DE2330705B2 - Stehend angeordneter dampferzeuger mit beheizung durch heizgas ueber 750 grad c - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen stehend angeordneten Dampferzeuger mit Beheizung durch Heizgas über 750° C, mit in einem Druckgehäuse angeordneten unteren und einem oberen Rohrboden, wobei zwischen den Rohrböden ein Flüssigkeitsraum für das zu verdampfende Arbeitsmittel und ein darüberliegender Dampfraum gebildet ist, die von in den Rohrboden befestigten, senkrecht angeordneten, vom Heizgas durchströmten Wärmetauscherrohren durchzogen sind, sowie mit im Dampfraum angeordneter Leiteinrichtung zur Überhitzung des verdampften Arbeitsmittels.

In Chemieanlagen fallen häufig Prozeßgase mit hoher Temperatur und hohem Druck an. Da die hohe Temperatur oft für die weitere Prozeßfolge unbrauchbar ist, müssen diese Gase abgekühlt werden. Die abzuführende Wärmemenge soll mit einem möglichst großen Nutzeffekt auf ein anderes Medium übertragen so werden. Dabei ist es aus betriebstechnischen Gründen erforderlich, eine sichere und intensive Kühlung vorzusehen.

Es ist bekannt, die Abkühlung der Prozeßgase in einem Dampferzeuger durchzuführen, in dem Sattdampf erzeugt wird (Energie und Technik, Oktober 1968, S. 320, Bild 17). Bei einem derartigen Dampferzeuger werden die abzukühlenden Prozeßgase durch Wärmetauscherrohre geführt, die auf ihrer ganzen Länge von dem zu verdampfenden Arbeitsmiittel umgeben sind.

Der erzeugte Sattdampf ist nicht universell anwendbar, da bei geringster Abkühlung bereits Kondensation eintritt Selbst die Verwendung des erzeugten Siattdampfes als Beheizungsmedium für ein anderes Betriebsmittel ist problematisch, da in der Regel dieser Dampf zu einem anderen Apparat hingeleitet weiden muß.

Der auf dem Weg dorthin zwangsläufig eintretende Wärmeverlust führt zu vorzeitiger Kondensation und damit zu einem Verlust an bedeutender Wärmeenergie.

Aus der US-PS 34 47 509 ist weiterhin ein Dampferzeuger bekannt, der ein Rohrbündel aufweist, durch dessen Wärmetauscherrohre das Heizmittel strömt und in dem Sattdampf von etwa 270° erzeugt und dieser Dampf anschließend um etwa 20° C überhitzt wird.

Die Überhitzung des Sattdampfes erfolgt in dem über den Flüssigkeitsspiegel hinausragenden Teil des Rohrbündels, wobei in diesem Bereich des Rohrbündels Umlenkflächen als Leitvorrichtung für den Dampf angeordnet s^;nd

Bei dieser Art von Dampferzeugern tritt im Bereich des Flüssigkeitsspiegels in den Rohren ein Temperatursprung auf, da die Rchre im Dampfraum wegen des schlechteren Wärmeüberganges weniger gekühlt werden als in dem Bereich, in dem sie von dem zu verdampfenden, im wesentlichen noch flüssigen Arbeitsmittel umgeben sind. Bei Schwankungen des Wasserstandes werden die Rohre im Bereich des Flüssigkeitsspiegel starken Temperaturänderungen unterworfen, was zu starken Wechselbeanspruchungen im Rohrmaterial führt, die umso größer sind, je höher die Heizmitteltemperatur und die Überhitzungstemperatur des erzeugten Dampfes ist. Diese rasch erfolgenden Wechselbeanspruchungen führen bei hohen Heizmitteltemperaturen und hohen Überhitzungstemperaturen zu Beschädigungen und zu Zerstörungen der Wärmetauscherrohre im Bereich des Flüssigkeitsspiegels.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er auch für Heizmittel bzw. Heizgastemperaturen über 750° C geeignet ist. Insbesondere soll erreicht werden, daß Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels keinen, die Lebensdauer des Dampferzeugers verkürzenden Einfluß ausüben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Leiteinrichtung für den Dampf durch die Wärmetauscherrohre mit Abstand umgebende Dampfleitrohre gebildet wird, die in einem unterhalb des oberen Rohrbodens angeordneten Zwischenboden befestigt sind und bis nahe dem Flüssigkeitsspiegel reichen, wobei die unteren Enden der Dampfleitrohre von Schutzrohren umgeben sind, die unterhalb des niedrigsten Flüssigkeitsspiegels dicht mit den Wärmetauscherrohren verbunden und oberhalb des höchsten Flüssigkeitsspiegels offen sind.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß durch die hohe Geschwindigkeit des Dampfes in dem Ringraum zwischen den Wärmetauscherrohren und die diese umgebenden Dampfleitrohren der Wärmeübergang auf der Dampfseite erhöht wird, wodurch die Temperatur des Rohrmaterials erniedrigt wird, so daß der Temperatursprung zwischen den flüssigkeitsumspülten Rohrabschnitten und den dampfumspülten Rohrabschnitten wesentlich verkleinert wird.

Außerdem treten auch bei Schwankungen des Wasserstandes temperaturbedingte Wechselspannungen in den Wärmetauscherrohren nunmehr nicht mehr auf, da die Wärmetauscherrohre im Bereich der möglichen Wasserstandsschwankung nicht vom flüssigen Arbeitsmittel berührt werden, da sie durch die im Bereich des Flüssigkeitsspiegels angeordneten Schutzrohre abgeschirmt sind.

