EP0084846A1

EP0084846A1 - Wärmetauscher für den Betrieb einer Heissdampf-Kesselanlage

Info

Publication number: EP0084846A1
Application number: EP83100408A
Authority: EP
Inventors: Karl August Jacob
Original assignee: Jacob Karl August
Current assignee: Jacob Karl August
Priority date: 1982-01-23
Filing date: 1983-01-19
Publication date: 1983-08-03
Also published as: DE3374807D1; ES519175A0; PT76131B; AU1151183A; ES8400185A1; ATE31218T1; JPS59500064A; PT76131A; WO1983002658A1; US4550687A; KR840003346A; EP0084846B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Wärmetauscher (8) insbesondere zum Durchführen des Verfahrens, zum Betrieb eines Hochdruckdampfkessels (1), mit an dem Hochdruckdampfkessel (1) angeschlossenen Verbrauchern (3', 3", 3‴), deren Kondensat zu einem Kondensatbehälter (5) zurückgeführt wird, aus dem mittels einer Speisewasserpumpe (7) dem Dampfkessel (1) Speisewasser und das Kondensat und das Speisewasser vor dem Kondensatbehälter (5) einem Wärmetauscher (8) zugeführt wird. Erfindungsgemäss wird das heisse Kondensat dem freien Raum des Wärmetauschers (8) zugeführt, das zu erwärmende Speisewasser dem Wärmetauscher (8) zugepumpt, im Wärmetauscher (8) vom kalten zum warmen Bereich spiralförmig geführt und vom Wärmetauscher (8) in den Dampfkessel (1) geleitet. Durch diese Aufheizung des Speisewassers wird die im Kondensat enthaltene Wärme wirtschaftlich nutzbar gemacht, so dass sich hohe Einsparungen am Dampfkesselheizmittelbedarf ergeben. Die Erfindung betrifft auch einen Wärmetauscher (8), bestehend aus einem Behälter (5) mit einer darin angeordneten Rohrleitung für das eine Medium und Anschluss für das Zweite Medium. Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung sind besonders vorteilhaft bei Kesselanlagen für Chemischreinigungsbetriebe, Wäschereien usw. anwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hochdruck-Dampfkessels, insbesondere für Chemisch-Reinigungen, Wäschereien oder dergleichen, mit an einem Hochdruck-Dampfkessel angeschlossenen Verbrauchern, deren Kondensat zu einem Kondensat- Behälter zurückgeführt wird, aus dem mittels einer Speisewasser-Pumpe dem Dampfkessel Speisewasser zugeführt wird und das Kondensat und das Speisewasser vor dem Kondensat-Behälter einem Wärmetauscher zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (Wärmetauscher), die insbesondere zum Durchführen des Verfahrens geeignet und bestimmt ist.
Jede Heißdampfkesselanlage ist mit einem Kondensatrücklauf versehen. Das Kondensat besteht aus einem Gemisch aus Brüdendampf mit ca. 105°C sowie einem kondensierten Heißwasserdampfgemisch von ca. 90 - 100°C.
Das heiße Kondenswasser wird normalerweise in einem Kondensatbehälter der Kesselanlage wieder aufgefangen. Eine Kesselspeisewasserpumpe drückt dieses heiße Wasser sodann wieder in den Heißdampf-Kessel, wo eine erneute Verdampfung stattfindet. Da Wasser über 80 - 85°C Schwierigkeiten bei den Pumpen in dem Kessel mit sich bringt, werden entweder die Kondensatbehälter sehr groß angelegt oder das Kondensat wird zusätzlich gekühlt. Dies führt jedoch andererseits wieder zu Schwierigkeiten, wenn das Kondensat zu kalt ist (z.B. 60°C), da dann die Kesselheizflächen bzw.-Leitungen versotten. Es ist auch bekannt, die Kondensatbehälter mit einem Abgasstutzen zu versehen, durch den der Brüdendampf abdampfen kann. Der Sinn aller dieser Maßnahmen ist es, das sehr heiße Kondensat möglichst abzukühlen, so daß eine Kondensatwassertemperatur vor der Pumpe von 60°- 70°C gegeben ist.
Bei derartigen Heißdampfkesselanlagen entstehen hohe Wärmeverluste. Ferner benötigt eine derartige Kesselanlage bei Betriebsbeginn eine lange Anlaufzeit, ehe der Heißdampf seine notwendige Temperatur erreicht hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Betriebsbedingungen einer derartigen Heißdampfkesselanlage derart zu verbessern, daß der Wärmeinhalt des Kondensats ausgenutzt wird, die Anheizzeit des Kessels verkürzt wird und keine Schädigungen der Leitungen und des Kessels, durch ausfallendes S0₂ beispielsweise, auftreten.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß das heiße Kondensat dem freien Raum des Wärmetauschers zugeführt wird, das zu erwärmende Speisewasser dem Wärmetauscher zugepumpt, im Wärmetauscher vom kalten zum warmen Bereich spiralförmig geführt und vom Wärmetauscher in den Dampfkessel geleitet wird.
