DE596661C

DE596661C - Surface heat exchangers, especially superheaters

Info

Publication number: DE596661C
Application number: DESCH97712D
Authority: DE
Original assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Current assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Priority date: 1932-05-05
Filing date: 1932-05-05
Publication date: 1934-05-08

Description

Oberflächenwärmeaustauscher, insbesondere überhitzer Gegenstand der Erfindung ist ein Oberflächenwärmeaustauscher, insbesondere überhitzer, bei dem der in Rohren geführte zu überhitzende Dampf zusammen mit einem gleichfalls in Rohren geführten Kühlmittel ein bei der Betriebstemperatur flüssiges, von außen unmittelbar beheiztes Metallbad durchfließt.Surface heat exchangers, particularly the subject of superheaters Invention is a surface heat exchanger, in particular superheater, in which the steam to be superheated, which is conducted in pipes, together with a likewise in pipes guided coolant is a liquid at the operating temperature, directly from the outside heated metal bath flows through.

-Bei einem bekannten- Dampfüberhitzer dieser Art befinden sich die Rohre mit dem zu überhitzenden Dampf und die Rohre mit dem Kühlmittel meinem gemeinsamen entsprechend bemessenen Gefäß, welches in beliebiger Weise geheizt wird. Die Regelung der Temperatur des zu überhitzenden Dampfes erfolgt hierbei dadurch, daß das Heizmittel eine mehr oder weniger große Fläche einer in dem Heizbade angeordneten Rohrschlange -oder eines die Wand des Heizbadbehälters berührenden Gefäßes benetzt: Diese Regelungsvorrichtung wird dadurch in Tätigkeit gesetzt, daß eine teilweise mit Luft gefüllte Glocke mit der Öffnung nach unten in das Bad eingetaucht wird, während sich: die Rohrschlange der Regelungsvorrichtung oder die (las Überhitzergefäß umspülende Regelungsflüssigkeit über der Oberfläche des Bades belindet. Beim Erhitzen des Balles erhitzt sich auch die in der Glocke befindliche Luft, die .ich ausdehnt und die unter der Glocke befindliche Flüssigkeit verdrängt, welche dann in dem Gefäß aufsteigt und die Regelungsvorrichtung in Tätigkeit setzt. Bei der vorliegenden Erfindung soll nun die besondere Aufgabe gelöst werden, einen überhitzer mit den im Metallbad liegenden Dampfrohren und Kühlmittelrohren zu einer Strahlungswand für die Feuerung eines Dampfkessels auszubilden, da sich ein solcher Überhitzer infolge des bekanntlich durch das Metallbad bedingten guten Wärmeüberganges gerade für den Einbau in die Feuerung besonders eignet. Um hierfür eine zweckmäßige Art der Regelung der Überhitzungstemperatur zu erreichen, werden gemäß der Erfindung vor der Wandung des Feuerraums ein oder mehrere Behälter mit dem bei der Betriebstemperatur der Feuerung flüssigen Metall und den Überhitzerrohren bzw. Kühlrohren vorgesehen und- die Kühlrohre derart an den Kessel angeschlossen, daß durch sie eine regelbare Menge des Kesselwassers als Kühlmittel strömt. Die erwähnte bekannte Art der Regelung der Überhitzungstemperatur durch Vermittlung einer untertauchenden Glocke oder eines Verdrängerkörpers ist für die Zwecke der Erfindung nicht verwendbar, da sie sich bei der Strahlungswand eines Dampfkessels, in dem die Strahlungsrohre im allgemeinen als enge Rohre stehend angeordnet sind, nicht unterbringen läßt. Dagegen ist die vorgeschlagene Art der Regelung für die besondere Ausgestaltung eines Überhitzers als Strahlungswand einer Dampfkesselfeuerung sehr geeignet und leicht anzubringen. Es besteht dabei ferner die Möglichkeit, den in den Külilrolir-.n erzeugten Dampf der Obertrommel des Dampfkessels zuzuführen.-In a known- steam superheater of this type are the Pipes with the steam to be superheated and the pipes with the coolant my common appropriately sized vessel, which is heated in any way. The regulation the temperature of the steam to be superheated takes place here in that the heating means a more or less large area of a pipe coil arranged in the heating bath - or a vessel touching the wall of the heating bath container is wetted: this control device is set in motion by the fact that a bell partially filled with air with the opening downwards is immersed in the bath, while: the coiled pipe of the control device or the control liquid flowing around the superheater vessel belindet above the surface of the bath. When the ball is heated it also heats up the air in the bell that expands and that under the bell Displaced liquid, which then rises in the vessel and the control device puts into action. In the present invention, the particular task is now a superheater with the steam pipes and coolant pipes lying in the metal bath to form a radiation wall for firing a steam boiler, since such a superheater as a result of the good, as is well known, caused by the metal bath Heat transfer especially suitable for installation in the furnace. To do this to achieve a convenient way of controlling the superheat temperature according to the invention in front of the wall of the furnace with one or more containers the metal that is liquid at the operating temperature of the furnace and the superheater tubes or cooling pipes are provided and the cooling pipes are connected to the boiler in such a way that a controllable amount of boiler water flows through them as coolant. the mentioned known type of regulation of the superheating temperature through mediation an immersing bell or displacer is for the purposes of Invention cannot be used because it is located on the radiation wall of a steam boiler, in which the radiation tubes are generally arranged as narrow tubes standing, can not accommodate. In contrast, the proposed type of regulation for the special design of a superheater as a radiation wall of a steam boiler very suitable and easy to attach. There is also the possibility of the in to supply the steam generated by the coolant to the upper drum of the steam boiler.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführtnigsform der Erfindung; sind die Überhitzerrohre -und Kühlrohre zuni Teil innerhalb und zum Teil außerhalb der Behälter mit dein Metallbad angeordnet.According to an advantageous embodiment of the invention; are the Superheater tubes and cooling tubes partly inside and partly outside the container arranged with your metal bath.