Um die Wärmetauscherrohre gleichmäßig mit Sattdampf zu beaufschlagen, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Dampfleitrohre an

unteren Enden in den Schutzrohren konzentrisch zu den Schutzrohren geführt

Aus der CH-PS 4 88 966 ist zwar ein Dampferzeuger bekannt, der ebenfalls die Wärmetauscherrohre umgebende Dampfleitrohre aufweist Dieser Dampferzeuger wird jedoch mit flüssigem Metall oder geschmolzenen Metallsalzen beheizt Bei dieser bekannten Anordnung dient der erzeugte Sattdampf als Wärmezwischenträger zwischen dem Heizmittel und dem zu verdampfenden Arbeitsmittel, um einerseits eine geringe Temperaturdifferenz an den das Heizmittel führenden Wärmetauscherrohren zu erreichen und andererseits zu verhindern, daß das sich im flüssigen Zustand befindliche Heizmittel durch kaltes Speisewasser so stark abgekühlt wird, daß es in den festen Zustand übergeht

Dar Anordnung von Dampfleitrohren bei dem Dampferzeuger nach der CH-PS 4 88 966 liegt somit eine andere Aufgabe zugrunde als sie mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die

F i g. 1 zeigt schematisch einen Dampferzeuger,

F i g. 2 ist ein vergrößert dargestellter Schnitt der Rohrsektion in Höhe des schwankenden Flüssigkeitsspiegeis.

Der Dampferzeuger 1 in F i g. 1 enthält ein Heizrohrsystem mit den einzelnen Wärmetauscherrohren 2. die über die Rohrbodenplatten 3 oder über Sammler (nicht dargestellt) mit dem Heizgaseintritt 4 und dem Heizgasaustritt 5 verbunden sind. Speisewasser wird über Stutzen 6 in den Flüssigkeitsraum eingeführt und Dampf über Stutzen 7 abgeführt. Der Dampfraum ist mittels des Zwischenbodens 8 in einen unteren Dampfraum 9, der mit der Flüssigkeit in direktem Kontakt steht und einen oberen Dampfraum 10 unterteilt. Der untere Teil der Wärmetauscherrohre, der von dem umgebenden Speisewasser gekühlt wird, wirkt als Verdampferteil. Im Bereich des schwankenden Flüssigkeitsspiegels 11 sind die Wärmetauscherrohre von Schutzrohren 12 derart umgeben, daß der Flüssigkeitsspiegel die Wärmetauscherrohre selbst nicht berührt Unterhalb des niedrigsten Flüssigkeitsspiegels sind die Schutzrohre dicht mit den Wärmetauscherrohren verbunden.

Der obere Teil der Wärmetauscherrohre ist von Dampfleitrohren 13 umgeben, die oben im Zwischenboden 8 befestigt sind und unten in den Schutzrohren frei münden. Dadurch wird für den im Dampfraum 9 sich sammelnden Dampf ein Zwangsweg geschaffen, so daß dieser Dampf zuerst nach unten in das Schutzrohr 12 strömt dann nach Richtungsumkehr in den Ringraum 14 zwischen Wärmetauscherrohren und Dampfleitrohren strömt und nach oben in den Dampfraum 10 gelangt Von hier aus wird er über Stutzen 7 abgezogen.

Je nach Dimensionierung der oberen Teile der Wärmetauscherrohre und des Ringraumes wird eine mehr oder weniger starke Kühlung der Heizgase und damit Überhitzung des Dampfes erreicht.

Da erfindungsgemäß die heißen Wärmetauscherrohre nur vom strömenden Dampf mit hoher Geschwindigkeit beaufschlagt werden, ist hinreichende Kühlung gewährleistet. Es kommt nicht zu den oben beschriebenen Temperatursprüngen in den Wärmetauscherrohren und den damit verbundenen Korrosionsangriffen.

Die eingezeichneten Rohre sind geradlinig dargestellt, ohne besondere Ausführung hinsichtlich der Wärmeübertragungsflächen. Um eine größere Wärmeübertragungsfläche in einem Dampferzeuger gegebener Abmessung unterzubringen, ist es selbstverständlich möglich, die Wärmetauscherrohre nicht in geradliniger Form, sondern in Wendel- bzw. Schlangenform anzuordnen.

Um die Dampfleitrohre an ihren unteren Enden zu fixieren, um Schwingungen infolge der Dampfströmung zu vermeiden, können sie, wie in F i g. 2 dargestellt, mit Stiften versehen werden. Diese Stifte passen in Ausbuchtungen der Schutzrohre.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Stehend angeordneter Dampferzeuger mit Beheizung durch Heizgas über 750° C, mit in einem Druckgehäuse angeordneten unteren und einem oberen Rohrboden, wobei zwischen den Rohrböden ein Flüssigkeitsraum für das zu verdampfende Arbeitsmittel und ein darüberliegender Dampfraum gebildet ist, die von in den Rohrboden befestigten, ίο senkrecht angeordneten, vom Heizgas durchströmten Wärmetauscherrohren durchzogen sind, sowie mit im Dampfraum angeordneter Leiteinrichtung zur Überhitzung des verdampften Arbeitsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung duich die Wärmetauscherrohre (2) mit Abstand umgebende Dampfleitrohre (13) gebildet ist, die in einem unterhalb des oberen Rohrbodens (3) angeordneten Zwischenboden (8) befestigt sind und bis nahe dem Flüssigkeitsspiegel (11) reichen, wobei die unteren Enden der Dampfleitrohre (13) von Schutzrohren (12) umgeben sind, die unterhalb des niedrigsten Flüssigkeitspiegels dicht mit den Wärmetauscherrohren verbunden und oberhalb des höchsten Flüssigkeitsspiegels offen sind.

2. Stehend angeordneter Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfleitrohre (13) an ihren unteren Enden in den Schutzrohren (12) konzentrisch zu den Schutzrohren geführt sind.