Das Verfahren wird in vorteilhafter Weise derart geführt, daß das mit einer Temperatur von ca. 90-105°C zufließende Kondensat im Wärmetauscher auf ca. 50°C abgekühlt und vom Speisewasser-Behälter mit einer Temperatur von ca. 40°C dem Wärmetauscher wieder zugeführt und mit einer Temperatur von ca. 90-95°C, oder höher dem Dampfkessel zugeleitet wird.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, insbesondere einen Wärmetauscher, zu schaffen, mit der die Wärme des Kondensats einer Dampfkesselanlage zur Erhöhung der Temperatur des Speisewassers optimal ausgenutzt werden kann, für den Betrieb des Dampfkessels eine möglichst hohe Energieeinsparung erzielt werden kann und in einfacher Weise an verschiedene Betriebsbedingungen bzw. verschiedene Größen des Hochdruck-Dampfkessels, beispielsweise höhere Leistung, leicht angepaßt werden kann und ferner die Leistung des Wärmetauschers in Abhängigkeit vom Kondensatanfall steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Wärmetauscher, der insbesondere zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, und der aus einem Behälter mit einer darin angeordneten Rohrleitung für das eine Medium und Anschluß für das zweite Medium besteht, dadurch gelöst, daß im Deckel des Behälters mündende Anschlüsse für eine erste Kondensatleitung, eine Speisewasser-Zuführleitung und eine Speisewasser-Abführleitung, sowie eine zweite Kondensatleitung vorgesehen sind, daß eine zwischen der Speisewasser-Zuführleitung und der Speisewasser-Abführleitung angeordnete, sich über die Höhe des Behälters erstreckende Speisewasser-Spirale vorgesehen ist, wobei die Speisewasser-Zuführleitung sich bis zum tiefsten Punkt der Speisewasser-Spirale erstreckt und die Speisewasser-Abführleitung vom höchsten Punkt der Speisewasser-Spirale ausgeht.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher wird im Kondensatkreislauf nach der Speisewasser-Pumpe und vor dem Kesseleingang geschaltet.
Durch diese Ausbildung ergibt sich der Vorteil, daß das heiße Frischkondensat abgekühlt wird und andererseits das Kesselspeisewasser von ca. 60°C in der Speisewasser-Spirale durch das Frischkondensat auf ca. 90-95°C und auch höher, vor dem Kesseleintritt aufgeheizt wird.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kondensatleitung mit Verbrauchern verbunden, und führt zu einem Speisewasser-Behälter, wobei die Speisewasser-Zuführleitung an eine Pumpe und die Speisewasser-Abführleitung an einen Hochdruck-Dampfkessel angeschlossen ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Speisewasser-Spirale an ihrem oberen Ende als Flachspirale ausgebildet. Dadurch wird der Wärmeinhalt des Kondensats, der im Frischkondensat vorhanden ist, optimal ausgenützt. Die Flachspirale kann dabei, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eben oder, gemäß Abwandlungen, nach oben zu konkav oder konvex ausgebildet sein.
Zusätzlich kann, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, im Behälter ein beispielsweise konisches, vom Deckel ausgehendes, bis zur Ebene der Flachspirale reichendes, Prallblech (Zwangsstrahlblech) angebracht sein. Dadurch wird der Brüdendampf an die Stelle der Speisewasser-Spirale geführt, die sich am Wärmetauschereingang befindet. Dadurch wird nochmals eine Erhöhung der Temperatur des Kesselspeisewassers um ca. 5°C erreicht.
Zur weiteren Erhöhung der Ausnützung des Wärmeinhaltes des Kondensats ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung unterhalb der Flachspirale ein Rezirkulationsblech vorgesehen.
Durch diese Ausbildung ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß das heiße Frischkondensat im Bereich der Flachspirale eine intensive Turbulenz entwickelt und einen größeren Teil seines Wärmeinhaltes an die Flachspirale abgibt. Das einströmende Frischkondensat verdampft, umströmt zunächst allseitig die Flachspirale und trifft auf das Rezirkulationsblech auf, was die starke Turbulenz zur Folge hat.
In vorteilhafter Weise wird, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das Rezirkulationsblech an der Speisewasser-Zuführleitung angeordnet.
Gemäß einem einfachen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Rezirkulationsblech eben ausgebildet.
Gemäß einer Abwandlung der Erfindung ist das Rezirkulationsblech zum Deckel hin konkav ausgebildet.
In noch weiterer Abwandlung der Erfindung ist das Rezirkulationsblech zum Deckel hin konvex ausgebildet.
Schließlich kann, beispielsweise bei liegender Anordnung eines Wärmetauschers, auch der Boden des Wärmetauschers als Rezirkulationsbleche wirken.
Unabhängig von der räumlichen Ausbildung des Rezirkulationsbleches kann dieses, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung profiliert sein. Die Profilierung kann durch Erhöhungen oder durch Vertiefungen erfolgen, die punkt- oder linienförmig ausgebildet sein können.
Bevorzugt ist der Durchmesser des Rezirkulationsbleches kleiner gewählt als der Innendurchmesser des Behälters. Bei diesem Ausführungsbeispiel strömt somit der Brüdendampf von der Mitte des Wärmetauschers etwa radial nach außen und zwischen Rezirkulationsblech und Wandung des Wärmetauschers nach unten.
Um eine Anpassung an den Durchsatz des Brüdendampfes zu ermöglichen, ist in noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Rezirkulationsblech höhenverstellbar angeordnet.
