-
Quecksilberdampfkessel mit Vorwärmelementen Die Erfindung bezieht
sich auf Dampflcessel, vorzugsweise auf Quecksilberdampfkessel. Bei solchen Kesseln
müssen mit Rücksicht auf die besonderen Eigenschaften des Quecksilbers gewisse Bedingungen
erfüllt sein. Die Erfindung bezweckt unter anderem Einrichtungen zur Verringerung
der erforderlichen Quecksilbermenge und zur Sicherung einer gleichmäßigen Zufuhr
von flüssigem Quecksilber zu allen Teilen des Kessels. Die Erfindung besteht im
wesentlichen darin, daß bei einem aus Kesseltrommeln mit an diesen befestigten und
in den Feuerraum hineinragenden Heizrohr die Trommeln und die anderen Kesselteile,
wie beispielsweise die Zu- und Abführungsleitungen, Vorwärm-und Heizelemente usw.,
mit Ausgleichsverbindungsleitungen und Entleerungsleitungen ausgerüstet sind. Die
Erfindung hat den Vorteil, daß das Quecksilber einerseits allen gleichartigen Kesselteilen
gleichmäßig zugeführt wird, andererseits bei kaltem Kessel in die Trommeln abfließt.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im nachfolgenden beschrieben.
Die 7,eichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel -der Erfindung.
-
Abb. i ist eine perspektivische Ansicht eines Quecksilberdampfkessels.
Abb. 2 ist eine Vorderansicht eines Teiles des Kessels.
-
Abb. 3 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Teiles
aus Abb. i.
-
Abb. ¢ ist eine schematische Darstellung einer Kraftanlage mit einem
Quecksilberdampfkessel gemäß der Erfindung.
-
Nach Abb. i besteht der Quecksilberdampfkessel aus mehreren Trommeln
io, die mit flüssigem Quecksilber i i teilweise gefüllt sind. Der Flüssigkeitsraum
jeder Trommel ist zum Teil ausgefüllt durch Füllstücke r2, um die erforderliche
Quecksilbermenge für den Kessel nach Möglichkeit zu verringern. Die Trommeln besitzen
Heiz- und Ver dampfungsrohre 13. Von jeder Trommel io führt eine Dampfleitung 1q.
zu einem Sammelrohr 15 (Abb.2), das den Dampf zu der Verbrauchsstelle leitet.
-
Um das Quecksilber gleichmäßig auf die einzelnen Trommeln zu verteilen,
sind Ausgleichsrohre 16 vorgesehen, welche die Trommeln untereinander verbinden.
Die Trommeln 16 münden in die Vorderwände 17 der benachbarten Trommeln. Die Rückwände
der Trommeln sind in ähnlicherWeise durch Ausgleichsrohre 18 verbunden (Abb. 3).
Im Sinne der Erfindung befinden sich die Mündungsstellen der Ausgleichsrohre oberhalb
des kalten
Quecksilberspiegels und unterhalb des heißen Quecksilberspiegels.
Vorzugsweise sind die Mündungsöffnungen in den Trommelwänden so angeordnet, .daß
der untere Rand der Rohre sich oberhalb des kalten Flüssigkeitsspiegels und der
obere Rand der Rohre sich oberhalb des heißen Flüssigkeitsspiegels befindet. Bei
dieser Anordnung der Ausgleichsrohre enthalten sie bei kaltem Kessel keine Flüssigkeit.
Im Betriebe dehnt sich infolge der Erhitzung und des Druckes das Quecksilber um
etwa io °/o seines Volumens. Diese Expansion und das Verdrängen des Quecksilbers
aus gewissen Rohrteilen verursacht ein Steigen des Quecksilberspiegels bis zu einem
Punkt oberhalb der unteren Ränder der Augleichsrohre. Damit bei kaltem Zustande
des Kessels sich in den Ausgleichsrohren kein Quecksilber befindet und damit das
Quecksilber aus diesen Rohren leicht in die Trommeln abfließen kann., sind die Rohre
unter einem Winkel x (Abb. 3) nach den Trommeln zu geneigt. Die mit den Vorderwänden
der Trommeln verbundenen Ausgleichsrohre 16 sind an Rohre ig angeschlossen, die
das flüssige Quecksilber den Trommeln zuführen. Jedes Zuführungsrohr ig besitzt
einen gebogenen Teil 2o, der mit Ouecksilber gefüllt ist. Dieser Rohrbogen hat zur
Folge, daß das einfließende Quecks:il!ber nicht auf einen Teil der Rohrwand herabfällt
und dadurch eine Abnutzung der Rohrwand verursacht. Das einfließende Quecksilber
fällt lediglich auf das Quecksilber auf, das sich in dem Bogen 2o befindet.
