-
Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von überhitztem Dampf in
trockengesättigten Dampf Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Umwandlung von überhitztem Dampf in trockengesättigten Dampf, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß überhitzter Dampf nach Durchströmen einer Kühleinrichtung
mit dem in der Kühleinrichtung durch Wärmeabgabe des überhitzten Dampfes erzeugten
Frischdampf gemischt wird.
-
Bereits bekannte Dampfumwandlertypen gehören zum Wasserzerstäubertyp
und weisen daher bedeutende Mängel auf. In diesen Umwandlern gewinnt man einen überhitzten
Dampf, der mit schwebenden Wasserpartikeln oder in extremen Fällen mit Wasserschaum
angefüllt ist. Bei einem derartigen Dampf ist es nicht möglich, Temperaturschwankungen
zu messen, da die vom Thermometer abzulesenden Grade entweder die Temperatur des
Wassers oder des Dampfes oder eine Mischung von beiden sein kann. Mit demselben
grundlegenden Fehler ist natürlich auch die Vorrichtung behaftet, welche die Wassereinspritzung
regulieren soll. Sie muß wenigstens 2o bis 30° über dem Meßpunkt
eingestellt
werden, um der Gefahr zu entgehen, daß das ganze Dampfsystem mit Wasser angefüllt
wird. Dabei muß man auch bei normalem Betrieb mit ebenso großen Schwankungen nach
oben rechnen. Das Einstellen ist dem Zufall .überlassen, auch wenn man empfindliche
und Präzisions-Temperaturmeßgeräte benutzt. Es nutzt daher auch nichts, diese Impulsgeräte
und Thermometer a'bzusc'hirmen, denn die Schirme werden ja mit Wasser bespritzt,
was . Kälteausstrahlung auf -die Instrumente zur Folge hat, wobei diese gleichzeitig
den Kontakt mit dem ausströmenden Medium verlieren.
-
Die Wasserzerstäuberumwandler können aus diesen Gründen nicht auf
befriedigende Weise funktionieren. Sie verursachen dauernde Brennstoffverluste durch
die Wassermengen, die unnötigerweise aus den Leitungen und den Maschinen des ausgedehnten
Leitungssystems abgeleitet werden müssen, wobei man bei langen Dampfleitungen auch
mit dem Bruch .der Leitungen und Armaturen wegen der übermäßigen Länge rechnen muß.
-
Eine vorzugsweise verwendete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
besteht in einer Kühlvorrichtung für den überhitzten Dampf, welche von einer in
einem Behälter eingeschlossenen Kühlflüssigkeit umspült wird, wobei der Behälter
mit einem Dampfdom versehen ist, der eine Ablaßleitung aufweist, die mit der an.
den Kühler angeschlossenen Abdampfleitung, welche den nunmehr abgekühlten Heißdampf
ableitet, in Verbindung steht.
-
Die Kühlvorrichtung ist dabei -sa dimens-ioniert, daß der überhitzte
Dampf bis an die Grenze des Sättigungspunktes abgekühlt wird und daß das die Kühlvorrichtung
umgebende Medium durch die beim Abkühlen übertragene Wärme verdampft wird, wobei
Frischdampf vorwiegend in demselben Zustand wie der abgekühlte Dampf erzeugt wird.
-
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Vorrichtung führt die Abdampfleitung
von der Kühlvorrichtung zu einem Nachkühler, der in eine Leitung eit.geschaltet
-ist, durch welche eine Kühlflüssigkeit zugeführt wird, und in welcher gleichfalls
ein Regulator eingeschaltet ist, der das Flüssigkeitsniveau im Dom des Behälters
konstant hält. Durch diesen Nachkühler wird der Dampf, der bei zunehmender Belastung
der Kühlvorriohtung eine zunehmende Übertemperatur im Verhältnis zur Sättigungstemperatur
annimmt, bis auf die Sättigungstemperatur abgekühlt, weil .die Kühlflüssigkeitsmenge,
die durch den Nachkühler dem Behälter zugeführt wird, durch den Regulator mit der
aus der Kühlvorrichtung verdampfenden Flüssigkeitsmenge, deren Volumen von der Belastung
abhängt, gleich gehalten wird.