Um den Wärmetauscher der vorstehend beschriebenen Art derart auszubilden, daß er in einfacher Weise an verschiedene Betriebsbedingungen bzw. verschiedene Größen des Hochdruck-Dampfkessels, beispielsweise höhere Leistung, leicht angepaßt werden kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mindestens ein, mit dem Behälter verbindbarer und durch den mit Anschlüssen für die Kondensatleitung, eine erste Speisewasser-Leitung und eine zweite Speisewasser-Leitung versehenen Deckel verschließbarer Rohrschuß vorgesehen ist, mit einer Speisewasser-Flachspirale, einem Prallblech und einem Rezirkulationsblech sowie mit Verbindungsmittel zwischen Speisewasser-Leitungen und Speisewasser-Flachspirale des Rohrschusses mit Speisewasser-Leitung der Flachspirale des Behälters.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung von zusätzlich anbringbaren Rohrschüssen mit Flachspirale wird in vorteilhafter Weise eine einfache Anpassung an verschiedene Betriebsgrößen des jeweils zu betreibenden Hochdruck-Dampfkessels ermöglicht.
Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Rezirkulationsblech im Rohrschuß analog ausgebildet sein zu dem Rezirkulationsblech im Wärmetauscher-Behälter selbst. Insbesondere ist in vorteilhafter Weise das Rezirkulationsblech an der Speisewasser-Zuführleitung des Rohrschusses angeordnet. Nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist das Rezirkulationsblech eben ausgebildet.
Um den Brüdendampf durch das Rezirkulationsblech wieder nach oben zu leiten, ist in vorteilhafter Weise das Rezirkulationsblech zum Deckel hin konkav ausgebildet.
Soll hingegen ein bestimmter Anteil des Brüdendampfes der zweiten ebenen Flachspirale im Behälter zugeführt werden, dann ist es vorteilhaft, wenn das Rezirkulationsblech zum Deckel hin konvex ausgebildet ist.
In noch weiterer Ausgestaltung kann das Rezirkulationsblech profiliert ausgebildet sein.
Im allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser des Rezirkulationsbleches kleiner ist. als der Innendurchmesser des Rohrschusses. In Verbindung mit dem Prallblech ist es zweckmäßig, wenn der Durchmesser des Rezirkulationsbleches größer ist als der freie innere Durchmesser des Prallbleches.
Auch im Rohrschuß kann, zur Anpassung an den Durchsatz des Brüdendampfes, in noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung, das Rezirkulationsblech höhenverstellbar angeordnet sein. In vorteilhafter Weise sind Antriebsmittel für Höhenverstellmittel (des) der Rezirkulationsbleche(s) vorgesehen. Die Antriebsmittel für die Höhenverstellmittel können elektrisch oder elektronisch gesteuert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher wird, bedingt durch die spezielle Art der Zuleitung, das Rückkondensat von den Verbrauchsstellen in zwei Aggregatszuständen Gas und Flüssigkeit getrennt, nämlich Brüdendampf und Heißwasser. Dadurch entsteht im Wärmetauscher eine Primär-(Gas)-Zone und eine Sekundär-(Wasser)-Zone. Durch die Dampfbildung in der speziell geformten Primärzone ist ein hoher k-Wert gegeben. In der Sekundärzone wird das Kesselspeisewasser vorgeheizt. Diese Zone befindet sich im unteren Drittel des Wärmetauschers, nämlich im Flüssigkeitsbereich.
Um den Wirkungsgrad dieses Wärmetauschers noch weiter zu erhöhen, und eine weitere Energieeinsparung für den Betrieb des Dampfkessels zu erzielen ist, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, in der Kondensat-Leitung vom Wärmetauscher zum Kondensat-Behälter eine Rückschlagklappe angeordnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kondensat- Leitung als Steigleitung zu dem in einem gegenüber dem Ort des Wärmetauschers höheren Niveau angeordneten Kondensat-Behälter ausgebildet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß ein die Funktion des Wärmetauschers gewährleistender Staudruck entsteht. Da der Wärmetauscher im Druckbereich von + 0,2 bar arbeitet, verhindert die Rückschlagklappe die Rücksaugung des wärmetechnisch verbrauchten Kondensats.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann zusätzlich zur Erzeugung von Brauchwasser verwendet werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn um den Wärmetauscher ein Brauchwasser-Behälter-Mantel angeordnet ist mit einem Brauchwasser-Zuführanschluß und einem Brauchwasser-Abführanschluß.
Zur noch weiteren Steigerung der Ausnutzung des Wärmeinhalts des Kondensats ist es vorteilhaft, wenn die Kondensat-Leitung mit Behälter wärmeisoliert ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der Ausführungsbeispiele gemäß der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Heißdampf- Kesselanlage,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher,
Fig. 3 einen Querschnitt in Höhe der ebenen Spirale gemäß dem Schnitt I-I in Fig. 2,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
Fig. 5 einen Querschnitt in Höhe der ebenen Spirale gemäß dem Schnitt I-I in Fig. 4,
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer Heißdampf-Kesselanlage, analog zu Fig. 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers,
Fig. 8 einen Querschnitt in Höhe der ebenen Spirale gemäß dem Schnitt I-I bzw. II-II in Fig. 7,
Fig. 9 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Heißdampf-Kesselanlage analog Fig. 1 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers, und
Fig.10 einen längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers gemäß Fig. 9.