Die Zeichnung stellt einige beispielsweise Ausführungsformen des Eriin.dungsgegelistandes dar.The drawing represents some exemplary embodiments of the Eriin.dungsgegelistandes represent.

Fig. i 7.eigt in einem senkrechten Längsschnitt durch einen Wasserrohrkessel die Anordnung der Wärmeaustauschvorrichtung als Strahlungsüberhitzer. Fig.2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. i. Die Fig. 3 bis 6 zeigen im Querschnitt weitere Ausführungsformen der Anordnung von einzelnen Austauschrohren, und die Fig. 7_ bis io zeigen verschiedene Ausführungsformen einer gruppenweisen Zusammenstellung von Austauschrohren.. ' Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. i und 2) bezeichnet i die Ummantelung des Kessels, 2 ist der Feuerraum unterhalb der Wasserrollre 3, die an die unteren Wasserkammern 4. und die oberen Wasserkaminern 5 angeschlossen sind. Das Wasser wird aus der Obertrommel 6 den unteren Kammern q. durch Rohre 7 zugeführt, während das Dampfwassergemisch aus den Rohren 3 und den oberen Wasserkammern 5 durch die waagerechten Rohre 8 der Dampfwassertrommel6 zugeleitet wird. g ist eine Lenkwand für die Gase zwischen den Wasserrohren 3. Der Dampf wird aus der Obertrommel 6 durch eine Leitung io der Einlaßkamnier ii des Überhitzers zugeführt. Diese Kammer gibt den Dampf an eine Anzahl von Überhitzerelementen 12 weiter, welche an der Innenseite des Feuerraumes 2 (Fig. i und 2) ` derart angebracht sind, daß sie hauptsächlich die Strahlungswärme aus dem Feuerraum aufnehmen und dadurch den'Dampf überhitzen. Die anderen Enden der Rohrelemente 12 sind an die Auslaßkainmer 13 angeschlossen, aus welcher der Dampf nach der Verwendungsstelle gelangt.Fig. 7 is inclined in a vertical longitudinal section through a water tube boiler the arrangement of the heat exchange device as a radiation superheater. Fig.2 is a section along line 2-2 of FIG. 3 to 6 show more in cross section Embodiments of the arrangement of individual exchange tubes, and FIGS. 7_ to io show different embodiments of a group-wise compilation of Replacement tubes .. 'In the illustrated embodiment (Fig. I and 2) referred to i the jacket of the boiler, 2 is the combustion chamber below the water roll 3, connected to the lower water chambers 4 and the upper water chimneys 5 are. The water is from the upper drum 6 the lower chambers q. through pipes 7 supplied, while the steam water mixture from the pipes 3 and the upper water chambers 5 is fed through the horizontal pipes 8 of the steam water drum 6. g is a baffle for the gases between the water pipes 3. The steam comes out of the upper drum 6 is fed through a line io to the inlet chamber ii of the superheater. This chamber passes the steam on to a number of superheater elements 12, which are on the inside of the furnace 2 (Fig. i and 2) `are attached in such a way that they mainly absorb the radiant heat from the combustion chamber and thereby overheat the steam. The other ends of the pipe elements 12 are connected to the outlet chamber 13, from which the steam reaches the point of use.