-
Die Kühlvorrichtung kann zweckmäßigerweise aus einem Rohrbündel bestehen,
das in einem doppelwandigen Rohr eingeschlossen ist, welches oben in den Dom mündet;
der einen größeren Durchmesser hat als die äußere Mantelfläche, wobei die Siederohre,
der Raum zwischen den Mantelflächen, sowie ein Teil des Doms mit Flüssigkeit gefüllt
sind, während der überhitzte Dampf -den Raum zwischen den Siederöhren und der inneren
Mantelfläche durchströmt und dabei die Flüssigkeit innerhalb der Siederohre verdampft.
-
Der Nachkühler kann ebenfalls aus einem in einem Kessel eingeschlossenen
Rohrbündel bestehen, wobei die Siederohre von Flüssigkeit durchströmt werden, die
mittels eines Regulators dem Behälter zugeführt wird, während der aus der Kühlvorrichtung
austretende Dampf den Raum :zwischen den Siederohren im Nachkühler durchströmt.
Dieser Nachkühler ist mit einer Abflußleitung versehen, welche mit der vom Dampfdom
ausgehend-en Leitung verbunden ist, so daß aus dem abgekühlten und dem neu erzeugten
Dampf Sattdampf erhalten wird.
-
An Hand der Zeichnung wird die Vorrichtung zur Durchführung .des Verfahrens.
nach der Erfindung bei einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert.
-
Die Einlaßleitung 8 _für den überhitzten Dampf ist an das Gefäß i9
angeschlossen, in dem ein Rohrbündel angeordnet ist, das aus einer Anzahl Siederohre
14 besteht, die- an -dem- oberen und unteren Ende 18 bzw. 17 des Gefäßes i9 befestigt
sind. In das Gefäß i9 ist eine Scheidewand 16 eingesetzt, die dem überhitzten Dampf
die gewünschte Strömungsrichtung durch das Gefäß gibt. Das Gefäß i9 mit dem dazugehörigen
Rohrbündel, das als Kühlvorrichtung für den überhitzten Dampf dient, befindet sich
in einem Behälter, dessen unterer, zylindrischer Teil das ebenfalls zylindrische
Gefäß i9 konzentrisch umschließt und dessen oberer, verbreiterter Teil i wie ein
Dampfdom gestaltet ist. Der Behälter ist bis zu einem zweckmäßigen Niveau 13 im.
Dom i (z. B. bis zu 1/s) mit Wasser gefüllt, so daß also die Kühlvorrichtung vom
Kühlmedium, beispielsweise Wasser, vollkommen umgeben ist und somit die Siederohre
14 ausfüllt. Der Dom i ist mit einem Wasserstandsanzeiger 2, einer Abblaseleitung
6, in welcher ein -Nadelventil 7 angeordnet ist, .sowie einer Speisewasserleitung
4 versehen. Am Oberteil des Doms ist eine Dampfleitung i i angeschlossen. Das im
Behälter eingeschlossene Gefäß i9 ist mit einer Dampfleitung 9 versehen, die zum
Nachkühler 3 führt, wobei als Kühlmedium das durch das Rohrbündel des Nachkühlers
3 strömende Speisewasser dient. Die Dampfablaßleitung io des Nachkühlers mündet
in die vom Dom kommende Dampfleitung i i ; durch die Leitung 12 wird der durch das
Vermischen der beiden Ströme erhaltene trockengesättigte Dampf abgeführt. Die Zufuhr
von Speisewasser zum Dom wird mittels eines Speisewässerregulators 5 geregelt, der
in- die Leitung 4 eingeschaltet ist und ein konstantes Wasserniveau im Dom aufrechterhält.
-
Die Wirkung'sw'eise der Anlage ist wie folgt: Der überhitzte Dampf,
der durch die Leitung 8 in die Kühlvorrichtung i9 gelangt, wird durch die Siederohre
14 bis zur Grenze der Sättigungstemperatur abgekühlt. Die frei werdende Wärme dient
zum Verdampfen des in den Siederohren befindlichen Wassers. Dadurch, daß der Raum
zwisehen
den Siederohren 15 über die Leitung g, io und i i mit
dem Dampfdom in Verbindung steht, ist das Wasser in den Siederohren dem gleichen
Druck ausgesetzt wie der Dampf im Raume zwischen den Siederohren, wodurch die Siederohrwände
stets die Temperatur des gesättigten Dampfes behalten. Dadurch wird ein Abkühlen
unter den Sättigungspunkt mit anschließender Kondensation auch bei kleinen Belastungen
verhindert. Der beim Verdampfen erzeugte Darrtpf wird durch die Leitung i i aus
dem Dom abgeleitet.
