Grenzdampfer zeuger. Unter einem Grenzdampferzeuger ist ein Dampferzeuger zu verstehen, in welchem das Arbeitsmittel ohne Aufnahme von Ver- dampfungswärme gewissermassen durch einen Grenzübergang aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand übergeht. Es wird ihm durch eine Pumpe mindestens der kri tische Druck aufgepresst und seine Tem peratur wird bis mindestens zur kritischen Temperatur gesteigert. Der Grenzdampf erzeuger wird gewöhnlich als reiner Röhren kessel ohne Trommel ausgebildet, durch den das Arbeitsmittel zwangläufig durch eine Pumpe hindurchgedrückt wird.
Der Kessel ist dabei in zwei Hauptteile unterteilt, näm lich in einen Teil, in welchen die Wärme durch Strahlung übertragen wird (Strah lungsteil) und in einen zweiten Teil, in welchen die Wärme durch Berührung der heissen Gase mit den Kesselrohren übertra gen wird (Berührungsteil). Bei den bis herigen Konstruktionen des Grenzdampf- erzeugers liegt die Umwandlungszone, in welcher das Arbeitsmittel aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand übergeht, innerhalb des Strahlungsteils.
Bei sehr hohen Wärmebelastungen des Strahlungsteils zeigt es sich nun, dass, wenn Störungen auftreten, diese merkwürdiger weise nicht im Gebiet der höchsten Tem peraturen vorkommen, sondern in etwas tie fer liegenden Temperaturgebieten, und zwar etwa dort, wo die Umwandlungszone von Flüssigkeit in Dampf liegt. Die Erscheinun gen, welche die Ursache hierfür sind, konn ten noch nicht restlos geklärt werden. Man kann aber annehmen, dass sie die Folge einer Störung in der Wärmeübertragung sind. Es entstand die Aufgabe, die bisher verwen deten Konstruktionen des Grenzdampferzeu- gers in .der Weise abzuändern, dass die Stö rungen in der Umwandlungszone vermieden werden.
Als Lösung hierfür wurde gefunden, das Rohrsystem derart zu bemessen, dass die Zone des Überganges des Arbeitsmittels aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zu stand im Berührungsteil liegt. Die Um wandlungszone wird also dem Einfluss der strahlenden Wärme entzogen. Betriebserfah rungen mit diesem Aufbau des Grenzdampf- erzeugers haben gezeigt, dass sich hierdurch die früher beobachteten Störungen beheben lassen.
Man ist nicht gezwungen, nun die weitere Wärmeübertragung, die erforderlich ist, um den gewünschten Endzustand des Dampfes herzustellen, im Berührungsteil vorzunehmen, sondern man kann das Rohr- system wieder in den Strahlungsteil zurück führen.
Die Verlegung der Umwandlungszone in den Berührungsteil ermöglicht, weitere kon struktive Massnahmen zu treffen. Bekannt lich sind als Röhrenkessel ausgebildete Durchflusskessel sehr empfindlich gegen unreines Speisewasser. Es können sich mit der Zeit Ablagerungen bilden, die den Durch gangsquerschnitt verengen. Die Ablagerun gen sind wiederum eine Folge der Laugen konzentration. Man hat es zwar in vielen Anwendungsfällen des Grenzdampferzeugers in .der Hand, Speisewasser des gewünschten Reinheitsgrades zur Verfügung zu stellen, doch kann es in Sonderfällen vorkommen, dass unerwünschte Verunreinigungen in das Speisewasser hineingelangen.
Dieser Fall würde zum Beispiel vorliegen, wenn der Kondensator Leckstellen enthält, so dass sich das Kühlwasser mit dem Kondensat mischt. Die Laugenkonzentration ist nicht über den ganzen Kreislauf konstant, sondern nimmt nach der Umwandlungszone zu. Eine Selbst reinigung des Wassers wie beim normalen Kessel ist nicht möglich, denn es fehlen beim Grenz,dampferzeuger die Trommeln, in denen sich die Lauge anreichern könnte.