Die Überhitzerelernente 12 sind nicht unmittelbar all der Wand des Feuerraumes, sonciern in einem oder mehreren Gehäusen angebracht, die, wie die 3 bis io zeigen, verschiedene Formen erhalten können. In Fig. i und 2 sind die Überhitzerelemente 12 eillzelit in je einem Gehäuse 14 untergebracht., Das Gehäuse 14 ist eine geschlossene Ka111111er lilit einer Verbindungsleitung 15 Bach einen' Behälter 16, der etwas oberhalb des Gehäuses 14 liegt. Jedes Überhitzereleinent 1 2 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei an ihren unteren Enden durch eine Unikehrstelle verbundenen Rohrschenkeln, die beide durch die Wand des Gehäuses 1.1 am oberen Ende desselben geführt sind.The superheater elements 12 are not immediately all of the wall of the Firebox, placed in one or more housings, which, like the 3 to show io can get different shapes. In Figures i and 2 are the superheater elements 12 each housed in a housing 14., The housing 14 is a closed one Ka111111er lilit a connecting line 15 brook a 'container 16, the something is above the housing 14. Each superheater element 1 2 consists in the one shown Embodiment of two connected at their lower ends by a uni turning point Pipe legs, both through the wall of the housing 1.1 at the upper end of the same are led.

' In jedem Gehäuse 1.4 befindet sich ferner ein mit Wasser angefülltes Rohr 17, «-elches an den beiden Enden des Gehäuses durch-eführt und an den Durchführungsstellen abgeclichtet ist. Die unteren Enden der lZohre 1; sind au eine gemeinsame Verteilkaninier 18 angeschlossen, welche mit dem Wasserraum der Obertrommel 6 durch ein Rohr tg in Verhindun s steht, während die oberen Enden der Rohre 1 7 an eine gerneinsanie Sammelkammer 2o angeschlossen sind, die durch ein Rohr 21 mit dem Dampfrauen der Trommel 6 in Verbindung steht. In dem Rohr i9 ist vorteilhaft ein Ventil 22 (Fig. i) angebracht, ivelciies selbsttätig. in Abhänaillceit von der Temperatur des berhitzten Dampfes betätigt wird. Zu diesem Zweck ist ein Thermostat 23 z. B. in der Heißdampfkamnier 13 angebracht und durch eine Leituhr; 2.1 mit der Vorrichtung zur Betätigung des Ventilen 22 verbunden.In each housing 1.4 there is also a one filled with water Tube 17, which leads through at both ends of the housing and at the lead-through points is cleared. The lower ends of the tubes 1; are also a common distributor 18 connected, which tg with the water space of the upper drum 6 through a pipe is in Verhindun s, while the upper ends of the tubes 1 7 to a gerneinsanie Collecting chamber 2o are connected, through a pipe 21 with the steam roughness of the Drum 6 is in communication. A valve 22 (Fig. i) attached, ivelciies automatically. depending on the temperature of the overheated Steam is operated. For this purpose, a thermostat 23 is z. B. in the hot steam room 13 attached and by a master clock; 2.1 with the device for actuating the Valves 22 connected.

Das Innere jedes Gehäuses 14 ist mit einem Metall angefüllt, welches bei der beabsichtigten Temperatur des Dampfes flüssig ist, vorzugsweise z. B. Woodnietall. Das 'Metall wird durch den Behälter 16 eingefüllt und in diesem auf der erforderlichen Höhe gehalten.The inside of each housing 14 is filled with a metal, which is liquid at the intended temperature of the vapor, preferably e.g. B. Woodnietall. The 'metal is filled through the container 16 and in this on the required Height held.