In Fig. 1 ist schematisch eine Hochdruck-Dampfkessel-Anlage dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
Eine derartige Anlage umfaßt einen Hochdruck-Dampfkessel 1, der einen Hochdruckdampf mit einer Temperatur von etwa 150 - 170°C bei einem Druck von etwa 5- 7 bar abgibt.
Der Heißdampf wird über eine Hochdruck-Dampfleitung 2 Verbrauchern 3',3",3"' zugeführt. Derartige Verbraucher können, bei Verwendung der Kesselanlage in einer Chemisch-Reinigung oder in einer Wäscherei, Bügelmaschinen, Dämpfpuppen, Dämpfkabinen oder dergleichen sein. Von den Verbrauchern 3',3",3"' wird das Heißkondensat über eine erste Kondensat-Leitung 4 zurückgeführt. Diese Leitung 4 führt normalerweise zu einem Speisewasser-(Kondensat)-Behälter 5, in dem das Kondensat abkühlt. Vom Kondensatbehälter 5 wird das Speisewasser mittels einer Speisewasser-Pumpe 7 wieder dem Hochdruck-Dampfkessel 1 zugeführt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Kondensat, ehe es in den Kondensat-Behälter 5 eintritt, durch einen Wärmetauscher 8 geführt. Im Wärmetauscher 8 wird die Wärme des mit einer Temperatur von etwa 90 - 105°C zurückfließenden Kondensats an das Speisewasser abgegeben, sodaß das Kondensat beim Verlassen des Wärmetauschers 8 eine Temperatur von etwa 50°C aufweist und mit dieser Temperatur in den Speisewasser-Behälter 5 eintritt. Durch die Abkühlung im Behälter 5 sinkt die Temperatur des Speisewassers nach der Pumpe 7 auf etwa 40°C. Durch den Wärmeaustausch im Wärmetauscher 8 wird sodann die Temperatur des Kesselwassers wiederum auf etwa 80 - 105°C erhöht.
Da das Speisewasser bereits mit relativ hoher Temperatur in den Dampfkessel 1 eintritt, wird die zur Erzeugung des Dampfes mit 150 - 170°C benötigte Wärmemenge verringert. Messungen haben ergeben, daß ein mindestens 20% geringerer Bedarf an Heizenergie entsteht.
Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich dadurch, daß bei Betriebsbeginn der Heizkessel 1 wesentlich früher seine Betriebstemperatur erreicht und den Heißdampf abgeben kann. Das heiße Frischkondensat kühlt sich durch die Abgabe der Wärme an das durchgepumpte Kondensat ab. Der durch die Pumpe 7 bewirkte Zwangsdurchlauf durch den Wärmetauscher 8 ermöglicht die vorteilhafte Ausnützung der Wärme des Wärmeinhaltes des Heißkondensats aus der Rücklaufleitung 4 zur Aufheizung des Speisewassers für den Dampfkessel 1.
.In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 8 im Längsschnitt dargestellt. Dieser Wärmetauscher 8 besteht im allgemeinen aus einem zylindrischen Kessel mit einem Deckelteil 17, in den die Kondensatleitung 4 und eine Speisewasser-Zuführleitung 6 münden. Das abgekühlte Kondensat wird mittels einer zweiten Kondensatleitung 10 zu einem Speisewasser-Behälter 5 geleitet. Die Speisewasser-Zuführleitung 6 erstreckt sich vom Deckel 17 bis zum tiefsten Punkt des Wärmetauschers 8 und wird dann spiralförmig als Schlange bis zu einer, ebenfalls am Deckel 17 angeordneten Speisewasser-Abführleitung 9 geführt. Durch die Anordnung der Kondensat- Leitung 4 am Deckel 17 wird erreicht, daß das heißeste Kondensat auf die Endwindungen einer Speisewasser-Spirale 11 kurz vor deren Austritt aus dem Wärmetauscher 8 auftrifft.
Dadurch, daß der Wärmetauscher 8 im Kreislauf nach der Pumpe 7 und vor dem Kessel 1 geschaltet ist, ergibt sich eine besonders günstige Ausnützung der Wärme des Kondensats, durch den dadurch bedingten Zwangsdurchlauf des Kesselspeisewassers durch den Wärmetauscher 8.
Eine noch weitere Erhöhung der Temperatur des durchgepumpten Kessel-Speisewassers kann dadurch erreicht werden, daß die Speisewasser-Spirale 11 an ihrem oberen Ende mit einer zusätzlichen, ebenen bzw. nach oben konvexen oder konkaven Speisewasser-Spirale 12 bzw. Flachspirale versehen ist. Bei Anwendung einer derartigen zusätzlichen Flachspirale wird zweckmäßig, ausgehend vom Deckel 1₇,ein Prallblech 16 (Zwangsstrahlblech) vorgesehen. Dieses Prallblech 16 kann scheibenförmig oder ringförmig ausgebildet sein. Durch dieses Prallblech 16 wird der Brüdendampf an die Stellen der Spiralen 11 bzw. 12 geführt, die sich am Wärmetauscher-Eingang befinden. Die Anwendung einer ebenen Flachspirale 12 und eines Prallbleches 16 ergibt eine weitere Erhöhung der Temperatur des Kessel- Speisewassers um ca. 5°C.
In Fig. 3 ist in einem Querschnitt gemäß der Linie I-I der Fig. 2 in der Ebene der Flachspirale 12 die Zuordnung der einzelnen Leitungen und Spiralen ersichtlich.
Durch die Erhöhung der Temperatur des Kessel-Speisewassers auf ca. 80 - 105°C wird einerseits erreicht, daß der Kessel 1 in ca. 15 - 30 Minuten seinen vollen Betrieb aufnehmen kann und daß der Schwefelanteil im Heizöl für den Heizkessel stets gasförmig bleibt, sodaß kein S0₂ ausfällt und damit auch eine Versottung der Heizflächen des Kessels 1 vermieden wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers gemäß Fig. 4 und 5 ist, um die Verweildauer des Frischkondensates im Bereich der ebenen Spirale 12 zu vergrößern bzw. Frischkondensat zu speichern, unterhalb dieser Flachspirale 12 ein Rezirkulationsblech 18 vorgesehen. Dieses, vorzugsweise runde, Rezirkulationsblech 18 ist zweckmäßig an der Speisewasser-Zuführleitung 6 angeordnet. Das Rezirkulationsblech 18 kann dabei mit der Leitung 6 verschweißt sein. Es kann auch an geeigneten Stegen 19 aufgelegt oder eingehängt sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Rezirkulationsblech 18 auch höhenverstellbar angeordnet sein. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, eine Anpassung des Spaltes zwischen Prallblech 16 und Rezirkulationsblech 18 an den jeweiligen Durchsatz an Frischkondensat anzupassen.