Auf Grund der Eigenart des Grenzdampfverfahrens lässt sich jedoch ein Weg finden, der eine Ab fuhr der angereicherten Lauge ermöglicht, und zwar beispielsweise durch Einschaltung einer Rohrerweiterung in oder nach der Um wandlungszone. Es ist dabei an die Ein fügung einer kleinen Trommel oder Flasche in den Strömungsweg gedacht, die infolge ihrer im Hinblick auf die hohen Drücke stur kleinen Abmessungen als Rohrerweiterung angesprochen werden kann. Man wird den Kessel im allgemeinen so betreiben, dass der Dampf in der Rohrerweiterung leicht über hitzt ist. Will man jetzt die konzentrierte Lauge abführen,. so wird, zum Beispiel durch Verminderung der Brennstoffzufuhr, die Temperatur der Gase im Berührungsteil er niedrigt.
Die Folge davon ist, dass auch die Temperatur des Inhaltes der Rohrerwei terung abnimmt. Da aber der kritische Druck des Rohrinhaltes unabhängig von der herrschenden Temperatur durch die Pumpe gehalten wird, so füllt sich die Rohrleitang wenigstens bis zur Rohrerweiterung mit einem Medium von kritischem Druck, aber unterkritischer Temperatur an, das heisst mit Flüssigkeit. Da nun, wie bereits erwähnt, die Laugenkonzentration nach der Verdamp- fungszone hin zunimmt, so ist es gerade die konzentrierte Lauge, die in die Rohrerwei terung gelangt.
Rüstet man diese mit einer Ablassvorrichtung aus, so wird es möglich, die konzentrierte Lauge aus dem Kessel zu entfernen. Durch Steigerung der Wärme zufuhr wird das Wärmeniveau wieder erhöht, und die Rohrerweiterung liegt wieder nach der Umwandlungszone im Dampfstrom. Un tersuchungen haben ergeben, dass man die Rohrerweiterung zweckmässig so bemisst, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes von 0,5 m/sec. nicht überschritten wird. Die Rohrerweiterung wird zweckmässig so ange ordnet, dass sie der Einwirkung der Rauch gase entzogen ist.
Da man beim Röhrenkessel zur Erzielung einer guten Durchmischung des Inhaltes der einzelnen parallelen Rohre diese an Sammler anschliesst, von denen aus sie dann weiter geführt werden, so kann man unter Umständen auch einen dieser vorhan denen Sammler mit einer Ablassvorrichtung für die angereicherte Lauge ausrüsten, sofern der Sammler in einem Temperaturgebiet liegt, das durch Verminderung der Rauch gastemperatur unter die kritische Tempera tur abgesenkt werden kann.
Von der normalen Kesseltrommel unter scheidet sich die genannte Rohrerweiterung dadurch, dass sie dauernd in Dampfstrom liegt und nur zu gewissen Zeiten mit der ab zulassenden Lauge gefüllt wird, während die übliche Kesseltrommel in erster Linie zur Aufnahme von Flüssigkeiten dient.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist in der Fig. 1 dargestellt. Diese zeigt einen beispielsweise durch eine Kettenrostfeuerung 1 beheizten Kessel, der eine Brennkammer 2 und zwei Rauch gaskammern 3a und 3b enthält.
Die auf dem Kettenrost 1 sich entwickelnden Flammen steigen zunächst in der Brennkammer 2 auf wärts, von der aus nach einer Umlenkung am obern Ende der Brennkammer die von der Flamme herrührenden: Rauchgase dann in der Kammer 3a abwärts steigen und nach Um lenkung am untern Ende der Kammer 3a schliesslich in der Kammer 3b aufsteigend durch das Gebläse 4 abgesaugt und in den Kamin 5 gefördert werden.