Die beschriebene Vorrichtung wirkt in folgender Weise: ' Die Wände der Gehäuse 14, welche sich an der nach der Feuerung zu gelegenen Seite des Brennraumes befinden, nehmen die Wärme hauptsächlich durch Strahlung auf und in geringerem Maße auch durch Leitung und übertragen die Wärme auf das in den Gehäusen r.f befindliche flüssige Metall. Das Metall gibt die Wärme dann an den durch die Elemente 12 strömenden Dampf und an das Wasser in den Rohren 17 ab. Die Rohre 17 mit ihrem Wasserinhalt verhindern ein Ansteigen der Temperatur des geschmolzenen Metallen auf eine solche Höhe, daß eine Beschädijing der Überhitzerrohre oder der Gehäuse 14 eintritt. Während des Anheizens und auch zu anderen Zeiten, wenn der Überhitzer und die Gehäuse 1.1 einen Schutz gegen Verbrennen erfordern, ist das Ventil 22 so weit geöffnet, daß die höchste Wärmeentziehung durch das Wasser in den Rohren 17. erfolgen kann. Der Überhitzer wird dadurch gegen Verbrennen geschützt, auch wenn kein Dampf durch die Rohre 12 ströllt, was besonders während des Anheizens der Fall ist.The device described works in the following way: 'The walls the housing 14, which is located on the side of the combustion chamber after the firing absorb heat mainly through radiation and to a lesser extent also by conduction and transfer the heat to that located in the housings r.f liquid metal. The metal then gives the heat to the elements 12 flowing through it Steam and to the water in the pipes 17. The pipes 17 with their water content prevent the temperature of the molten metal from rising to such Height that damage to the superheater tubes or the housing 14 occurs. While the heating and also at other times when the superheater and the housing 1.1 require protection against burning, the valve 22 is so wide open that the highest heat extraction by the water in the pipes 17. can take place. Of the This protects the superheater against burning, even if there is no steam through the Pipes 12 pours, which is particularly the case during heating.

Nachdem der Dampf in der Trommel 6 sich zli entwickeln begonnen haf und Dampf aus dein IlelßdaIllpfkastel113 eiltllonltllen wird, s s ind die (:lberliitzeri-olire 12 und die Gehi äuse# 14. '!.u111 Teil schon durch diesen Dampf geschützt. Unter gewissen Betriebsbedingungen kann es sogar überflüssig sein, Wasser in den Rohren 17 zu halten. Das Ventil 22 kann daher in solchen Fällen ganz geschlossen werden, wobei, das in den Rohren 17 noch befindliche Wasser verdampfen kann, ohne daß es erneuert wird. In diesem Falle wird der höchste Überhitzungsgrad erreicht. - Wenn nun die Überhitzung etwas verringert werden soll, dann wird das Ventil 22 teilweise geöffnet, so daß nur wenig Wasser in die Rohre 17 eintritt. Die Rohre 17 sind also nicht ganz. mit Wasser ,gefüllt, und die Kühlwirkung wird insbesondere auf den unteren Teil der t%erhitzeranordnung beschränkt. Auf diese Weise wird der Dampf beim Eintreten in den Heißdampfkasten 13 nicht eine so hohe Temperatur haben wie in dem Fall, wo kein Wasser in den Rohren 17# vorhanden ist. Durch Öffnen des* Ventiles 22 in mehr oder weniger großem Ausmaße kann die Temperatur -des Dampfes innerhalb gewisser Grenzen geregelt werden. Vorzugsweise wird das Ventil 22 selbsttätig verstellt entsprechend der Dampftemperatur am Heißdampfende des Überhitzers, z. B.-im Heißdampfkasten 13, durch den Thermostaten 23.After the steam has started to develop in the drum 6 and steam has risen from your IlelßdaIllpfkastel113, the (: lberliitzeri-olire 12 and the housing # 14 it may even be superfluous to keep water in the pipes 17. The valve 22 can therefore be completely closed in such cases, the water still in the pipes 17 being able to evaporate without being renewed If the overheating is to be reduced somewhat, the valve 22 is partially opened so that only a little water enters the tubes 17. The tubes 17 are therefore not completely filled with water, and the cooling effect is activated in particular limited to the lower part of the heater assembly In this way, the steam entering the superheated steam box 13 will not have as high a temperature as in the case where there is no Wa t is present in the pipes 17 #. By opening the valve 22 in * greater or lesser extent, the temperature may - of the vapor be controlled within certain limits. Preferably, the valve 22 is automatically adjusted according to the steam temperature at the hot steam end of the superheater, for. B.-in the superheated steam box 13, through the thermostat 23.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i bis 3 (Fig. 3 zeigt ein Einzelgehäuse für das flüssige Metall) liegen die Überhitzerrohre- 12 und die Wasserrohre 17 vollständig in dein Gehäuse 14. Bei dem Ausführungsbeispiel _nach Fig. 4 liegen die Überhitzerrohre 12 und Wasserrohre 17 nicht ganz in dem Gehäuse 14, sondern sind untereinander durch Platten '%`erbunden, welche mit den Rohren einen Raum 25 von im wesentlichen dreiecksförmigem Querschnitt einschließen. Dieser Raum 25 ist mit flüssigem Metall angefüllt. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist im alltemeinen ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform. Jedoch sind die Überhitzerelemente hier einer etwas stärkeren Beheizung ausgesetzt, während die Kühlwirkung der Rohre 17 nicht so groß ist wie in dem ersten Beispiel.In the embodiment according to FIGS. I to 3 (FIG. 3 shows a single housing for the liquid metal) the superheater tubes 12 and the water tubes 17 are completely in the housing 14. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the superheater tubes are located 12 and water pipes 17 are not completely in the housing 14, but are through each other Plates '%' connected, which with the tubes a space 25 of essentially triangular Include cross section. This space 25 is filled with liquid metal. the The operation of this device is generally similar to that of the first Embodiment. However, the superheater elements are a bit more powerful here exposed, while the cooling effect of the tubes 17 is not as great as in the first Example.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 liegen die Überhitzerrohre 12 gänzlich innerhalb des Gehäuses z4, aber die Kühlrohre 17 nehmen in bezug auf das Gehäuse dieselbe Lage ein wie in Fig. 4, d. h. sie liegen zum Teil innerhalb und zum Teil außerhalb des Gehäuses 14. Gemäß Fit. G ist die umgekehrte Anordnung getroffen, d. h. die Überhitzerrohre 12 liegen zum Teil außerhalb und zum Teil innerhalb des Gehäuses, während die Kühlrohre 17 gä nzlich in dein Raunc 25 mit dem flüssigem Metall sich befinden.In the arrangement according to FIG. 5, the superheater tubes 12 lie entirely inside the housing z4, but the cooling tubes 17 take with respect to the housing the same position as in Fig. 4, i. H. they lie partly within and partly outside the housing 14. According to Fit. G the reverse arrangement is made, d. H. the superheater tubes 12 are partly outside and partly inside the Housing, while the cooling tubes 17 entirely in your room 25 with the liquid Metal.

Die Fig. ; bis i o zeigen Anordnungen, bei denen eine Mehrzahl von Überhitzer- und Kühlrohren in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist. Nach Fig. 7 sind die Rohre gänzlich in dem Gehäuse i4a untergebracht. Der Innenraum 25a ist mit dem flüssigen Metall gefüllt. Gemäß Fig.Kliegen alle Rohre zum Teil außerhalb und zum Teil innerhalb des Gehäuses, welches aus den Rohren und zwischen den Rohren eingeschalteten. Metallplatten gebildet wird.The figure; to i o show arrangements in which a plurality of Superheater and cooling tubes are housed in a common housing. To 7, the tubes are completely housed in the housing i4a. The interior 25a is filled with the liquid metal. According to Fig.Klie some of the pipes outside and partly within the housing, which emerges from the tubes and between the tubes switched on. Metal plates is formed.

Gemäß Fig. 9 liegen die Überhitzerelemente und gemäß Fig. io die Kühlelemente gänzlich in dem betreffenden Gehäuse, während nach Fig. 9 die Kühlelemente und nach Fig. io die Lrberhitzerelemente zum Teil in dem Gehäuse und zum Teil außerhalb desselben liegen.According to FIG. 9, the superheater elements are located, and according to FIG. 10, the cooling elements are located entirely in the relevant housing, while according to FIG. 9 the cooling elements and after Fig. 10 the superheater elements partly in the housing and partly outside the same lie.

Claims

PATENT CLAIMS i. Surface heat exchangers, especially @ superheaters, in which the steam to be superheated guided in pipes together with -a likewise The coolant guided in pipes is a liquid at the operating temperature, externally directly heated metal bath flows through, characterized in that the container of the heat exchanger. installed as a radiation wall in the combustion chamber of a steam boiler is by in front of the radiation wall (i) one or more containers (14) with the at the operating temperature of the furnace liquid metal and the superheater tubes (12) or cooling tubes (17) are provided and the cooling tubes are connected to the boiler in this way are that a controllable amount of boiler water flows through them as coolant.

2. Surface heat exchanger, according to claim i, characterized in that the Superheater tubes (12) and cooling tubes (17) partly inside and partly outside the container (14) are arranged with the 1letallbad.