Die Ausbildung ist dabei derart getroffen, daß der Durchmesser des Rezirkulationsbleches 18 kleiner ist als der Innendurchmesser des Wärmetauschers. Dadurch ergibt sich ein Spalt zwischen dem Mantel des Wärmetauschers und dem Rezirkulationsblech 18, durch den das abgekühlte Kondensat nach unten absinken kann.
Das Rezirkulationsblech 18 kann, wie in Fig. 4 links dargestellt, eben ausgebildet sein oder aber auch konvex bzw. konkav in Richtung zum Deckel 17, wie in Fig. 4 rechts gezeigt.
In Fig. 5 ist in einem Querschnitt gemäß der Linie I-I der Fig. 4 in der Ebene der Flachspirale 12 die Zuordnung der einzelnen Leitungen und Spiralen sowie des Prallbleches 16 und des Rezirkulationsbleches 18 ersichtlich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 6 bis 8 ist auf dem Behälter 8 des Wärmetauschers, zwecks Anpassung an die jeweilige Leistung des Hochdruck-Dampfkessels 1 (Fig. 6) ein zweiter Wärmetauscher derart angeordnet, daß ein Rohrschuß 20 besteht, wobei Rohrschuß 20 und Behälter 8 über Ringflansche 22, 23 miteinander verbunden sind.
In Fig. 7 ist ein derartiger erfindungsgemäßer Wärmetauscher 8 in Verbindung mit dem Rohrschuß 20 im Längsschnitt dargestellt.
Der erfindungsgemäß vorgesehene, zusätzliche Wärmetauscherabschnitt ist in einem Rohrschuß 20 angeordnet. Dieser Rohrschuß 20 ist mit einem oberen Ringflansch 21 versehen, mit dem ein Deckel 17 verbunden ist. In den Deckelteil 17 mündet die Kondensatleitung 4 und eine Speisewasser-Zuführleitung 6". Durch eine ebenfalls am Deckel 17 angeordnete Speisewasser-Abführleitung 9" wird das Speisewasser an den Kessel 1 zurückgeleitet. Das abgekühlte Kondensat wird mittels einer am Behälter 8 angeordneten Kondensat- Leitung 10 zu einem Speisewasser-Behälter 5 geleitet. Die Speisewasser-Zuführleitung 6" bzw. 6' erstreckt sich vom Deckel 17 bis zum tiefsten Punkt des Behälters 8 und wird dann spiralförmig als Schlange bis zu der Speisewasser-Abführleitung 9' bzw. 9" geführt. Durch die Anordnung der Kondensat-Leitung 4 am Deckel 17 wird erreicht, daß das heißeste Kondensat auf die Endwindungen einer im Rohrschuß 20 angeordneten Speisewasser-Flachspirale 12" , kurz vor deren Austritt aus dem Wärmetauscher-Rohrschuß 20, auftrifft.
Die Speisewasser-Spirale 11 ist auch im Behälter 8 an ihrem oberen Ende als ebene oder konkave oder konvexe Speisewasser-Flachspirale 12' ausgebildet, die mit einer Flachspirale 12" im Rohrschuß 20 verbunden ist. Auch im Rohrschuß 20 ist ein Rezirkulationsblech 18" vorgesehen, sowie ein Prallblech 16" .
Zur besseren übersicht bzw. Verdeutlichung sind in Fig. 7 die Speisewasser-Spirale 11 bzw. die etwa ebenen Speisewasser-Flachspiralen 12- und 12" , abweichend von der in Wirklichkeit etwa waagerechten Lage im Behälter 8 bzw. im Rohrschuß 20, geneigt dargestellt.
Durch die Prallbleche 16',16" wird der Brüdendampf an die Stellen der Spiralen 11 bzw. 12',12" geführt, die sich am Kesseleingang befinden. Diese Anwendung ebener Flachspiralen 12',12" und Prallbleche 16',16" ergibt eine weitere Erhöhung der Temperatur des Kessel-Speisewassers um ca. 5°C.
Die unterhalb der Flachspirale 12' bzw. 12" vorgesehenen Rezirkulationsbleche 18',18" vergrößern die Verweildauer des Brüdendampfes im Bereich der ebenen Spiralen 12- bzw. 12" .
Diese, vorzugsweise runden, Rezirkulationsbleche 18',18" sind zweckmäßig jeweils an der Speisewasser-Zuführleitung 6' bzw. 6" angeordnet. Das jeweilige Rezirkulationsblech 18' bzw. 18" kann dabei mit der Leitung 6' bzw. 6" verschweißt sein. Es kann auch an geeigneten Stegen 19 aufgelegt oder eingehängt sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbidung kann jedes Rezirkulationsblech 18' bzw. 18" auch höhenverstellbar angeordnet sein. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, eine Anpassung des Spaltes zwischen zugehörigem Prallblech 16- bzw. 16" und Rezirkulationsblech 18',18" an den jeweiligen Durchsatz an Brüdendampf anzupassen.
Die Ausbildung kann dabei derart getroffen sein, daß Höhenverstellmittel 25 vorgesehen sind, die durch Antriebsmittel 26 betätigt werden. Die Steuerung der Antriebsmittel 26 kann dabei durch elektronische oder elektrische Elemente erfolgen, die in Abhängigkeit vom Anfall an Brüdendampf die Antriebsmittel 26 steuern. Dabei kann beispielsweise eine Turbine an der Kondensat-Leitung 4 zur Mengenmessung des einströmenden Brüdendampfes bzw. Kondensats vorgesehen werden.
Die Ausbildung der Rezirkulationsbleche 18' bzw. 18" kann dabei derart getroffen sein, daß ihr Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Behälters 8 bzw. des Rohrschusses 20. Dadurch ergibt sich jeweils ein Spalt zwischen dem Mantel des Behälters 8 bzw. Rohrschusses 20 und dem Rezirkulationsblech 18' bzw. 18", durch den das abgekühlte Kondensat nach unten absinken kann.
