DE2337738A1

DE2337738A1 - Einspritz-heissdampfkuehler

Info

Publication number: DE2337738A1
Application number: DE19732337738
Authority: DE
Inventors: Herbert Fangrat; Erich Maurer
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1975-02-06
Also published as: JPS5727367B2; JPS5053703A; US3931371A; GB1431430A; CA1000575A

Description

BABC<g>CK 6. Juli 1973

Tpat/1688/S/Ob

Einspritz-Heißdampfkühler

Die Erfindung betrifft einen Einspritz-Heißdampfkühler, insbesondere zur Regelung der Dampfüberhitzung bei Dampferzeugern, bestehend aus einem Druckgehäuse mit einem innen liegenden Lenkrohr, an dessen Dampfeintrittsseite Einspritzdüsen und an dessen Dampfaustrittsseite ein Umlenkblech und eine Platte mit Löchern angeordnet sind.

Bei Laständerungen entstehen Schwierigkeiten dadurch, daß die Temperatur des Einspritzwassers unterhalb der im Kühler herrschenden Siedetemperatur liegt und daß sich die Vernebelung des Wassers mit geringer werdender Einspritzmenge verschlechtert.

Es ist bekannt, derartige Kühler lotrecht anzuordnen und den Dampf durch das Lenkrohr von oben nach unten zu leiten. Bei geringer Einspritzmenge entstehen statt des Nebels Wassertröpfchen, die bis zum Lenkblech infolge der kleineren spezifischen Oberfläche die Siedetemperatur nicht erreichen können. Größere Wassertröpfchen werden am unteren Ende des Lenkrohres durch Umlenkung ausgeschieden und müssen aus dem Druckgehäuse abgeleitet werden. Das hat den Nachteil, daß ein Wärmeverlust entsteht. Kleinere Wassertröpfchen gelangen nach der Umlenkung beim Austritt des Dampfes aus den Löchern in ein Gebiet niedrigeren Druckes und zerplatzen infolge einsetzender Nachverdampfung. Durch das Zerplatzen werden die Wassertröpfchen auf kürzestem Wege vollständig verdampft. Da jedoch auch diese Was-

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sertröpfchen die Siedetemperatur noch nicht erreichen können, muß bei Schwachlast durch Drosselung ein genügendes Druckgefälle aufgewendet werden, damit eine Nachverdampfung in den Wassertröpfchen eintreten kann. Das hat den Nachteil, daß bei vollem Dampfdurchsatz ein zu großer Druckabfall entsteht.

Es ist ein Einspritz-Heißdampfkühler bekannt (DT-PS 1 012 308), bei dem die Einspritzdüse und die Dampfeintrittsseite des lotrechten Lenkrohres am unteren Ende des Lenkrohres angeordnet sind. Bei geringer Einspritzwassermenge gelangen jedoch an den oberen Behälterboden ausgeschleuderte Wassertröpfchen -zum größten Teil nicht zurück in das Lenkrohr, sondern sie gelangen in einem Zustand in den Ringraum zwischen dem Gehäuse und dem Lenkrohr, wenn sie die Siedetemperatur noch nicht erreicht haben. Das Wasser wird in Betriebspausen-abgeleitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß bei dem eingangs beschriebenen Einspritz-Heißdampfkühler auch im niederen Lastbereich das gesamte Einspritzwasser in Dampf umgeformt wird und daß der Druckabfall bei Vollast nicht zu groß wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei lotrechter Anordnung des Lenkrohres seine Dampfeintrittsseite sowie die Einspritzdüsen am unteren Ende und das Umlenkblech sowie die den Druckabfall erzeugenden Löcher am oberen Ende des Lenkrohres angeordnet sind.

Der Dampf strömt im Umlenkrohr von unten nach oben und die Einspritzung ist im wesentlichen nach oben gerichtet. Bei niedriger Last werden Wassertröpfchen durch die Umlenkung des

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Dampfes oben ausgeschieden, die durch die Anordnung des Umlenkbleches in das Lenkrohr zurückfallen. Der Dampfstrom fördert die Wassertropfen wieder hoch und scheidet sie wieder aus, bis sie die im Kühler herrschende Siedetemperatur erreicht haben.

