DE432204C - Verfahren zur Erzeugung von Dampf, insbesondere fuer sehr hohe Druecke - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von Dampf, insbesondere fuer sehr hohe Druecke

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DE432204C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/08Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being steam
    • F22B1/14Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being steam coming in direct contact with water in bulk or in sprays
    • F22B1/146Loffler boilers

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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

  • Verfahren zur Erzeugung von Dampf, insbesondere für sehr hohe Drücke. In neuester Zeit verlangt man Dampferzeuger für sehr 'hohe Drücke. Wenn man bei solchen Hochdruckkesseln sich nicht mit sehr kleinem Wasserinhalt begnügen will, so müssen Trommeln mit heute üblichen Durchmessern, aber mit außerordentlich großen Wandstärken gebaut «-erden. In diesen dicken Wandungen können. bei großen Temperaturunterschieden auf beiden Seiten der Wand starke Wärmespannungen im Material nicht vermieden werden. Die Hochdrucktrommeln dürfen daher nicht im Feuer liegen oder den heißen Rauchgasen ausgesetzt sein. Die Wandstärke der Trommeln muß bei den heute üblichen Hochleistungskesseln wegen der großen Zahl der durch die Siederohre verursachten Löcher viel größer gehalten «-erden, als dies bei einer vollen, d. h. ungeschwächten Trommel bei gleichem Druck nötig wäre.
  • Eine «eitere Schwierigkeit entsteht bei Hochdruckkesseln, sobald unreines Wasser gespeist werden muß, weil Kesselsteinablagerungen bei den hier vorhandenen großen Wandstärken besonders gefährlich sind.
  • Es ist bekannt, die obengenannten Schwierigkeiten dadurch zu umgehen, daß man den Dampfkessel durch einen besonderen Wärmeträger heizt, dessen Druck bei der verlangten Temperatur klein ist und nur kleine Wandstärken bedingt. Es ist auch vorgeschlagen worden, als Wärmeträger überhitzten Dampf zu verwenden, der im Kreislauf durch den Überhitzer und den zu heizenden Kessel gepumpt wird. Bei einer solchen Anordnung liegt nur der aus verhältnismäßig kleinen Rohren bestehende Cberhitzer im Feuer. Die dickwandigen Kesseltrommeln liegen außerhalb des Feuers, erfahren keinen Wärmedurchgang und erleiden daher auch keine Wärmespannungen. Bei einer solchen Heizung eines Dampfkessels durch Einleiten von überhitztem Dampf ins Wasser besteht bei der Verwendung von unreinem Kesselspeisewasser auch keine Gefahr der Verkalkung von Heizflächen. Ein großer Nachteil verbleibt aber, indem diese mit umlaufendem Heizdampf geheizten Dampfkessel eine Umlaufpumpe zur Förderung des Heizdampfes benötigen. Diese Pumpe hat zwar nur den Druckverlust in den Überhitzerschlangen und der überlagerten Wassersäule im Dampfkessel zu überwinden, aber sie muß unter dem vollen Druck des Dampfkessels arbeiten, wodurch nicht unbeträchtliche Stopfbuchsenschwierigkeiten entstehen. Auch die für den Antrieb notwendige mechanische Leistung ist in der Regel so bedeutend, daß der Kesselwirkungsgrad unzulässig beeinträchtigt wird. Eine solche Umlaufpumpe bedeutet aber vor allem eine sehr unangenehme Komplikation der Anlage, aus der leicht schwere Störungen des Betriebes erwachsen können.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dampferzeugung, bei dem die Vorteile der indirekten Heizung durch überhitzten Dampf ausgenutzt, aber die schwerwiegenden Nachteile der Umlaufpumpe vermieden sind. Bei diesem Verfahren strömt der Dampf von einem kleinen Erregerkessel in natürlichem Druckgefälle durch einen Überhitzer in eine erste Kesselstufe mit etwas niedrigerem Druck, gibt dort fe Überhitzungswärme ab und verdampft dadurch eine weitere Flüssigkeitsmenge, z. B. Wasser. Der Heizdampf und der neugebildete Dampf strömen in gesättigtem Zustand durch einen zweiten Überhitzer in eine zweite Kesselstufe, wo der Druck wieder etwas kleiner ist, geben dort wieder ihre Überhitzungswärme ab, verdampfen eine weitere Wassermenge und strömen. mit diesem neuen Dampf weiter. Die in jedem Einzelkessel neu verdampfte Wassermenge ist um so größer, je höher die >C`berhitzungstemperatur über die Sättigungstemperatur gesteigert wird und je geringer die Verdampfungswärme ist. Dieses Verfahren eignet sich daher besonders gut für Dampferzeuger mit sehr hohem Druck, weil bekanntlich bei sehr hohem Druck die Verdampfungswärme klein ist. Nimmt man an, daß die Überhitzungstemperatur in allen Stufen gleich groß und auch die Speisewassertemperatur sämtlicher Kesselstufen die gleiche sei, so wird das Verhältnis der neu verdampften Wassermenge einer Stufe zur Heizdampfmenge ebenfalls einen bestimmten unveränderlichen Wert haben. Ist z. B. die im Erregerkessel erzeugte Dampfmenge G und die durch die Überhitzungswärme in der folgenden Kesselstufe verdampfte Wassermenge der ate Teil davon, so ist die abströmende gesättigte Dampfmenge G (l + a). Nach der zweiten Kesselstufe steht eine Dampfmenge G (L -f- a)= zur Verfügung, und aus der ntea Kesselstufe strömt eine Dampfmenge G (l + a)' ab. Man erkennt, daß die verfügbare Dampfmenge mit zunehmender Stufenzahl rasch anwächst und die Rechnung zeigt, claß es möglich ist, die Erregerdampfmenge mit Hilfe von sechs bis sieben Zusatzstufen ungefähr zu ver zwanzigfachen. Es beträgt also die Erregerdampfmenge nur etwa fünf Prozent der gesamten Dampfmenge und kann dabei in einem kleinen Dampferzeuger beliebigen Systems erzeugt werden. Die eingangs genannten Schwierigkeiten der unmittelbar geheizten Hochdruckkessel treten bei kleineren Abmessungen immer mehr zurück und sind für den kleinen Erregerkessel leicht über-«vindbar. Als Erregerkessel kann ein System irgendwelcher Art verwendet werden. Auch die Beschaffung reinen Speisewassers für den Erregerkessel dürfte in der hierfür nötigen Menge immer möglich sein. Durch die stufenweise Verdampfung entsteht nur ein geringer Verlust an Arbeitsfähigkeit des Dampfes, so daß der durch die Dampfströmung verursachte Verlust im Kessel nur einen kleinen Bruchteil desjenigen beträgt, der durch eine Umlaufpumpe verursacht wird. Von besonderem Vorteil für den Betrieb ist der Wegfall der unter hohem Druck stehenden Umlaufpumpe.
  • In Abb. i der Zeichnung ist eine Dampfkesselanlage gemäß vorliegender Erfindung schematisch dargestellt. i ist der Erregerkessel, der von irgendwelcher Bauart sein und durch eine besondere Feuerung io oder auch durch die Hauptfeuerung der Kesselanlage geheizt werden kann. Im ersteren Fall hat man den Vorteil, daß beispielsweise ein vorhandener normaler Kessel verwendet werden kann.
  • Wird der Erregerkessel in dieselben Feuerzüge wie die Überhitzerrohre eingebaut, so kann er in die Nähe der Feuerung gelegt «-erden, so daß er die Strahlungswärme des Feuers abfängt und von den Überhitzerrohren abhält. Er kann aber auch nach den Überhitzerrohren eingebaut sein, weil dort die Wärme der Heizgase zwar nicht mehr für die Überhitzung, wohl aber noch für die Verdampfung ausgenutzt werden kann.