Das jeweilige Rezirkulationsblech 18',18" kann, wie in Fig. 7 dargestellt, eben ausgebildet sein oder aber auch konvex bzw. konkav in Richtung zum Deckel 17.
Durch den erfindungsgemäßen, zusätzlichen Wärmetauscherteil im Rohrschuß 20 ist es möglich, den Wärmetauscher an die jeweiligen Betriebsbedingungen des zugehörigen Hochdruck-Dampfkessels bzw. der Anlage anzupassen. Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere Rohrschüsse 20 mit einer jeweiligen ebenen Flachspirale axial hintereinander anzubringen. Es brauchen dazu lediglich die jeweiligen Flansche verbunden und auf den obersten Rohrschuß 20 der Deckel 17 aufgeschraubt zu werden. Die Speisewasser-Leitung 6' bzw. 6" der einzelnen Rohrschüsse 20 und des Wärmetauscherteils 8 werden durch an sich bekannte, beliebige Verbindungsmittel 24 miteinander verbunden.
In Fig. 8 ist in einem Querschnitt gemäß den Linien I-I bzw. II-II der Fig. 7 in den Ebenen der Flachspiralen 12', 12" die Zuordnung der einzelnen Leitungen und Spiralen sowie der Prallbleche 16', 16" und der Rezirkulationsbleche 18',18" ersichtlich.
Die Fig. 9 und 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem durch eine entsprechende Ausbildung der Leitungen der Wirkungsgrad des Wärmetauschers 8 weiter erhöht und für den Betrieb des Dampfkessels 1 eine weitere Energieeinsparung erzielt werden kann.
In Fig. 9 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Anlage schematisch dargestellt. In Fig. 10 ein erfindungsgemäß weitergebildeter Wärmetauscher 8. In Fig. 10 ist dieser erfindungsgemäße Wärmetauscher 8 im Längsschnitt dargestellt. Das abgekühlte Kondensat, wird, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, mittels einer zweiten Kondensat-Leitung 10 dem Speisewasser-Behälter 5 zugeleitet. Die zweite, nach oben führende Kondensat-Leitung 10 weist eine Höhendifferenz von etwa 2,5 m auf und ist vorzugsweise im oberen Bereich mit einer Rückschlagklappe 27 versehen.
Durch die Anordnung der Rückschlagklappe 27 in der Leitung 10 wird erreicht, daß beim Arbeiten des Wärmetauschers 8 im Unterdruckbereich das wärmetechnisch verbrauchte Kondensat nicht in den Wärmetauscher 8 zurückgesaugt wird und das Gasvolumen der Primärzone aufrechterhalten bleibt. Durch das Hochführen der Kondensatleitung 10 und die Rückschlagklappe 27 entsteht der für die Funktion des Wärmetauschers vorteilhafte Staudruck. Die dadurch sich ergebende Unterteilung des Wärmetauschers in zwei Zonen ermöglicht, daß das auftretende Kondensat sich schlagartig entspannt, d.h. expandiert und sich zu einem Gasvolumen im Sinne des Aggregatszustandes als Gas vergrößert. Zur selben Zeit wird dem Gasvolumen durch Kontakt mit einer großen wärmeabziehenden Oberfläche, nämlich der Speisewasser-Spirale 11, schlagartig ein großer Teil des Wärmeinhaltes entzogen. Der Dampf fällt auf ca. 1/1000 seines Volumens zusammen, wodurch ein Vakuum von bis zu -0,4 bar im gesamten Kondensat-Leitungssystem entsteht. Dadurch wird Kondensat beschleunigt dem Wärmetauscher zugeführt.
Die repulsierende Arbeitsweise des Wärmetauschers im plus- und minus-Druckbereich ermöglicht den Aufbau der Druckzone und damit die Speicherung von ungleichmäßig anfallendem Frischkondensat. Da durch das Staudruckprinzip, Hochführung der Kondensat- Leitung auf der Ausgangsseite um ca. 2,5 m, ein Druckaufbau entsteht, mit maximal ca. 0,4 bar, ist die Primärzone zeitweise mit einem Niederdruckdampfkessel zu vergleichen.
Eine noch weitere Ausnutzung des Wärmeinhaltes des Kondensats kann dadurch stattfinden, daß der Wärmetauscher 8 mit einem zusätzlichen Mantel 15 (Fig. 2 oder 3) umgeben ist, der einen Brauchwasserbehälter bildet. Das Brauchwasser kann durch einen Brauchwasser-Zuführanschluß 13 zugeleitet und vom Brauchwasser-Zylinder durch eine Brauchwasser-Abführleitung 14 entnommen werden.
Eine noch weitere Erhöhung der Wärmeausnützung ergibt sich dann, wenn die Kondensat-Leitung 4, sowie der Wärmetauscher wärmeisoliert ist.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teil- und Unterkombinationen der dargestellten bzw. beschriebenen Merkmale und Maßnahmen.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines Hochdruck-Dampfkessels (1), insbesondere für Chemisch-Reinigungen , Wäschereien oder dergleichen, mit an einem Hochdruck-Dampfkessel (1) angeschlossenen Verbrauchern (3', 3", 3"') deren Kondensat zu einem Kondensat- Behälter (5) zurückgeführt wird, aus dem mittels einer Speisewasser-Pumpe (7) dem Dampfkessel (1) Speisewasser zugeführt wird, das Kondensat und das Speisewasser vor dem Kondensat-Behälter (5) einem Wärmetauscher (8) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Kondensat dem freien Raum des Wärmetauschers (8) zugeführt wird, das zu erwärmende Speisewasser dem Wärmetauscher (8) zugepumpt, im Wärmetauscher (8) vom kalten zum warmen Bereich spiralförmig geführt und vom Wärmetauscher (8) in den Dampfkessel (1) geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einer Temperatur von ca. 90 - 105°C zufließende Kondensat im Wärmetauscher (8) auf ca. 50°C abgekühlt und vom Speisewasser-Behälter (5) mit einer Temperatur von ca. 40°C dem Wärmetauscher (8) wieder zugeführt und mit einer Temperatur von ca. 90 - 95°C dem Dampfkessel (1) zugeleitet wird.

