grund Rohre 28 befestigt sind. Das obere Ende der Leitung der vergrößerten Oberfläche der siedenden Flüssig-64 ist offen und steht in Verbindung mit der Einlaß- keit tritt aus ihr der Dampf in größeren Mengen, kammer 58 für die Heizflüssigkeit, und zwar über die aber mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit Muffe 66, die teleskopartig und gleitfähig über der 5° aus. Der Dampf steigt in den Dampfraum 18 auf, wo Leitung angeordnet ist. An ihrem oberen Ende ist mitgerissene Flüssigkeitsteilchen durch die Schwerdie Muffe mit einem ringförmigen Flansch 86 ver- kraft abgetrennt werden. Es hat sich als günstig hersehen, in welchem, Abstand haltend, auf einem Um- ausgestellt, Schirm- und Netztrockner 94 zur mechafang Öffnungen ausgebildet sind, die zusammen mit nischen Entfernung im Dampf enthaltener Flüssigähnlichen Öffnungen in der Scheidewand 56 zu 55 keitsteilchen zu verwenden. Der in dem kugeleiner Schraubverbindung, die durch die Mittellinien förmigen Kessel zur Verfügung stehende Raum reicht 88 angedeutet sind, dienen, so daß die Muffe lösbar jedoch aus, um Dampf zu erzeugen, der für die an der Scheidewand befestigt ist. Das untere Ende meisten Zwecke genügend trocken ist.
der Muffe 66 ist mit einem ringförmigen Flansch 90 Auf Grund der einheitlichen Anordnung der Bauversehen, der in gleitfähigem Eingriff mit der Außen- 60 teile in dem kugelförmigen Kessel werden einige fläche 92 des oberen Endes der Leitung 64 steht. wichtige Vorteile gegenüber bekannten Dampf-Es ist beabsichtigt, die Muffe 66 oder wenigstens erzeugern erzielt. Zunächst ist der zur Erstellung ihren unteren, mit einem Flansch versehenen Ab- einer Einheit dieses Typs erforderliche Bodenraum schnitt 90 aus einem Material herzustellen, das einen annähernd um 50 % kleiner als der für die Montage anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als 65 herkömmlicher zylindrischer Einheiten ähnlicher das Material hat, welches die Leitung 64 bildet, so Kapazität. Weiterhin braucht die Wandstärke des daß, wenn während des Betriebs des Dampferzeugers Kessels nur noch ein Bruchteil derjenigen eines die Leitung und die Muffe erhöhten Temperaturen, zylindrischen Kessels zu betragen, damit die Wand

äquivalenten Drücken widersteht, so daß die Fabrikationskosten der Einheit wesentlich gesenkt werden. Durch die Verwendung eines kugelförmigen Kessels, in welchem eine große Fläche zur Dampfabscheidung verfügbar ist, ist darüber hinaus die Notwendigkeit für eine komplexe, teure Dampfabscheidervorrichtung entfallen, da eine ausreichende Abscheidung durch Schwerkraft vorhanden ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger, bei dem in einem Kessel mit einem Dampfauslaß eine verdampfbare Flüssigkeit auf einen bestimmten, einen Dampfund Flüssigkeitsraum trennenden Pegelstand gehalten und durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Heizmedium verdampft wird, welches durch ein Bündel von Wärmetauscherrohren strömt, das im Flüssigkeitsraum eingetaucht ist, wobei der Dampfraum im wesentlichen frei von Strömungshindernissen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel (12) in an sich bekannter Art kugelförmig ist und der Flüssigkeitsspiegel (14) dicht am Äquator des Kessels (12) gehalten wird.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1 mit einer Vielzahl U-förmiger, das Rohrbündel bildender Rohre, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden in senkrechten Ebenen angeordnet sind und von der Achse des Kessels (12) nach außen gegen seine Wand verlaufen und die Rohre bezüglich der Strömung des Heizmittels durch eine den Kessel (12) durchdringende Sammelleitung (30) parallel geschaltet sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (30) mit einer Scheidewand (56) versehen ist, die das Innere der Sammelleitung in senkrecht übereinander angeordnete Einlaß- (58) und Auslaßkammern (60) für das Heizmedium unterteilt, von denen die eine mit den einen Enden der U-Rohre

(28) und die andere mit den anderen Enden in Verbindung steht.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel (26) im wesentlichen ringförmig ist und aus einer Vielzahl auf dem Umfang voneinander Abstand haltender Rolirreihen von U-Rohren (28) besteht, deren entsprechende Enden radial an der Sammelleitung (30) befestigt sind, und daß die Schenkel der U-Rohre kurvig aus den Ebenen der Enden, gegenseitigen Abstand haltend, zwischen der Sammelleitung und der Wand des Kessels abgebogen sind.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (30) den Kessel (12^ längs seiner Achse durchdringt und ihr axiales Ende abgeschlossen ist, daß in der Wand der Sammelleitung außerhalb des Kessels (12) Einlaß- und Auslaßstutzen (52, 54) für das Heizmedium angeordnet sind und daß in der Sammelleitung (30) eine Leitung (64) koaxial und konzentrisch angeordnet ist und durch eine (60) der Kammern zu einer in der Scheidewand (56) ausgebildeten zentralen Öffnung führt und diese mit einem (52) der Stutzen verbindet.

6. Dampferzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand mit einer in axialer Richtung beweglichen Muffe (66) versehen ist und daß die aufeinander aufliegenden Flächen (90, 92) der Leitung (64) und der Muffe für einen dichten Eingriff während des Betriebs des Dampferzeugers dadurch ausgebildet sind, daß die Flächen aus Materialien verschiedener thermischer Ausdehnungskoeffizienten bestehen.

7. Dampferzeuger nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Strömungsblech (32), das im Flüssigkeitsraum (16) konzentrisch angeordnet ist und einen inneren Dampferzeugungs-Abschnitt (36) und einen äußeren Fallabschnitt (34) bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen