DE2102024A1 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur, Schweiz

DAMPFERZEUGER

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger, bei dem sämtliche Heizflächen in einem Heizgaszug angeordnet sind, -

dessen Wände mindestens teilweise von vertikalen, kühlmitteldurchflossenen Rohren gebildet sind. Es handelt sich also um einen Dampferzeuger, der keine Strahlungsheizflächen aufweisende Brennkammer hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im wesentlichen nur durch Konvektion beheizten Dampferzeuger oder einen Abgasdampferzeuger zu schaffen, der unter Berücksichtigung des geringen Strahlungsvermögens des Heizgases geringsten

kühlmittelseitigen Druckverlust und gutes Teillastverhalten ^ ergibt und dabei einfach und kostensparend in Aufbau und Betrieb ist. -■■■-..■■■-

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass die Wandrohre des Heizgaszuges eine im Naturumlauf gekühlte Verdampf erheizflache bilden und mindestens eine der innerhalb des Zuges angeordneten Heizflächen eine im Zwanglauf gekühlte Verdampf erheizf lache ist.

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Durch die erfindungsgemässe Unterteilung der gesamten Verdampferheizfläche in eine im Naturumlauf gekühlte und in eine im Zwanglauf gekühlte Heizfläche werden die Vorteile des Naturumlaufprinzips mit denen des Zwangdurchlaufprinzips kombiniert, ohne dass dabei die Nachteile beider Prinzipien auftreten. So werden die Abmessungen der bei Naturumlaufdampferzeugern üblichen Dampf/Wasser-Trommel durch die Erfindung derart verringert, dass sie in die Grössenordnung der Abmessungen der für Zwangdurchlaufdampferzeuger üblichen Wasserabscheider kommen. Dies gestattet, den erfindungsgemässen Dampferzeuger für relativ hohe Dampfdrücke auszulegen, ohne dass deswegen für das Dampf/Wasser-Trenngefäs:; Wandstärken gewählt werden müssten, die hinsichtlich der Fabrikation und der Wärmespannungen ungünstig sind. Zugleich ist ein bei allen Lasten des Dampferzeugers stabiler Kühlmitteldurchfluss in den Wandrohren gewährleistet. Auch kann der erfindungsgemässe Dampferzeuger etwa in gleich kurzer Zeit wie ein Zwangdurchlaufdampferzeuger angefahren werden, da wegen der kleinen Abmessungen des Trenngefässes in diesem nur ein geringer Wasserinhalt vorhanden ist.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die im Zwanglauf gekühlte Verdampferheizfläche zwischen Economiser und Dampf/Wasser-Trenngefäss in den Zwangdurchlauf des Kühlmittels eingeschaltet. Durch diese Schaltung ist es möglich, das Dampf/Wasser-Trenngefäss kleiner zu dimensionieren gegenüber einer Schaltung, bei der der Austritt des Economisers in

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das Trenngefäss mündet, weil im erstgenannten Fall kein unterkühltes Wasser, sondern nur Dampfwassergemisch in das Trenngefäss gelangt.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die im Naturumlauf gekühlte Verdampferheizfläche und die im Zwanglauf gekühlte Verdampferheizflache so ausgelegt, dass in der im Zwanglauf gekühlten Verdampferheizfläche bei Kormallast des Dampferzeugers mindestens 30 % der insgesamt erzeugten Frischdampfmenge erzeugt wird. Durch diese Auslegung wird bei minimalem Druckverlust in den Rohren der im Zwanglauf gekühlten Verdampferheizfläche Filmverdampfung sicher vermieden. Die Zwanglaufkühlung bietet überdies grosse Konstruktionsfreiheit bei der Anordnung der Rohre der im Zwanglauf gekühlten Verdampferheizfläche .

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die im Zwanglauf gekühlte Verdampferheizfläche so ausgelegt, dass in ihr bei Normallast des Dampferzeugers etwa die Hälfte der insgesamt erzeugten Frischdampf menge erzeugt wird. Durch diese Auslegung wir;.; ein wesentlicher Teil der gesamten Verdampferheizfläche des Dampferzeugers aus Rohren gebildet, die allseits vom Heizgas bestrichen werden und die also im Zwanglauf gekühlt werden. Dies, hat den Vorteil j dass das gesamte Hohrgewicht der Verdampferheizflächen verkleinert wird, sodass damit eine wesentliche Kosteneinsparung erreicht wird.

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Im gleichen Sinne wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung die beiden Verdampferheizflächen so ausgelegt sind, dass in der im Naturumlauf gekühlten Verdampferheizflache bei Kormallast des Dampferzeugers weniger als 40 ⁰J₀ der insgesamt erzeugten Frischdampfmenge erzeugt wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass bei Anwendung von Wassereinspritzung im Bereich der Ueberhitzerheizfläche mindestens 20 % der insgesamt erzeugten Frischdampfmenge durch Wassereinspritzung im Ueberhitzer erzeugt wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Dampf/Wasser-Trenngefäss entlastet wird und somit wesentlich leichter und mit geringerem Kostenaufwand hergestellt werden kann.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung liegt von den innerhalb des Zuges angeordneten Heizflächen die im Zwanglauf gekühlte Verdampferheizflache dem Eintritt des Heizgases in den Zug am nächsten. Durch diese Anordnung werden einerseits Anfahrschwierigkeiten des Dampferzeugers eliminiert und anderergewähr t^
seits/sie einen hohen DampferZeugerwirkungsgrad bei kleinem Heizflächenaufwand.

Nach einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung sind Mittel vorgesehen, durch die mindestens bei Teillast des Dampferzeugers dem Zwangdurchlauf in der Verdampferhsizfläjhe ein Zwangumlauf Überlagert wird. Hierdurch wird erreicht, dass wegen des

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unabhängig von der Jeweiligen Last des Dampferzeugers wirkenden Zwangumlaufs auch bei kleinster Last des Dampferzeugers die Strömung in den Rohren der betreffenden Verdampferheizfläche stabil bleibt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen je einen Vertikalschnitt durch Dampferzeuger nach der Erfindung.

Gemäss Fig. 1 besteht der als Ganzes rait I bezeichnete Dampferzeuger im wesentlichen aus einem vertikalen Heizgaszug 34, dessen Begrenzungswände von vertikalen Rohren gebildet sind, und innerhalb des Heizgaszuges angeordneten Heizflächen. Die im Heizgaszug 34 zuoberst angeordnete Heizfläche 3 bildet einen Economiser, dem das Speisewasser über eine Leitung 16 mit Speiseventil 18 mittels einer Speisepumpe 17 zugeführt wird. Unterhalb des Economisers 3 sind im Heizgaszug 34 drei in Serie geschaltete Ueberhitzerheizflachen 51, 55 und 59 untergebracht, wobei die Ueberhitzerheizflache 51 über eine Dampfleitung 50 mit dem Dampfraum einer Damp f/V/a s s er trommel 15 in Verbindung steht und an die Ueberhitzerheizfläche 59 eine zu einem Verbraucher führende Frischdampfleitung 60 angeschlossen ist. Nahe dem unteren Ende des Heizgaszuges 34 sind vier Wirbelmuffelbrenner 70 vorgesehen, die paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass in Fig. 1

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nur zwei Brenner sichtbar sind. Aus den Muffeln dieser Brenner tritt das wärmeabgebende Gas in den Zug 34, das seine Wärme an die Heizflächen im wesentlichen nur durch Berührung überträgt, weil die Verbrennung in den ungekühlten Muffeln beendet wird. Den Mündungen der Muffelbr.enner 70 am nächsten liegend ist innerhalb des Heizgaszuges 34 eine Verdampferheizfläche 12 vorgesehen, die aus mehreren, zwischen einem Verteiler 11 und einem Sammler 13 parallel geschalteten Rohren besteht und vom Arbeitsmittel im Zwanglauf gekühlt ist. Der Sammler 13 steht über eine Leitung 14 mit dem Dampfraum der Trommel 15 in Verbindung.

Alle vier Wände des Heizgaszuges sind von miteinander verschweissten Flossenrohren gebildet, wobei die Rohre der Vorderwand 32 und die der Rückwand 33 zwischen einem Verteiler 31 und einem Sammler 35 parallel geschaltet sind. In gleicher Waise sind die Rohre jeder der beiden Seitenwände 42 zwischen el» nem Verteiler 41 und einem Sammler 43 parallel geschaltet. Di· Verteiler 31 und 41 sind über Leitungen 30 bzw. 40 mit einem Fallrohr 20 der Trommel 15 verbunden, wogegen die Sammler 35 und 43 über Leitungen 36 bzw. 44 mit dem Dampfraum der Trommel 15 in Verbindung stehen. Am oberen Ende des Zuge· 34 ist in der einen Seitenwand 42 eine Oeffnung 75 vorgesehen, durch die dae abgekühlte Heizgas den Zug verlässt.

Zur Halterung der Heizflächen 12, 59, 55, 51 und 3 sind Tragrohre 8 vorgesehen, die mit ihrem unteren Ende an einem KoI-

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lektor 6 angeschlossen.sind und mit ihren oberen Enden in einen Sammler 9 münden, der über eine Leitung 10 mit dem Verteiler 11 der. Verdampferheizfläche 12 verbunden ist. Der Kollektor 6 steht über eine eine.Umwälzpumpe22 aufweisende Leitung 21 mit dem Fallrohr 20 und ausserdem über eine Leitung 5 mit dem Austritt des Economisers 3 in Verbindung.

Nach Durchströmen des Economisers 3 gelangt das Speisewasser in den Kollektor 6, in dem es sich mit V/asser aus der Trommel 15 mischt, das über die Leitung 21 mit Hilfe der Umwälzpumpe 22 zugeführt wird. Das Gemisch aus Speisewasser und Umwälzwasser durchströmt nun die Tragrohre 8 und gelangt über die Leitung 10 in die Verdampferheizfläche 12, in der eine teilweise Verdampfung stattfindet. Das Dampf/Wasser-Gemisch strömt über die Leitung 14 zur Trommel 15, in der die Trennung von Dampf und Wasser stattfindet. Gleichzeitig werden die Rohre der.Heizgaszugwände 32, 33 und·42 vom Wasaer im Natürumlauf durchströmt, das aus dem Fallrohr 20 über die Leitungen 30 und 40 den unteren Enden der Rohre zuströmt. Auch das in den Wandrohren entstehende Dampfwassergemisch gelangt in die Trommel 15, wo der Dampf abgeschieden wird. Die im Naturumlauf gekühlte Verdampferheizfläche 32, 33, 42 und die im Zwanglauf gekühlte Verdampf erheizf lache. 12 sind so ausgelegt, dass in letzterer mindestens 30 % und in der Verdampferheizfläche 32, 33, 42 weniger als 40 % der insgesamt erzeugten Frischdampfmenge erzeugt wird.

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Der in der Trommel 15 abgeschiedene Dampf durchströmt nacheinander die drei Ueberhitzerheizflachen 51, 55 und 59 und verlässt den Dampferzeuger über die Frischdampfleimung 60. Zwischen den drei Ueberhitzerheizflachen sind noch Gefässe 53 und 58 eingeschaltet, in die über Leitungen 52 bzw. 57 Wasser aus dem Fallrohr 20 eingespritzt wird. Die eingespritzte Wassermenge kann mit Hilfe von Ventilen 54 und 56 eingestellt werden.

Diese Einspritzvorrichtungen können so ausgelegt sein, dass dort

20 % der gesamten erzeugten Dampfmenge produziert wird. Es j st aber auch möglich, das Ventil 54 auf einen festen Wert einzustellen und das Ventil 56 in Abhängigkeit von der Dampftemperatur in der Frischdampfleiturig 60 zu steueren. V/eiter ist es möglich, die Leitungen 5? und 57 statt am Fallrohr 20 an der Leitung 21 stromunterhalb der Umwälzpumpe 22 anzuschliessen. Dies gestattet, das Ventil kleiner zu bauen und/oder den Zerstäubungsdruck am Eintritt in die Gefässe 53 und 58 zu erhöhen. Anstelle der Einspritzgefässe können für die Wasserzufuhr auch Bjektoren verwendet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 wird eine besondere Umwälzpumpe vermieden, indem die Speisepumpe 17 zur Förderung des Umwälzwassers herangezogen wird. 7,u diesem Zweck ist in dor Leitung 21 ein Wärmeüberträger 2 vorgesehen, dessen SekundärroJ to in die iJpeisewasserleitung Io eiiiKos -?Lal let ist. Die Leitung