3. Wärmetauscher insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem Behälter mit einer darin angeordneten Rohrleitung für das eine Medium und Anschluß für das zweite Medium, gekennzeichnet durch im Deckel (17) des Behälters (8) mündende Anschlüsse für eine Kondensatleitung (4), eine Speisewasser-Zuführleitung (6) und eine Speisewasser-Abführleitung (9), sowie eine Kondensatleitung (10), durch eine zwischen der Speisewasser-Zuführleitung (6) und der Speisewasser-Abführleitung (9) angeordnete, sich über die Höhe des Behälters (8) erstreckende Speisewasser-Spirale (11), wobei die Speisewasser-Zuführleitung (6) sich bis zum tiefsten Punkt der Speisewasser-Spirale (11) erstreckt und die Speisewasser-Abführleitung (9) vom höchsten Punkt der Speisewasser-Spirale (11) ausgeht.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-Leitung (4) mit Verbrauchern (3',3",3"') verbunden ist, daß die Kondensat-Leitung (10) zu einem Speisewasser-Behälter (5) führt, daß die Speisewasser-Zuführleitung (6) an eine Pumpe (7) und die Speisewasser-Abführleitung (9) an einen Hochdruck-Dampfkessel (1) angeschlossen ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisewasser-Spirale (11) an ihrem oberen Ende als eine Flachspirale (12) ausgebildet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspirale (12) eben ausgebildet ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspirale (12) nach oben konkav oder konvex ausgebildet ist.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 7,dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (8) ein vom Deckel (7) ausgehendes, bis zur Ebene der Flachspirale (12) reichendes, Prallblech (16) angeordnet ist.