  • Der im Erregerkessel bei z: B. io8kg/qcm erzeugte Erregerdampf wird im Überhitzer 2 auf hohe Temperatur gebracht und strömt dann infolge natürlichen Druckgefälles in die erste Kesselstufe l mit z. B. io7 kg/qcm, wo er seine Überhitzungswärme unter Verdampfung von Flüssigkeit abgibt. Heizdampf und neu erzeugter Dampf strömen durch den folgenden Überhitzer 3 in die Kesselstufe II mit z. B. io0 kgfqcm und so fort und endlich durch Überhitzer 7 in die Verbraucherleitung 8 bei einem Druck von z. B. ioo kg/qcm. Die Feuerung 9 dient zur Heizung der überhitzerschlangen; die Heizgase strömen bei i i in den Schornstein oder zu Vorwärmeapparaten. 12 ist die Speiseleitung für Kondensat und 13 eine Speiseleitung für Rohwasser.
  • In Abb. 2 ist eine ähnliche Anlage gezeigt, bei der aber die einzelnen Kesselstufen als einzelne Abteilungen innerhalb eines größeren Kesselgefäßes eingebaut sind. Es bedeutet wieder i den Erregerkessel, der hier an den Hauptfeuerungen geheizt wird und -gleichgültig, ob er nun, wie ausgezogen gezeichnet, in der Nähe der Feuerung oder, wie strichpunktiert angedeutet, hinter den Überhitzerrohren liegt - seinen Dampf durch den Überhitzer 2 in die erste Kesselstufe i strömen läßt. Der Dampf strömt, wie bei der Anordnung nach Abb. i beschrieben, durch die folgenden Überhitzerstufen 3 bis ,~ und die folgenden Kesselstufen II bis V. Da der Druckunterschied zwischen den einzelnen Kesselstufen nur gleich dem Strömungswiderstand des Dampfes in der Überhitzerschlange und im Wasser der Kesselstufe ist, können die Zwischenwände 1¢, 15, 16, 17 von geringer Dicke sein.
  • Aus den Heizgasen müssen von Stufe zu Stufe größer werdende Wärmemengen übertragen «-erden. Dieser Aufgabe kann genügt werden, indem man die überhitzerflächen oder die Temperaturdifferenzen zwischen Heizgasen und Dampf oder die Strömungsgeschwindigkeit von Stufe zu Stufe größer wählt. Diese verschiedenen Mittel können auch nebeneinander angewendet werden.
  • Die Temperatur des überhitzten Dampfes soll in allen Stufen ungefähr gleich hoch und bis an die höchste durch das Material der Überhitzerschlangen gesetzte Grenze getrieben «-erden. Dies kann erreicht werden, indem die sämtlichen Überhitzerschlangen parallel nebeneinander in Gegenstrom zu den Heizgasen geführt werden.
  • In der letzten Überhitzerstufe ist nur so viel Wärme zuzuführen, daß die an der Dampfmaschine gewünschte Temperatur erreicht wird.
  • Bezüglich der Anordnung der Überhitzerrohre bestehen verschiedene Möglichkeiten.. Da die Dampfmenge von Stufe zu Stufe zunimmt und dementsprechend die zuzuführende Wärme ebenfalls stufenweise zunimmt, müssen entweder die Oberflächen oder die Temperaturunterschiede oder die Wärmeübergangszahlen von Stufe zu Stufe erhöht werden. Dies geschieht in der Weise, daß die Rohrlängen oder Rohrdurchmesser oder die Anzahl der parallel geschalteten Überhitzerschlangen erhöht wird oder indem man die Stufen für die größeren Dampfmengen in eine Zone höherer Temperatur verlegt als diie Stufen geringerer Dampfmenge oder schließlich die Dampfgeschwindigkeit in den letzten Stufen größer hält als in den ersten.
  • Der in den Überhitzern überhitzte Dampf wird durch Verteildüsen .in den Wasserraum der Verdampfergefäße gebracht. Damit die fein verteilten Dampfblasen ihre Überhitzungswärme an das Wasser im Behälter abgeben und neuen Dampf erzeugen können und ferner die Ausscheidung des gesamten Dampfes aus dem Wasserraum geordnet vor sich geht, müssen die Dampf ausscheidenden Wasseroberflächen entsprechend der Zunahme der Dampfmenge von Stufe zu Stufe größer gemacht werden.