21 mündet in einen Speisewasserbehälter 4 und ist zwischen dem

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Wärmeübertrager 2 und dem Speisewasserbehälter/16 ist Mengenmessorgan 19 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Drosselventil 7 in Wirkungsverbindung steht. Das Speiseventil 18 in der Speisewasserleitung 16 steht mit einem an der Trommel 15 angeschlossenen Niveaumessgerät 23 in Wirkungsverbindung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 findet also auch durch den Economiser 3 hindurch eine Umwälzung von Wasser aus der Trommel 15 statt. Diese Schaltung'hat den Vorteil, dass beim Anfahren und bei Kleinlastbetrieb des Dampferzeugers eine relativ hohe Mindestwassermenge von der Speisepumpe 17 gefördert wird, sodass eine besondere Umwälzpumpe eingespart wird.

Anstelle der in Fig. 2 gezeichneten Wirkungsverbindung der Ventile 7 und 18 können diese Wirkungsverbindungen auch vertauscht werden, dh. dass das Speiseventil 18 mit dem Mengenmessorgan 19 verbunden wird uru das Drosselventil 7 mit dem Niveaumessgerät Eine weitere Abwandlungsmöglichkeit besteht darin, die Summe der Mess-ignale des Mengenmessorgans 19 und des Niveaumessorgans 23 auf das Speiseventil 18 und die Differenz der genannten Messi gnals auf das Drosselventil 7 wirken zu lassen oder umgekehrt.

Es ist auch möglich den Gefässen 53 und 58 anstelle von Umwälzwanser Speisewasser zuzuführen.

* 4 mit einem Drosselventil 7 versehen. An die Speisewasserleitung

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Claims (10)

1. PATENTAKSPRUECHE

   ( 1.)Dampferzeuger, bei dem sämtliche Heizflächen in einem Heiz-• gaszug angeordnet sind, dessen Wände mindestens teilweise von vertikalen, kühlmitteldurchflossenen Rohren gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandrohre des Heizgaszuges eine im Naturumlauf gekühlte Verdampferheizfläche bilden und mindestens eine der innerhalb des Zuges angeordneten Heizflächen eine im Zwanglauf gekühlte Verdampferheizflache ist.
2. 2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Zwanglauf gekühlte Verdampferheizfläche zwischen Economiser und Dampf/Wasser-Trenngefäss in den Zwangdurchlauf des Kühlmittels eingeschaltet ist.
3. 3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Naturumlauf gekühlte Verdampferheizflache und die im Zwanglauf gekühlte Verdampferheizflache so ausgelegt sind, dass in der im Zwanglauf gekühlten Verdampferheizfläche bei Normallast des Dampferzeugers mindestens 30 % der insgesamt erzeugten Frischdampfmenge erzeugt wird.
4. 4» Dampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Zwanglauf gekühlte Verdampferheizflache so ausgelegt ist, dass in ihr bei Normallast des Dampferzeugers etwa die Hälfte der insgesamt erzeugten Frischdampfmenge erzeugt wird.

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5. 5. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Naturumlauf gekühlte Verdampferheizfläche und die im Zwanglauf gekühlte Verdampferheizfläche so ausgelegt sind, dass in der im Naturumlauf gekühlten Verdampferheizfläche bei Normallast des Dampferzeugers weniger als 40 % der insgesamt erzeugten Frischdampfmenge erzeugt wird.
6. 6. Dampferzeuger nach Anspruch 1, mit Wassereinspritzung im Bereich der Ueberhitzerheizfläche, dadurch gekennzeichnet, dass 4| mindestens 20 fi der insgesamt erzeugten Frischdampfmenge durch Wassereinspritzung in der Ueberhitzerheizfläche erzeugt wird.
7. 7. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Eintritt des Heiagases in den Zug mindestens ein Heizgas erzeugender Wirbelmuffelbrenner vorgesehen ist.
8. 8. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von

   den innerhalb des Zuges angeordneten Heizflächen die im Zwang- lauf gekühlte Verdampferheizfläche dem Eintritt des Heizgases in den Zug am nächsten liegt.
9. 9. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandrchre des Heizgaszuges gasdicht miteinander versohveisst sind.
10. 10. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

    Mittel vorgesehen sind, durch die nundertens bei Teillast des Dampf-Zwangdurchlauf

    erzeugers dem/in der Verdampferheizfläche ein Zwangumlauf überlagert wird.

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