-
Außer den Rohrtrommeln besitzt der Kessel mehrere Einheiten 21, die
zum Vorerhitzen des flüssigen Quecksilbers und zu dessen Verdampfung dienen. Bei
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist für jede Trommel eine solche Heiz-
und Verdampfungseinheit vorgesehen, wobei j e zwei solche Einheiten zwischen zwei
benachbarten Trommeln untergebracht sind. Das erhitzte Quecksilber gelangt in die
Trommeln, während der Dampf zur Verbrauchsstelle geleitet wird. Jede solche Heizeinheit
2i besteht aus einem Primärteil22 und einem Sekundärteil 23. Die Primärteile besitzen
je ein unteres Sammelrohr a4 und ein oberes Sammelrohr 25, die durch eine Mehrzahl
von Rohren 26 verbunden sind. In ähnlicher Weise bestehen die Sekundärteile aus
je einem unteren Sammelrohr 27, einem oberen Sammelrohr 28 und einer Mehrzahl von
Rohren 29, die die unteren Sammelrohre mit den oberen Sammelrohren verbinden. Die
hinteren Enden der oberen Sammelrohre 25 und 28 sind durch Rohre 3o 'verbunden.
Die Primärteile sind kürzer als die Sekundärteile und befinden sich in der Nähe
des oberen Teiles der Sekundärteile, vorzugsweise so, daß die oberen Sammelrohre
25 und 28 sich in gleicher Höhe befinden. Die vorderen Enden der unteren Sammelrohre
24 sind durch Rohre 31 verbunden, welche wiederum mittels eines Rohres 32 an das
Hauptzuführungsrohr 33 für das flüssige Quecksilber angeschlossen sind.
-
Im Betriebe fließt das flüssige Quecksilber durch das Hauptzuführungsrohr
33 über die Rohre 32 und 31 in die unteren Sammelrohre 24 der Primärheizteile. Beim
Erhitzen fließt das $üssige Quecksilber von den unteren Sammelrohren 24 aufwärts
durch die Rohre 26 zu den oberen Sammelrohren 25, von diesen durch die Verbindungsleitungen
30 zu den Sekundärheizteilen. Das Erhitzen des Quecksilbers wird in den Sekundärteilen
fortgesetzt, wobei in diesen ein Teil des Quecksilbers verdampft wird. In den Primärheizteilen
fließt das Quecksilber aufwärts, ohne in diesen Heizteilen umzulaufen. In den Sekundärteilen
dagegen sind Mittel vorgesehen, um einen Umlauf des flüssigen Quecksilbers zu erzielen.
Zu diesem Zwecke sind in den Sekundärheizteilen weite Rohre 34 und enge Rohre 35
vorgesehen, und zwar derart, daß zwischen j e zwei weiten Rohren mehrere enge Rohre
liegen. Das flüssige Quecksilber fließt durch die weiten Rohre abwärts und durch
die engen Rohre aufwärts. In den weiten Röhren erfolgt verhältnismäßig weniger Erhitzung
als in den engen Rohren. Die Flüssigkeitsteilchen strömen mehrmals durch die weiten
Rohre, Teile der unteren Sammelrohre, die engen Rohre und -zurück zu den oberen
Sammelrohren, bis sie das nächste weite Rohr erreichen und den gleichen Kreislauf
nochmals durchmachen. Jedes Flüssigkeitsteilchen muß somit einen vielfachen Kreislauf
durch die verschiedenen Teile der Sekundärheizteile durchmachen, bis es das Ende
des Sekundärteiles erreicht.
-
Eines von .den weiten Rohren, im dargestellten Beispiel das an dem
vorderen Ende des Sekundärteiles jeder Heizeinheit liegende, ist mit einer Vorrichtung
36 verbunden, in welcher das flüssige Quecksilber von dem in den Heizteilen erzeugten
Dampf getrennt wird, wobei der Dampf durch das Rohr 37 zur Verbrauchsstelle fließt,
während das flüssige Quecksilber durch die Rohre 38, die eine Verlängerung der Rohre
ig bilden, den Trommeln zufließt. Die Leitungen 37 der benachbarten Heizeinheiten
sind durch ein gemeinsames Rohr 39 mit der Dampfsammelleitung 15 verbunden.
Die Trennvorrichtung 36 besteht aus' einem Außenzylinder 40, dessen Bodenteil 41
mit einem abwärts gerichteten Rohr verbunden ist, während der obere Deckel 42 sich
etwas oberhalb der oberen Sammelrohre 28 befindet und an eine Leitung 37 angeschlossen
ist.
Im Zylinder 40 ist ein zweiter Zylinder 43 untergebracht, der im Boden eine kleine
Öffnung 44 besitzt und dessen unterer Teil an die Leitung 38 angeschlossen ist.