In den Kammern 2, 3a und 3b sind Rohrspiralen 6, 7, 8, 9, 10 und 11 untergebracht, durch die nacheinan der mit Hilfe einer Pumpe 12 das Arbeits mittel in stetigem Fluss und unter stetig fort schreitender Erwärmung hindurchgedrückt wird. Der entstandene Dampf wird durch die Leitung 13 den Verbrauchern zugeführt. Da die Rohrspiralen 8 und 10 direkt von den Flammen des Rostes umspült werden, so erfolgt naturgemäss die Beheizung dieser Rohrteile vorwiegend durch Strahlung, wäh rend die in den Kammern 3a und 3b liegen den Rohrspiralen 6, 7, 9 und 11 durch Be rührung mit den heissen Rauchgasen beheizt werden.
Ist der Kessel im Betrieb, so wird das Arbeitsmittel, das die Pumpe nacheinan der durch die Rohrspiralen 6, 7, 8, 9, 10 und 11 hindurchdrückt, solange flüssig bleiben, als es noch nicht die dem kritischen Druck zugeordnete kritische Temperatur angenom men hat. Sobald dies der Fall ist, wird die Flüssigkeit in den dampfförmigen Zustand übergehen. Diese Zone, in der sich die Um setzung der Flüssigkeit in den dampf- förmigen Zustand vollzieht, liegt erfindungs gemäss etwa innerhalb der durch die Klam mer und .die Bezugsziffer 14 angegebenen Rohrstrecke. Weiterhin lässt die Zeichnung erkennen, dass, in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels gesehen, hinter dieser Um wandlungszone 14 eine rohrförmige Erwei terung 15 vorgesehen ist.
Solange der Kes sel sich in normalem Betriebe befindet, liegt die Umwandlungszone 14 in der rauchgas- beheizten Kammer 3a und im Störungssinne vor der Rohrerweiterung 15. Um die an gegebene Entschlammung des Kessels durch führen zu können, ist es nur nötig, mit Hilfe der beiden Regler 16 und 17 die Drehzahl der beiden Motoren 18 und 19 so zu ver ändern, dass die Rauchgastemperaturen ab sinken, bis sich in der Rohrerweiterung 1 5 Flüssigkeit einstellt. Die Flüssigkeit, die hierbei in die Rohrerweiterung 15 gelangt, ist, wie bereits erläutert, besonders mit Sal zen angereichert. Sie kann mit Hilfe der Leitung 20 und des Ventils 21 abgelassen werden.
Hat man auf diese Weise die kon zentrierte Lauge aus dem Kessel entfernt, so verlegt man durch Verstärkung der Behei- ztung in einfacher Weise die Umwandlungs- zone wieder an eine Stelle vor der Rohr erweiterung in der Kammer 3a zurück. Die Fig. 1. zeigt noch, wie man hinter der Rohr erweiterung bezw. der Entschlammungszone das Rohr zweckmässig weiterführt.
Wie dar gestellt ist, kann man es wieder in die Strah lungskammer 2 zurückführen, wo dann die zur Überhitzung des in dem Rohrsystem strömenden Dampfes erforderliche Wärme zugeführt wird.
Anhand der Fig. 1 ist die Erfindung bei spielsweise an einem Kessel erläutert wor den, der nur einen Rohrstrang zeigt. Es steht indessen nichts im Wege, die Erfindung auch bei Kesseln mit mehreren Parallelsträngen zur Anwendung zu bringen.
Es wurde vorstehend beschrieben, dass man den Entschlammungsvorgang durchfüh ren kann nach vorhergehender Verminderung der Beheizung des Kessels. Es gibt aber no(@h einen zweiten Weg, die Entschlammung vor zunehmen, und zwar, indem man nicht die Beheizung des Kessels vermindert, sondern die Menge des zugeführten Arbeitsmittels erhöht. Auch in diesem Falle tritt eine Ver schiebung der Umwandlungszone in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ein.