-
Der durch die Leitung 9 austretende abgekühlte Dampf hat eine Temperatur,
die höher ist als die Sättigungstemperatur. Diese Übertemperatur wächst mit der
Belastung. Im Nachkühler 3 vollzieht sich eine zweite Abkühlung des Dampfes, die
der Sättigungstemperatur näherkommt, weil die Kühlflüssigkeitsmenge, die durch den
Nachkühler fließt, mit der im Dom verdampften Menge übereinstimmt, wobei der Speisewasserregulator
ein konstantes Niveau im Dom aufrechterhält. Da das Verdampfen von der Belastung
abhängt, ist verständlich, daß der Naöhkühler so dimensioniert werden kann, da.ß
die nach der ersten Abkühlungsstufe durch die Belastung zunehmende Übertemperatur
im gewünschten Ausmaße kompensiert wird, weil die Wärmemenge, die das Speisewasser
im Nachkühler aufnimmt, bei steigender Belastung zunimmt.
-
Der Dampf, der den Nachkühler durch die Leitt.ng io verläßt, mischt
sich in der Leitung 12 mit dem Dampf aus dem Dom, der durch die Leitung i i strömt.
Der letztgenannte Dampf ist durch Verdampfen des Kühlmediums erzeugt und enthält
eine gewisse Menge Feuchtigkeit, weil er mit dem Wasser in direkter Verbindung steht.
Diese Feuchtigkeit wächst bei zunehmender I?°-lastung, hält sich aber stets in geringfügigen
Grenzen, weil der Flüssigkeitsinhalt des Doms im Verhältnis zum Umfang der Dampferzeugung
groß ist. In der Mischung, die sich schließlich aus dem abgekühlten und dem neu
erzeugten Dampf ergibt, bildet der letztere einen Teil, der im allgemeinen etwa
5 bis 12 % der gesamten Dampfmenge beträgt.
-
Wenn der Siederohrabstand und die Kühlflächen richtig berechnet sind,
liefert die beschriebene Vorrichtung bei allen Belastungen trockengesättigten Dampf
auch noch bei nur 51/o ihrer Volllast. Dabei kann auch die Übertemperatur des einströmenden
Dampfes von etwa io bis 300° variieren, ohne daß die Temperatur des ausströmenden
Dampfes sich merklich verändert, außer bei dem oben ausfließenden Dampf, bei dem
eine Temperaturzunahme von einigen Graden eintritt.
-
Das Speisewasser des Umwandlers wird zweckdienlich der Speisepumpe
eines Dampfkessels entnommen. Die kleinen, aber wichtigen Vorkehrungen für die Einzelheiten,
die für ein zufriedenstellendes Arbeiten benötigt werden, können von Fall zu Fall
variieren. Das Speisewasser muß aus kondensiertem oder enthärtetem Wasser bestehen,
das entgast und auf zweckmäßige `leise dosiert ist. Um eine Salzanreicherung im
Wasserraum des Umwandlers zu verhindern, muß regelmäßig abgeblasen werden. Die Überwachung
des Ausblasens ist einfach, weil das ausgeblasene Wasser in den Speisewassertank
zurückgeleitet werden kann, da es einen sehr kleinen Teil des gesamten Speisewasserverbrauchs
der Dampfzentrale ausmacht. Dadurch wird ermöglicht, daß eine reichliche Wassermenge
ausgqblasen wird und der Salzgehalt, ohne weiteren Wärmeverlust, niedrig bleibt.
-
Zum Unterschied gegenüber den bekannten Dampfumwandlern des Wasserzerstäubertyps
hat das erfindungsgemäße Verfahren, das längere Zeit geprüft wurde, störungsfrei
funktioniert. Stoßdampf in den Dampfleitungen oder plötzliches Abdrosseln des Dampfes
hat seinen ruhigen Arbeitsgang nicht beeinträchtigen können. Bei plötzlichem Druckabfall
gibt der Umwandler ohne Störung größere Mengen Dampf ab. Die einzige Folge ist ein
Steigen des Wasserniveaus um einige Dezimeter, bis die neue Gleichgewichtslage erreicht
ist. Weder im Umwandler noch im Dampfnetz der Fabrik oder in der Armatur konnte
Rost- oder Steinbildung festgestellt worden.