Durch die Erhitzung auf Siedetemperatur haben die Wassertropfen nicht nur ihre Kohäsion sondern auch ihre Adhäsion gegenüber dem Umlenkblech verloren, weil der innere Dampfdruck auch der Adhäsionskraft entgegen wirkt.· Sobald die Wassertropfen ihre Adhäsion verloren haben, springen sie vom Umlenkblech beim Aufprall ab, werden infolge der fehlenden Kohäsion* dabei fein zerteilt und werden nun infolge der feinen Zerteilung vom ungelenkten Dampfstrom mitgerissen. Somit besteht durch das Umlenkblech eine Sichterwirkung, die von der Temperatur des Wassers abhängt, Nur auf Siedetemperatur erhitztes'Wasser kann von dem Umlenkblech nicht zurückgehalten werden, sondern wird sowohl fein zerteilt als auch durchgelassen. Kälteres Wasser wird zurückgehalten und wird in der Form von abgetropftem Wasser im Dampfstrom so lange in der Schwebe gehalten, bis es die Siedetemperatur erreicht hat und nun auch fein zerteilt und durchgelassen wird.

Somit wird erzielt, daß bei geringer Last das Restwasser zur vollständigen Verdampfung auf kürzestem Wege zu den Löchern im Siedezustand und in fein zerteiltem Zustand gelangt. Daraus ergibt sich, daß nur ein sehr geringer Druckabfall erforderlich ist.

«g Für die Bemessung des Durchlaßquerschnittes der Löcher wird

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der geringste Dampfdurchsatz zugrundegelegt, bei dem Wasser zur Kühlung eingespritzt wird. Der geringste Dampfdurchsatz wird bei Durchlaufdampferzeugern durch deren zulässige Mindestlast begrenzt, die in der Größenordnung von etwa 40 96 der Vollast liegt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beziehen sich insbesondere auf einen Einspritzkühler eines Durchlaufdampferzeugers. Die Vorteile bestehen insbesondere darin, daß oberhalb der Grenze der Mindestlast das eingespritzte Kühlwasser vollständig verdampft wird und daß bis zur Grenze der Vollast der Druckabfall des Dampfes beträchtlich vermindert worden ist.

In vorteilhafter Weise kann die Lochplatte aus dem Lenkrohr selbst gebildet sein, indem am oberen Ende des Lenkrohres die Löcher in radialer Richtung angebracht sind und das Lenkrohr mit dem Umlenkblech abgedeckt ist. Das Umlenkblech lenkt den Dampfstrom um und staut ihn. Durch die Bemessung des Durchlaßquerschnitts der Löcher und die Stauung wird der Druckabfall erzeugt. Durch die Umlenkung werden Wassertröpfchen aus dem Dampfstrom ausgeschieden und prallen auf das Umlenkblech. Auf die im Kühler herrschende Siedetemperatur erhitzte Wassertröpfchen springen zerkleinert vom Lenkblech ab und werden vom umgelenkten Dampfstrom weiter geführt. Kältere Wassertröpfchen hingegen werden beim Aufprall zusammengeballt und tropfen vom Umlenkblech ab, entgegen der Dampfströmung.

Das Umlenkblech kann die Form eines Kegels aufweisen, der im Bereich der Löcher in das Lenkrohr hineinragt. Dadurch wird

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eine gleichmäßige Beaufschlagung der Löcher mit Dampf und ein Abtropfen in die Mitte des Lenkrohres erzielt. Durch Anbringung von ringförmigen Abtropfkanten am kegelförmigen Umlenkblech kann das abtropfende Wasser auf den Querschnitt des entgegenströmenden Dampfes verteilt werden.

Das Lenkrohr kann im oberen Bereich enger sein als im unteren Bereich, wobei beide Bereiche mit einem konischen Zwischenstück verbunden sind. Dadurch entsteht am oberen Ende des Lenkrohres zwischen der Gehäusewand und dem Lenkrohr ein ringförmiger Zwischenraum, in welchem die zerplatzten Wassertröpfchen auf kürzestem Wege vollständig verdampfen.

Das Lenkrohr kann am unteren Ende durch ein konisches Stück eingeengt sein, wodurch die Geschwindigkeit des Heißdampfes an der eingeengten Stelle vergrößert wird. Dadurch entsteht eine Sperrzone, die verhindert, daß Wassertropfen aus dem Lenkrohr nach unten fallen.

Die Einspritzdüsen können nahe an der Innenwand des Lenkrohres angeordnet sein. Dadurch bleibt die Mitte des Lenkrohres zur Hochförderung und Erhitzung von Wassertröpfchen frei von Verwirbelung und gegebenenfalls von den Einspritzdüsen abtropfendes Wasser wird von dem Dampfstrom im Lenkrohr gehalten, bis es die Siedetemperatur erreicht hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Einspritz-Heißdampfkühler im Längsschnitt; Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie A-A in, Fig. 1.

Der Einspritz-Heißdampfkühler ist bei einem Durchlaufdampferzeuger (nicht dargestellt) zwischen dessen Überhitzerstufe 1 und Uberhitzerstufe 2 zur Temperaturregelung des Heißdampfes geschaltet. Er wird von einem zylindrischen Druckgehäuse 3 umschlossen, in das der Heißdampf durch den Stutzen 4 eintritt und aus dem der gekühlte Dampf durch den Stutzen 5 wieder austritt. Zur Kühlung des Dampfes wird geeignetes Druckwasser durch Leitungen mit Hegelventilen 6 in das Gehäuse geleitet, wo es durch Düsen 7 vernebelt wird.

Im Gehäuse 3 ist ein Lenkrohr 8 lotrecht angeordnet. Der lichte Durchmesser des unteren zylindrischen Bereiches 9 ist größer als der obere zylindrische Bereich 10. Die beiden Bereiche 9 und 10 des Umlenkrohres sind mit einem konischen Zwischenstück 11 verschweißt. Das Lenkrohr weist im oberen Bereich 10 radiale Löcher 12 auf und ist mit einem Umlenkblech 13 abgedeckt. Im unteren Bereich 9 ist das Lenkrohr nach unten hin offen. Hier ist die Dampfeintrittsseite, die durch ein konisches Stück 14 eingeengt ist. Die Einspritzdüsen 7 sind nahe an der Innenwand und urten im Lenkrohr angeordnet. Sie sind quer nach oben gerichtet.

Das Umlenkblech 13 weist die Gestalt eines Kegels auf und ragt im Bereiche der Löcher 12 mit der Spitze nach unten in das Lenkrohr. Am Kegelmantel des Umlenkbleches sind ringförmige Abtropfkanten 15 angeordnet, die vorzugsweise einen dreieckigen

Querschnitt aufweisen. _ 7 _

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Der Strömungsquerschnitt des Lenkrohres 8 und der Durchlaßquerschnitt der Löcher 12 sind den Dampfliefermengen des Durchlaufdampferzeugers angepaßt, wobei die zulässige Mindestlast etwa 40 7° der Vollast beträgt. Der S trömungs querschnitt des Lenkrohres 8 ist so groß, daß bei Mindestlast vom Lenkblech 13 abtropfendes Wasser vom Dampfstrom wieder hochgefördert wird. Der Durchlaßquerschnitt der Löcher 12 ist so groß, daß bei Mindestlast, beim Durchströmen des Dampfes durch die Löcher, ein geringer Druckabfall entsteht. Dieser Druckabfall genügt, daß auf Siedetemperatur erhitzte Wassertröpfchen zerplatzen.

Der in der Stufe 1 überhitzte Dampf des Dampferzeugers durchströmt das Lenkrohr 8 des Zwischenkühlers in Richtung der Pfeile lotrecht von unten nach oben, wo er infolge des Umlenkbleches 13 radial durch Löcher 12 aus dem Lenkrohr 8 tritt. Beim Durchströmen der Löcher entsteht ein Druckabfall. Der Dampf wird durch die Uberhitzerstufe 2 weitergeleitet, an deren Endsammler 16 eine Temperaturmeßstelle angeordnet ist. Je nach der gemessenen Temperatur bestätigt ein Regler 17 in einer bestimmten Folge die Regelventile 6, wodurch die eingespritzte Druckwassermenge stufenweise geregelt wird.