  • Weil die Zuführung der Wärme nicht durch eine Wand, sondern in der Flüssigkeit selbst erfolgt, kann keine gefährliche Kesselsteinabsetzung eintreten. Es ist also möglich, ohne Gefahr z. B. Rohwasser zu speisen, wobei sich die Härte als Schlamm ausscheidet. Man wird zweckmäßigerweise eine oder einige Stufen durch bekannte Maßnahmen zur Verhütung des Mitreißens von Schlamm für die Speisung von Rohwasser besonders ausbilden (s. z. B. Abb. r, Leitung i3).

Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung von Dampf, insbesondere für sehr hohe Drücke, durch mittelbare Heizung mittels iiberhitzten Dampfes als Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet; daß zuerst nur ein Bruchteil des benötigten Dampfes, sogenannter Erregerdampf, erzeugt, dann überhitzt und in zu verdampfende Flüssigkeit geführt wird, die unter etwas niedrigerem Druck steht, worauf unter Abgabe der Überhitzungswärme neuer Dampf erzeugt und zusammen mit dem nun gesättigten Erregerdampf wieder überhitzt und in zu verdampfende Flüssigkeit geführt wird, die unter noch etwas niedrigerem Druck steht, und so fort in stufenweiser Dampferzeugung mit abwechselnder Überhitzung, bis die gewünschte Dampfmenge erzeugt ist.
  2. 2. Dampferzeuger zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerdampf in einem besonderen Kessel bekannter Art erzeugt., durch Rauchgase überhitzt und in einen unter etwas tieferem Druck stehenden, teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behälter geleitet wird, in dem durch Abgabe der Überhitzungswärme neuer Dampf erzeugt wird, der mit dem nun gesättigten Erregerdampf in einem weiteren Überhitzer wieder überhitzt und in einen weiteren Behälter geleitet wird und so fort.
  3. 3. Dampferzeuger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkessel in dein gleichen Heizgaszug wie die Überhitzerschlangen untergebracht ist und dabei dem Feuerraum am nächsten angeordnet wird. q..
  4. Dampferzeuger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkessel im gleichen Heizgaszug wie die Überhitzerschlangen, aber nach ihnen angebracht ist, um die Wärme der abziehenden Gase für die Erzeugung des Erregerdampfes weiter auszunutzen.
  5. 5. Dampferzeuger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerkessel getrennt von den überhitzerschlangen mit einer besonderen Feuerung versehen ist.
  6. 6. Dampferzeuger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhitzer der einzelnen Stufen parallel zueinander und in Gegenstrom zu den Heizgasen in den Rauchgaszügen angeordnet sind.
  7. 7. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhitzung im Überhitzer der letzten Stufe nur bis zu der in der Dampfmaschine gebräuchlichen Höhe, in den Überhitzern der übrigen Stufen aber bis zu der für das Rohrmaterial zulässigen Höhe getrieben wird. B.
  8. Dampferzeuger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der von Stufe zu Stufe zunehmenden Dampfmenge und erforderlichen Überhitzerfläche Rohrlänge oder Rohrdurchmesser oder Anzahl der parallel zueinander geschalteten Überhitzerschlangen erhöht wird.
  9. 9. Dampferzeuger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhitzer der späteren Stufen entsprechend der größeren aufzunehmenden Wärme dem Feuerraum näher gelegen sind als die Überhitzer der ersten Stufen. io.
  10. Dampferzeuger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer mehrerer Stufen in einem gemeinsamen Behälter eingebaut und durch Scheidewände voneinander getrennt sind. i i.
  11. Dampferzeuger nach Anspruch 2, 3 und io, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasseroberflächen der einzelnen Verdampfer von Stufe zu Stufe entsprechend der Zunahme der Dampferzeugung zunehmen.
  12. 12. Dampferzeuger nach Anspruch 2, 3, io und i i, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Verdampferstufen für Verdampfung ungereinigten Wassers ausgebildet sind.
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