Von dieser Tatsache kann in der Weise Ge brauch gemacht werden, dass bei einem ges.3el mit einer Mehrzahl von parallelgeschalteten Rohrsträngen hinter der Umwandlungszone jedes Stranges eine Entschlammungsleitung angeschlossen wird, und durch Erhöhen der Durchflussmenge in dem zu entschlammenden Rohrstrang die Umwandlungszone so weit verschoben wird, dass an der Anschlussstalie der Entschlammungsleitung nicht mehr Dampf, sondern Flüssigkeit vorhanden ist,
so dass durch die betreffende Entschlam- mungsleitung die angereicherte Lauge abge führt werden kann. Weiterhin kann hinter der Abzweigstelle der Entschlammungs- leitung eine Einrichtung vorgesehen sein, aie ähnlich einem Rückschlagventil wirkt und verhindert, dass während des Entschlain- mungsvorganges das Arbeitsmittel aus an dern nicht zu entschlammenden Rohren zu rückfliesst.
Die Vorgänge, die sich beim Entschlam men abspielen, sind nachfolgend anhand der beigefügten Fig. 2 bis 5 näher erläutert. Wie zu erkennen ist, besteht die Heizfläche des Kessels nur aus Rohren. Diese sind zum Teil in einer Brennkammer 51, zum Teil in- den Rauchgaszügen 52 und 53 unterge bracht, so dass sie teils durch Strahlung, teils durch Berührung beheizt werden. Der Kessel wird beispielsweise durch eine Kett;@n- rostfeuerung 54 beheizt.
Die sich aus der Flamme entwickelnden Rauchgase werden zunächst im obern Teil der Kammer 51 um gelenkt und treten in die Kammer 52 ein, von der aus sie nach nochmaliger Umlenkung am untern Teil dieser Kammer schliesslich -die zweite Rauchgaskammer 53 nach oben aufsteigend verlassen. Das Arbeitsmittel wird zum Beispiel durch eine Pumpe 55, die von einem regelbaren Elektromotor 56 ange trieben wird, durch die Rohre hindur-,li- gepresst. In der Abbildung sind beispiels weise drei Parallelstränge dargestellt.
Wie zu erkennen ist, nimmt das Arbeitsmittel folgenden Weg: Aus der Hauptförderleitung 57 kommend, wird es zunächst von der Sam- melflasche 58 auf beispielsweise drei in der Rauchgaskammer 53 liegende Parallelstränge verteilt. Im weiteren Verlauf wird es dann wiederholt in Sammelflaschen gemischt und von neuem auf weitere Parallelstränge ver teilt. Es nimmt hierbei seinen Weg über die Sammelflaschen 59 bis 69.
Die Heizfläche soll dabei so bemessen sein, dass die Zone, innerhalb der die Umwandlung von Flüssig keit in Dampf erfolgt, etwa an der durch die Klammern und die Bezugszeichen 70, 71 und 72 gekennzeichneten Stelle liegt. Vor der Flasche 65, die, im Strömungssinne des Arbeitsmittels betrachtet, hinter der Um wandlungszone liegt, ist in jeden Strang eine Rückströmdrossel 73 bezw. 74 bezw. 75 ein geschaltet. Die Anordnung der Rückström- drossel und ihre Gestalt ist insbesondere ius Fig. 3 zu ersehen.
Unter einer Rückström- drossel wird eine Düse verstanden, die so im Strömungswege liegt, dass das Arbeits mittel bei normalem Betriebe an dem eng sten Querschnitt der Düse eintritt und aus dem weitesten Querschnitt austretend die Düse verlässt. Die Umsetzung von Druck in Geschwindigkeit, die an der engsten Stelle der Düse entsteht, wird bei dieser Anordnung durch den diffusorartig wirkenden diver genten Teil wieder rückgängig gemacht. Bei normalem Betriebe des Kessels würde also die so eingebaute Düse einen praktisch nur unbedeutenden Druckverlust hervorrufen.
Das ist jedoch nicht der Fall, wenn sich die Strömungsrichtung umkehrt, das heisst wenn das Arbeitsmittel an der Stelle des grössten Querschnittes in die Düse eintritt und sie an der Stelle des engsten Querschnittes ver lässt; in diesem Fälle folgt auf den engsten Querschnitt kein als Diffusor wirkender Teil, so dass die Düse in dieser Strömungsrichtung stark drosselnd wirkt. Von dieser Tatsache wird, wie später gezeigt wird, Gebrauch ge macht.
