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Dampferzeuger, bei dem das Arbeitsmittel durch die parallel zueinander geschalteten Strahlungs- und Berührungsheizfläche zwangsmässig umgewälzt wird.
Bei Zwangumlaufkesseln ist es bekannt, die Rohre so anzuordnen, dass sie eine im Feuerraum liegende Strahlungsfläche und eine Berührungsheizfläche bilden, die nacheinander vom Arbeitsmittel durchströmt werden. Diese Ausführung ist jedoch aus baulichen Gründen nicht immer möglich, so dass in manchen Fällen die Strahlungsfläche und die Berührungsfläche parallel geschaltet werden müssen.
Bekanntlich entsteht dann die Schwierigkeit der Wasserverteilung, weil bei den verschiedenen Belastungen die Strahlung-und Berührungsheizfläche sich in ihrer verhältnismässigen Wärmeaufnahme stark ändern. Bei kleiner Last z. B. nimmt die Strahlungsheizfläche den grössten Teil der im ganzen Kessel umgesetzten Wärme auf, die Berührungsheizfläche jedoch nur einen relativ kleinen Teil. Da in der Berührungsheizfläche keine nennenswerte Dampfbildung einsetzt und der Strömungswiderstand daher klein ist, besteht dann die Gefahr, dass der grösste Teil des umgepumpten Wassers durch die Berührungheizfläche fliesst und die Strahlungsheizfläche nicht genügend gekühlt wird.
Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, bei Parallelschaltung der Berührungs-und Strahlungsheizfläche eines Zwangumlaufdampferzeugers, in der Strahlungsheizfläche einen die Pumpenwirkung stets unterstützenden Auftrieb dadurch sicher zu stellen, dass erstens der Abscheidebehälter, von dem das Wasser zur Pumpe fliesst, oberhalb des Strahlungsheizflächensystems angeordnet ist, zweitens der Flüssigkeitseintritt in die Rohre dieses Systems wesentlich tiefer liegt als der Austritt des Dampfwassergemisches aus diesen Rohren und drittens die Rohre dieses Systems hauptsächlich immer aufwärts gerichtet sind. Hingegen ist die Berührungsheizfläche als eine mit Zwangstrom arbeitende Heiz- fläche ohne Auftrieb oder mit nur versehwindend kleinem Auftrieb ausgebildet.
Vorteilhaft werden hiebei für die Strahlungsheizfläche den Auftrieb unterstützende Mittel vorgesehen. Eines dieser Mittel kann z. B. darin bestehen, dass die Rohre der Strahlungsheizfläche einen grösseren Durchflussquerschnitt erhalten als die der Berührungsheizfläche. Der Vorteil der erfindungsgemässen Dampferzeugerausbildung kommt insbesondere beim Anheizen und bei kleiner Belastung des Kessels, wobei die Strahlungs- heizfläche den grössten Teil der im ganzen Kessel umgesetzten Wärme aufnimmt, zur Geltung.
Die angestrebte Wirkung tritt insbesondere dann ein, wenn die durch die Strahlungsheizfläche zu fördernde Flüssigkeit einer Sammeltrommel entnommen wird und schon heiss ist und das entstandene Dampfflüssigkeitsgemisch dieser Sammeltrommel wieder zufliesst, so dass die Wärmezufuhr auch tatsächlich zur Dampfbildung dient und einen Auftrieb verursacht.
Die Berührungsheizfläche ist so ausgebildet und angeordnet, dass sie keinen oder keinen nennenswerten Auftrieb hat. In diesem Falle ist für die Wassermenge, die diese Rohre durchströmt, lediglich der Strömungswiderstand massgebend, so dass, obwohl der Strömungswiderstand in den Rohren der Berührungsheizfläche bei kleinen Belastungen geringer ist als der in den Rohren der Strahlungsfläche, doch eine grössere Wassermenge durch die Strahlungsheizfläche strömt, weil in diesen Rohren auf Grund des Auftriebes gewissermassen eine zusätzliche Pumpwirkung auftritt, die den Flüssigkeitsdurchfluss durch die Strahlungsrohre erleichtert.
Bei grösserer Belastung nimmt der Widerstand der Berührungsheizfläche verhältnismässig mehr zu, auch der Widerstand in den Strahlungsrohren steigt in seiner absoluten Grösse, so dass der Auftrieb im Vergleich hiezu keinen nennenswerten Einfluss mehr hat. Durch die Konstruktion des Kessels
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hat man es in der Hand, die Widerstände für beide Heizflächen so zu bestimmen, dass bei normaler Belastung durch alle Rohre die der Wärmeaufnahme entsprechende Wassermenge strömt.
Die Erfindung gibt die Möglichkeit, dass sich trotz der Verschiebung der verhältnismässigen Wärmeaufnahme der parallel geschalteten Strahlungs- und Berührungsheizflächen die durch die einzelnen Heizflächen strömenden Wassermengen entsprechend der jeweiligen Belastung verteilen. Eine Verminderung der umgepumpten Wassermenge bei kleinerer Belastung ist demnach ebenfalls möglich.
Liegt der Ein-und Austritt in und aus der Berührungsheizfläche auf gleicher Höhe, so kann ein Auftrieb in diesem Heizflächenanteil nicht auftreten. Hiefür ist für die Rohre der Berührungsheizfläche die hängende Anordnung in Schlangenform vorteilhaft.
Wenn der Eintritt in die Rohre der Berührungsheizfläche tiefer als der Austritt liegt, so dass von einem gewissen positiven Auftrieb auch in der Berührungsheizfläche gesprochen werden kann, ist es vorteilhaft, zum Zwecke der Geringhaltung des zwar vorhandenen, aber gegenüber dem Auftrieb in der Strahlungsheizfläche unwesentlichen Auftriebes in der Berührungsheizfläche die Länge der Rohre der Berührungsheizfläche ziemlich lang, u. zw. mindestens auf das fünffache des Höhenunterschiedes zwischen Ein-und Austrittsöffnung der Berührungsheizfläche zu bemessen.
Die dadurch bedingte Erhöhung des Durchflusswiderstandes verhindert gewissermassen die Summierung der Förderung durch Auftrieb und Pumpe, so dass praktisch durch die Strahlungsheizfläche mehr Arbeitsmittel strömt.
Der Eintritt in die Rohre der Berührungsheizfläche kann jedoch erfindungsgemäss auch höher als der Austritt gelegt werden, so dass der bei etwaigem Auftreten der Dampfbildung eintretende Flüssigkeitsauftrieb der Förderung durch die Pumpe an sich schon entgegenwirkt, also in der Berührungs- heizfläche ein negativer Auftrieb herrscht, der dafür Gewähr bietet, dass auch der bei schwacher Beheizung stärker beanspruchte Strahlungsheizflächenteil stets ausreichend mit Flüssigkeit durchströmt wird.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles gemäss den Fig. 1 und 2, die einen Zwangumlaufkessel mit Rostfeuerung darstellen, näher erläutert.
Gemäss Fig. läuft das Kesselwasser von der Trommel 1 über die Leitung 2 zur Umwälzpumpe 3.
Die Umwälzpumpe drückt das Wasser über die Leitungen 4,5, 6 in die Verteiler 7, 8, 9. Die Verteiler 7 und 8 verteilen das Wasser auf die Strahlungsrohre 10 der Seitenwände. Diese Rohre sind so ausgebildet, dass in ihnen, wenn sie beheizt sind, ein Auftrieb erfolgt, denn der Sammelkasten 11 liegt wesentlich höher als die Verteiler 7 und 8. Vom Sammelkasten 11 wird das Dampfwassergemisch durch Leitung 12 wieder zurück in die Trommel geleitet.
Die am Verteiler 9 angeschlossenen Rohre 13 der Berührungsheizfläche leiten das entstandene Dampfwassergemisch unmittelbar in die Trommel 1 zurück. In diesen Rohren 13 kann die Wirkung des Auftriebes nicht eintreten, denn der Wassereintritt zu den Rohren liegt annähernd in derselben Höhe wie der Dampfwassergemischaustritt.
Die Rohre 13 lassen in ihren Windungen einen Zwischenraum, in dem der Überhitzer 14 angeordnet ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Dampferzeuger mit im Zwangumlauf von einem Abscheidebehälter aus betriebenen und im Arbeitsmittelstrom nebeneinander geschalteten Strahlungs-und Berührungsheizflächensystemen, die jeweils aus nebeneinander geschalteten, an Verteiler und Sammler angeschlossenen Rohren bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidebehälter oberhalb des Strahlungsheizflächensystems angeordnet ist, der Flüssigkeitseintritt in die Rohre dieses Systems wesentlich tiefer liegt als der Austritt des Dampfwassergemisches aus diesen Rohren und die Rohre dieses Systems hauptsächlich immer aufwärts gerichtet sind, so dass in diesem System stets ein die Pumpenwirkung unterstützender Auftrieb herrscht, wogegen die Berührungsheizfläche so ausgebildet ist, dass sie nur mit Zwangstrom ohne wesentliche Unterstützung durch Auftrieb arbeitet.
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Steam generator in which the working medium is forced to circulate through the radiant and contact heating surfaces connected in parallel.
In the case of forced circulation boilers, it is known to arrange the pipes in such a way that they form a radiant surface located in the furnace and a contact heating surface through which the working medium flows one after the other. However, this design is not always possible for structural reasons, so that in some cases the radiation surface and the contact surface have to be connected in parallel.
As is well known, the problem of water distribution then arises because, with the various loads, the radiation and contact heating surface change greatly in terms of their relative heat absorption. With a small load z. B. the radiant heating surface absorbs most of the heat converted in the entire boiler, but the contact heating surface only a relatively small part. Since there is no significant formation of steam in the contact heating surface and the flow resistance is therefore small, there is then the risk that most of the pumped water will flow through the contact heating surface and the radiant heating surface will not be sufficiently cooled.
According to the invention, it is now proposed, when the contact and radiant heating surface of a forced circulation steam generator is connected in parallel, to ensure a buoyancy that always supports the pump effect in the radiant heating surface by firstly arranging the separating tank from which the water flows to the pump above the radiant heating surface system, secondly the The liquid entry into the pipes of this system is much lower than the exit of the steam-water mixture from these pipes and thirdly, the pipes of this system are mainly always directed upwards. On the other hand, the contact heating surface is designed as a heating surface working with forced current without buoyancy or with only an inadvertently small buoyancy.
Means supporting the buoyancy are advantageously provided for the radiant heating surface. One of these means can e.g. B. consist in that the tubes of the radiant heating surface receive a larger flow cross-section than that of the contact heating surface. The advantage of the steam generator design according to the invention comes into its own particularly when the boiler is heated up and when there is little load on the boiler, the radiant heating surface absorbing the majority of the heat converted in the entire boiler.
The desired effect occurs in particular when the liquid to be conveyed through the radiant heating surface is taken from a collecting drum and is already hot and the resulting vapor-liquid mixture flows back into this collecting drum, so that the heat supply actually serves to generate steam and cause buoyancy.
The contact heating surface is designed and arranged in such a way that it has no or no significant lift. In this case, only the flow resistance is decisive for the amount of water that flows through these pipes, so that although the flow resistance in the pipes of the contact heating surface is lower than that in the pipes of the radiant surface, a larger amount of water flows through the radiant heating surface because in these pipes an additional pumping effect occurs to a certain extent due to the buoyancy, which facilitates the flow of liquid through the radiation pipes.
With a greater load, the resistance of the contact heating surface increases proportionally more, and the resistance in the radiant tubes also increases in its absolute size, so that the buoyancy no longer has any significant influence in comparison. Through the construction of the boiler
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It is up to you to determine the resistances for both heating surfaces in such a way that the amount of water corresponding to the heat absorption flows through all pipes under normal load.
The invention provides the possibility that, despite the shift in the relative heat absorption of the radiant and contact heating surfaces connected in parallel, the amounts of water flowing through the individual heating surfaces are distributed according to the respective load. A reduction in the amount of water pumped around is therefore also possible with a lower load.
If the entry and exit into and out of the contact heating surface are at the same level, then buoyancy cannot occur in this heating surface portion. The hanging arrangement in a serpentine shape is advantageous for the tubes of the contact heating surface.
If the entry into the tubes of the contact heating surface is lower than the outlet, so that one can speak of a certain positive buoyancy in the contact heating surface, it is advantageous to keep the buoyancy that is present but insignificant compared to the buoyancy in the radiant heating surface to a minimum in the contact heating surface the length of the tubes of the contact heating surface is quite long, u. between at least five times the height difference between the inlet and outlet opening of the contact heating surface.
The resulting increase in flow resistance prevents, to a certain extent, the summation of the delivery by buoyancy and pump, so that practically more working medium flows through the radiant heating surface.
However, according to the invention, the entry into the tubes of the contact heating surface can also be placed higher than the outlet, so that the liquid buoyancy occurring in the event of vapor formation counteracts the conveyance by the pump itself, i.e. there is negative buoyancy in the contact heating surface, which ensures that even the part of the radiant heating surface, which is more heavily used when the heating is weak, is always adequately flowed through with liquid.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, which represent a forced circulation boiler with grate firing.
According to the figure, the boiler water runs from drum 1 via line 2 to circulating pump 3.
The circulation pump presses the water via the lines 4, 5, 6 into the distributors 7, 8, 9. The distributors 7 and 8 distribute the water to the radiation pipes 10 of the side walls. These pipes are designed in such a way that when they are heated, there is buoyancy in them, because the collecting box 11 is much higher than the distributors 7 and 8. From the collecting box 11, the steam-water mixture is guided back into the drum through line 12.
The pipes 13 of the contact heating surface connected to the distributor 9 direct the resulting steam-water mixture back into the drum 1. The buoyancy effect cannot occur in these pipes 13, because the water inlet to the pipes is approximately at the same height as the steam-water mixture outlet.
The tubes 13 leave a space in their windings in which the superheater 14 is arranged.
PATENT CLAIMS:
1. Steam generator with radiant and contact heating surface systems operated in forced circulation from a separating tank and connected next to one another in the working medium flow, each consisting of pipes connected next to one another, connected to distributors and collectors, characterized in that the separating tank is arranged above the radiant heating surface system, the liquid inlet into the pipes of this system are much deeper than the outlet of the steam water mixture from these pipes and the pipes of this system are mainly always directed upwards, so that in this system there is always a buoyancy supporting the pumping effect, whereas the contact heating surface is designed so that it is only with Forced current works without significant support from buoyancy.