9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Flachspirale (12) ein Rezirkulationsblech (18) vorgesehen ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rezirkulationsblech (18) an der Speisewasser-Zuführleitung (6) angeordnet ist.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rezirkulationsblech (18) eben ausgebildet ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rezirkulationsblech (18) zum Deckel (17) hin konkav ausgebildet ist.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rezirkulationsblech (18) zum Deckel (17) hin konvex ausgebildet ist.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 9 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Rezirkulationsblech (18) profiliert ist.

15.Wärmetauscher nach Anspruch 9 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet; daß der Durchmesser des Rezirkulationsbleches (18) kleiner ist als der Innendurchmesser des Behälters (8).

16. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rezirkulationsblech (18) höhenverstellbar angeordnet ist.

17. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens einen, mit dem Behälter (8) verbindbaren und durch den mit Anschlüssen für die Kondensatleitung (4), die erste Speisewasser-Leitung (6-) und die zweite Speisewasser-Leitung (9') versehenen Deckel (17) verschließbaren, Rohrschuß (20) mit einer Speisewasser-Flachspirale (12-), Prallblech (16') und Rezirkulationsblech (18'), sowie durch Verbindungsmittel (24) zwischen Speisewasser-Leitungen (6;6') und Speisewasser-Flachspirale (12') des Rohrschusses (20) mit Speisewasser-Leitung (9) der Flachspirale (12) des Behälters (8).

18. Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Rezirkulationsblech (18') an der Speisewasser-Zuführleitung (6') des Rohrschusses (20) angeordnet ist.

19. Wärmetauscher nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rezirkulationsbleches (18') kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrschusses (20).

20. Wärmetauscher nach Anspruch 17 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rezirkulationsbleches (18 bzw. 18') größer ist als der freie innere Durchmesser des Prallbleches (16 bzw. 16").

21. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eines der (oder die) Rezirkulationsbleche (18 bzw.18") im Rohrschuß (20) und/oder im Behälter (8) höhenverstellbar angeordnet ist (sind).

22. Wärmetauscher nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch Antriebsmittel (26) für Höhenverstellmittel (25) (des) der Rezirkulationsbleche(s) (18 bzw. 18') .

23. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kondensat-Leitung (10) vom Wärmetauscher (8) zum Kondensat-Behälter (5) eine Rückschlagklappe (27) angeordnet ist.

24. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensat-Leitung (10) als Steigleitung zu dem in einem gegenüber dem Ort des Wärmetauschers (8) höheren Niveau angeordneten Kondensat-Behälter (5) ausgebildet ist.

25. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder folgenden, gekennzeichnet durch einen, den Behälter (17) umschließenden, Brauchwasser-Behälter-Mantel (15) mit Brauchwasser-Zuführanschluß (13) und Brauchwasser-Abführanschluß (14).

26. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatleitung (4) wärmeisoliert ist.

Bezugszeichenliste