Das obere Ende des Zylinders 43 hat etwa in der Höhe des oberen Sammelrohrs 28 einen
V-förmigen Randeinschnitt. Bei kaltem Kessel ist die Höhe des Flüssigkeitsspiegels
im Sekundärheizteil bestimmt durch die Höhe der Verbindung zwischen dem inneren
Zylinder 43 und dem Rohr 38. Im Betriebe ist der Sekundärheizteil mit Flüssigkeit
gefüllt, dessen Spiegel sich in der Nähe des oberen Randes des V-förmigen Einschnittes
befindet, wie in Abb. 3 durch die Linie a-a angedeutet. Sobald der Quecksilberdampfkessel
außer Betrieb gesetzt wird, fließt ein Teil des in den Sekundärheizteilen enthaltenen
flüssigen Quecksilbers durch die Öffnungen 44 der Innenzylinder 43 und durch die
Leitungen 38, i9 und 16 in die Kesseltrommeln. Diese Einrichtung ergibt eine weitere
beträchtliche Mengenverringerung des Quecksilbers oder der anderen in Frage kommenden
Flüssigkeit.
-
Eine wichtige Wirkung der Vorrichtung 36 besteht darin, daß sie ein
Steigen des Flüssigkeitsspiegels in dem Sekundärheizteil während des Betriebes .des
Kessels gestattet. Beim Anheizen dehnt sich das O_uecksilber in den Primär- und
Sekundärheizteilen. Das sich dehnende Quecksilber zusammen mit dem in die Primärteile
gespeisten Quecksilber verursacht ein Steigen des flüssigen Spiegels in den Sekundärheizteilen,
bis das Quecksilber den V-förmigen Einschnitt der Vorrichtung 36 erreicht. Die Öffnung
44 des Innenzylinders 43 ist so klein bemessen, daß während dieser Zeit nur wenig
Flüssigkeit aus dem Innenzylinder entweicht und durch die Leitung 38 in die Kesseltrommeln
gelangt. Die Flüssigkeit füllt somit allmählich den Raum zwischen dem Außenzylinder
4o und dem Innenzylinder 43 aus. Die Öffnung 44 in dem Boden des Innenzylinders
43 wird vorzugsweise so bemessen, daß das gesamte Quecksilber entweichen kann, welches
sich über dem. Flüssigkeitsspiegel in den Sekundärheizteilen bei unbelastetem Kessel
befindet, bis zu einer Belastung von 1/8 der Normallast. In diesem Falle ist der
obere Teil des Sekundärheizteiles nur bei einer Belastung von % der Normallast mit
Quecksilber gefüllt. Sobald das Quecksilber bis über den oberen Rand des V-förmigen
Ausschnittes 45 steigt, fließt ein Teil des Quecksilbers in den Zylinder 43 hinein
und durch .das Rohr 38 in die Kesseltrommeln.
-
Die Leitung 38 mit dem Innenzylinder 43 dient zugleich zum Überführen
des flüssigen Quecksilbers von den Heizeinheiten zu den Kesseln. Zu dieser Einrichtung
gehört auch ein Leitungsstück, welches an einer Zwischenstelle eines der senkrechten
Rohre der Heizeinheit eine kleine Öffnung besitzt, und ein weiteres Zwischenstück,
welches mit dem oberen Sammelrohr des Sekundärheizteiles verbunden ist. Unter dieser
Zwischenstelle wird ein Punkt verstanden, der sich zwischen dem unteren und dem
oberen Sammelrohr des Sekundärheizteiles befindet.
-
Um die Flüssigkeitsmenge im Primärheizteil zu verringern, sind die
oberen Sammelrohre 25 durch ein enges Rohr 49 mit einem Zwischenpunkt eines Rohres
34 des Sekundärteiles verbunden. Durch diese Rohre 49 entleeren sich die Sammelrohre
der Primärheizteile bei Außerbetriebsetzun.g des Kessels, wobei das Quecksilber
durch die Sekundärheizteile zu den Heiztrommeln fließt.
-
Bei einer Quecksilberdampfkraftanlage gemäß Abb. 4 verbindet ein Dampfrohr
15 den Dampfkessel mit einer Quecksilberdampfturbine 46, mit welcher ein
Kondensator 47 verbunden ist. Aus dem letzteren fließt das flüssige Quecksilber
durch das Rohr 33 zu den Heizeinheiten. Dieses Rohr 33 ist oberhalb des Quecksilberspiegels
der Kesseltrommeln und der Heizeinheiten angeordnet, so daß bei kaltem Zustande
der Anlage in diesen Rohren sich kein Quecksilber befindet. Auch hierdurch wird
eine gewisse Menge von Quecksilber erspart.