Das Druckwasser tritt durch Drall vernebelt im wesentlichen nach oben gerichtet aus den Düsen 7 über den Querschnitt verteilt in den unteren Bereich 9 des Lenkrohres 8. Das Lenkrohr schützt hier das Material des Druckgehäuses 3 vor Spritzwasser. Kleinste Wassertröpfchen erreichen beim Hochfördern die Siedetemperatur und werden vom Dampf durch die Löcher 12 geführt. Beim Austritt aus den Löchern 12 zerplatzen die Tröpfchen infolge des Druckabfalls durch Nachverdampfung. Die zerplatzten

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Tröpfchen verdampfen vollständig in kürzester Zeit.

Größere Wassertröpfchen, die infolge des geringen Bedarfs an Einspritzwasser durch Verschlechterung der Vernebelung entstehen und infolge ihrer kleinen spezifischen Oberfläche die Siedetemperatur bis zur Umlenkung des Dampfstromes nicht erreichen können, werden am oberen Ende des Lenkrohres 8 ausgeschleudert. Da infolge der niedrigen Temperatur die Kohäsion dieser Wassertröpfchen und ihre Adhäsion an dem Umlenkblech groß ist, werden die Wassertröpfchen an der kegeligen Oberfläche des Umlenkbleches eingefangen und tropfen infolge der Schwerkraft von den Tropfkanten 15 in das Lenkrohr 8 ab. Dort werden die Wassertröpfchen vom entgegenströmenden Dampf wieder hochgefördert und weiter erhitzt.

Da die Wassertröpfchen mit dem Erreichen der Siedetemperatur ihre Kohäsion an dem Umlenkblech verlieren, tritt folgende Wirkung ein: Beim Ausschleudern aus dem Dampfstrom springen nur die auf Siedetemperatur erhitzten und auf das kegelige Umlenkblech 13 aufprallenden Wassertropfen etwa im Reflexionswinkel in Richtung zu den Löchern 12 ab und werden dabei fein zerteilt Die fein zerteilten Wassertropfen zerplatzen mit Sicherheit beim Durchtritt durch die Löcher 12 schon bei einem sehr geringen Druckabfall, weil sie im Siedezustand in die Löcher 12 gelangen und beim Austritt aus den Löchern überhitzt sind. Dieser geringe Druckabfall bei Mindestlast des Durchlaufdampferzeugers wird für die Bemessung des Durchlaßquerschnittes der Löcher 12 zugrundegelegt.

Das gesamte eingespritzte Wasser wird bis zur zulässigen Min-

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destlast des Durchlaufdampferzeugers verdampft und bei Vollast wird infolge der Vergrößerung des Durchlaßquerschnittes der Löcher 12 der Druckabfall nicht zu groß.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

\^y Einspritz-Heißdampfkühler, insbesondere zur Regelung der Dampfüberhitzung bei Durchlaufdampferzeugern, bestehend aus einem Druckgehäuse mit einem innen liegenden und lotrecht angeordneten Lenkrohr, an dessen Dampfeintrittsseite Einspritzdüsen und an dessen Dampfaustrittsseite ein Umlenkblech und eine Platte mit Löchern zur Erzeugung eines Druckabfalles angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Dampfeintrittsseite in das Lenkrohr (8) sowie die Einspritzdüse (7) am unteren Ende und das Umlenkblech (15) sowie die den Druckabfall erzeugenden Löcher (12) am oberen Ende des Lenkrohres angeordnet sind.
2. Kühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (12) in der Wand des Lenkrohres (8) in radialer Richtung angebracht sind und daß das Umlenkblech (13) das Lenkrohr oben abdeckt.
3. Kühler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Umlenkblech (13) kegelförmig ist und mit der Spitze nach unten im Bereich der Löcher (12) in das Lenkrohr (8) ragt.
4. Kühler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche des Umlenkbleches (13) ringförmige Abtropfkanten (15) angebracht sind.

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5. Kühler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Lenkrohr (8) im oberen Bereich (10) enger als im unteren Bereich (9) ist und daß beide Bereiche mit einem konischen Zwischenstück (11) verbunden sind.
6. Kühler nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Lenkrohr (8) am unteren Ende durch ein konisches Stück (14) eingeengt ist.
7. Kühler nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einspritzdüsen (7) nahe an der Innenwand des Lenkrohres (8) angeordnet sind.

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