Wie die Zeichnung weiter erkennen lässt, ist an die Rohrstränge 76, 77 und 78 an einer Stelle, die zwischen der Umwandlungszone und der Rückströmdrossel liegt, je eine Ent- schlammungsleitung 79, 80 und 81 ange schlossen. Am Ende dieser Entschlammungs- leitungen sind Drosselscheiben 82, 83 und 84 und Absperrventile 85, 86 und 87 vor gesehen.
Soll beispielsweise der Rohrstrang 76 des Kessels entschlammt werden, so spielt sich folgender Vorgang ab: Zunächst muss er reicht werden, dass die LTmwandlungszone 70, innerhalb der der Übergang von Flüssigkeit in Dampf erfolgt, soweit verschoben wird, dass die schlimm- oder salzhaltige Flüssigkeit mindestens bis an die Stelle gelangt, wo die entsprechende Entschlammungsleitung 79 an geschlossen ist. Im vorliegenden Falle soll die Verlegung der Umwandlungszone durch Erhöhen der Arbeitsmittelmenge, die durch den betreffenden Rohrstrang strömt, erreizht werden.
Greift man der Einfachheit halber zu einem Zahlenbeispiel, und nimmt man au, dass zur Verlegung der Umwandlungszone 70 in dem Rohrstrang 76 eine .doppelte Durch flussmenge durch diesen Rohrstrang erf@@r- derlich wird und die Pumpe die Arbeits- mittelmenge Q gefördert hat, so muss. bei drei Parallelsträngen die Förderung der Pumpe etwa auf die Menge % Q erhöht werden.
Gleichzeitig mit der Erhöhung der Förder- leistung der Pumpe wird, um die Lauge ab zulassen, das Absperrventil 85 geöffnet. Soll bei diesem Vorgang die erzeugte Dampf menge unverändert gehalten werden, so müsste man das Ventil.85 gerade soweit öffnen, da.ss '/3 Q durch die Entschlammungs- leitung 79 ausströmen kann.
Um die Ver hältnisse gegeneinander abzustimmen, wird vorgeschlagen, vor das Ventil 85 eine Dros selscheibe 82 zu setzen, die selbst bei ganz geöffnetem Ventil 85 die Durchflussmenge bei dem von vornherein festliegenden Pum pendruck von selbst etwa auf den Betrag QI3 begrenzt.
Fig. 4 zeigt diese Drossel stelle in grösserem M'assstabe. Hat man eine genügende Menge Flüssigkeit aus dem Rohr strang 76 auf diese Weise entfernt, so schliesst man das Ventil 85 und öffnet gleich zeitig eines der Ventile 86 oder 87 oder ver mindert, falls der Entschlammungsvorgang für die beiden Rohrstränge 77 und 78 vor angegangen ist, gleichzeitig die Pumpen leistung wieder bis auf den normalen Betrag Q. In diesem Zusammenhange wird die Be deutung der Rückströmdrosseln 73, 74 und 75 klar.
Wären diese Rückströmdrosseln nicht vorhanden, so würde während des Ent- schlammens eines Stranges von der Sammel flasche 65 her eine gewisse Menge an Ar beitsmittel zurückströmen. Da, wie oben be schrieben, die Düse oder Rückströmdrossel so eingesetzt ist, dass ein Zurückströmen weitgehend verhindert wird, so werden die der Sammelflasche 65 nachgeschalteten Rohre praktisch während des Entschlam- mens mit der gleichen Arbeitsmittelebene ge speist wie im normalen Betriebe.
Fig. 5 zeigt, wie man die beim Ent schlammen anfallende Lauge in einem ge schlossenen Behälter sammeln kann, aus dein der Schwadendampf bezw. der beim Ein dampfen der Lauge durch eine zusätzliche Beheizung entstehende Dampf noch nutz bringend einem Niederdruckverbraucher zu geführt werden kann.