-
Bei der Betrachtung der Anordnung nach Abb.4 wird eine weitere vorteilhafte
Wirkung des Flüssigkeitssumpfes in dem Rohrbogen 2o der Leitung i9 offensichtlich.
Bei kalter Anlage verbindet die Leitung i9 die Räume oberhalb der Flüssigkeitsspiegel
der Kesseltrommel und der Heizeinheit (s. auch Abb. 3). Ohne den Flüssigkeitssumpf
in dem Rohrbogen 2o würde Dampf aus der Kesseltrommel io entweichen können, und
zwar durch die Leitung 19, den Innenzylinder 43 der Vorrichtung 36 und die
Leitung 37 zur Dampfleitung 15 (Abb. 3). Dieser Dampfstrom von der Kesseltrommel
zur Heizeinheit würde den Fluß des noch flüssigen Quecksilbers in der umgekehrten
Richtung behindern. Der Flüssigkeitssumpf im Rohrbogen 2o verhindert diese Unzuträglichkeit
und bildet einen Dampfverschluß zwischen Kesseltrommel und Heizeinheit.
-
Die Heizeinheiten erhalten das flüssige Quecksilber durch die Leitungene2,
denen wiederum das Quecksilber durch die Hauptleitung 33 zufließt. Um eine gleichmäßige
Zufuhr des Quecksilbers zu den verschiedenen Kesseltrommeln beim Anheizen zu sichern,
d. h. um zu verhüten, daß die Trommeln in der Nähe des Kondensators mehr Flüssigkeit
erhalten als die weiter entfernten, sind die Leitungen 32 durch ein Ausgleichsrohr
48
verbunden (Abb.2). Erhält dann beispielsweise die in Abb. i rechts
vorgesehene Einheit mehr Flüssigkeit durch das Rohrt32 als die linke, so fließt
ein Teil durch das Rohr 48 in die links dargestellte Einheit über. Diese Ausgleichswirkung
der Rohre 48 hört auf oder wird unbeachtlich, sobald genügend Flüssigkeit aus dem
Kondensator durch das Hauptzufuhrrohr 33 fließt.
-
Die Wirkungsweise des Kessels gemäß der Erfindung ist somit die folgende:
Bei kaltem Kessel ist weder in den Ausgleichsleitungen zwischen den. Kesseltrommeln
noch in den oberen Sammelrohren der Primärheizteile, noch in den oberen Sammelrohren
und dem oberen Teil der Rohre der Sekundärheizteile, noch in dem Hauptzufuhirohr
flüssiges Quecksilber enthalten. Im Betriebe dehnt sich das Quecksilber aus. Ferner
wird das Quecksilber aus gewissen Teilen der Heizrohre 13 hinausgedrängt. Infolgedessen
steigt der Flüssigkeitsspiegel in den Kesseltrommeln über den unteren Rand der Verbindungsöffnungen
zu den Ausgleichsrohren. Die Ausdehnung der Flüssigkeit in den Heizeinheiten und
die Zuführung von flüssigem Quecksilber zu diesen verursacht ein Steigen des Quecksilberspiegels
in den Sekundärheizteilen, bis diese mit Flüssigkeit fast vollständig gefüllt sind.
Der in den Kesseltrommeln und den Heizteilen erzeugte Dampf strömt durch die Leitungen
14 und 37 sowie 39 zu der Dampfsammelleitung 15 und vpn hier zu der Verbrauchsstelle,
beispielsweise der Turbine 46. Der mit der Turbine verbundene Kondensator 47 liefert
das Kondensat durch die Leitung 33 zu den Heizeinheiten 21, die durch Ausgleichsrohre
48 untereinander verbunden sind. Das in den Heizeinheiten verdampfte Quecksilber
gelangt zur Hauptdampfleitung i 5, während das flüssig gebliebene Quecksilber in
die Kesseltrommeln zurückfließt. Die Heizeinheiten dienen zugleich zum Vorwärmen
des Kondensats und zu dessen Abfuhr zu den Kesseltrommeln. Die Leitung ig zwischen
den Heizeinheiten und den Kesseltrommeln besitzt einen mit Flüssigkeit gefüllten
Rohrteil, der einen Flüssigkeitssumpf bildet und beim Einfließen des flüssigen Quecksilbers
durch diese Leitungen einen Verschleiß der Leitungswände verhindert. Außerdem dient
dieser Flüssigkeitssumpf als Dampfverschluß zwischen den Räumen oberhalb der Flüssigkeitsspiegel
in den Kesseltrommeln und in den Heizeinheiten beim Anheizen des Kessels. Ein angenäherter
Überschlag ergab, daß bei einer Qüecksilberdampfanlage mit einer Leistung von etwa
2o ooo kW durch die Erfindung eine Ersparnis von etwa 70oo bis gooo kg Quecksilber
erzielt wird.