DE2419782A1 - Alkalimetalldampfkessel - Google Patents

Description

• Alkalimetalldampfkessel Bei Kaliumdampfkessel mit im wesentlichen vertikalen Wärmetauscherrohren, die durch heißes Gas, Wav . Rauchgas beheizt werden, besteht das Problsx, die bei der Verdampfung entstehenden großen Kaliumdampfvolumina störungfrei abzuführen. Besondere Schwierigkeiten bereitet die tüs':g dieses Problems, wenn das heiße Gas, m.B. Raihgas, durch. die Warmetauscherrohre strömt und das Kalium diese umgibt. Bei solchen stehenden Rauchrohrkesseln für Kalium, die bei hohen Temperaturen arbeiten, besteht die Gefahr, daß die Wärmetauscherrohre im Bereich des notwendigerweise großen Dampfraumes zu wenig gekühlt und infolgedessen duruh die heißen Rauchgase überhitzt und zerstört werden.
• Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das heiße Gas den Verdampfer von unten nach oben durchströmt und dabeI im Bereich des flüssigen, verdampfenden Kaliums zumindest annähernd auf Jene Temperatur abgekühlt wird, die in der Rohrwand im Bereich der höchsten Wärmestromdichte des sessels auftritt, also auf Jene Temperatur, welche die Wärmetauscherrohre maximal zu ertragen haben. Durch diese Maßnahme wird gewahrleistet, daß die Wärmetauscherrohre im Bereich des Dampfraumes selbst dann, wenn in diesem Bereich keinerlei Kühlung erfolgt, thermisch nicht höher beansprucht werden, als im Bereich der Verdampfung. In dem für den Betrieb von Kaliumdampfkessel, insbesondere zur Verwendung in Vorschaltprozessen von Wärmekraftwerken, wesentlichen Temperaturbereich bedeutet jede Erhöhung der Werkstofftemperatur eine nicht unwesentliche Erschwernis bei der Konstruktion des Dampfkessels bzw. eine entsprechende Erhöhung der Herstellungskosten. Eine Beschränkung der Rohrwanatemperatur im Bereich des Dampfraumes auf Jene im Bereich maximaler Temperaturbeanspruchung in der Verdampfungszone stellt daher einen wesentlichen Vorteil dar. Anderseits steigen mit sinkender Endtemperatur des Gases bzw. kleiner wer.dender Miniwa temperaturdifferenz zwischen Gas und Kalium die Größe der notwendigen Wärmetauscherfläche und damit die Kosten des Dampfkessels stark an. Die erfindungsgemäße Vorgangsweise stellt daher praktisch eine Optimierung des Wärmetauschers bzw. des Kaliumdampfkessels dar.
• In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Kaliumverdampf er teilweise geschnitten und Fig. 2 ein Diagramm.
• Der dargestellte Verdampfer ist ein stehender Rauchrohrkessel 1, bei dem die Heizgase vom unteren Raum 2 durch die Rauchrohre 3 in den oberen Raum 4 strömen und durch den Rohrstutzen 5 abgeführt werden. Die Heizgaszlufuhrung ist nicht dargestellt-, da sie für die Erfindung belanglos ist. Die Rauchrohre 3 sind von siedendem Kalium 6 umgeben, dessen Spiegel mit 7 bezeichnet ist. Vom Kaliumdampfsammelraum 8 geht ein Rohrstutzen 9 ab, an dem eine Dampfleitung angeschlossen ist. Während die Rauchrohre im Bereich des siedenden Kaliums 6 stark gekühlt werden, sind sie praktisch im Dampfsammelraum 8 ungekühlt. Durch die Erfindung wird jedoch eine thermische tiberbelastung auch dieser Abschnitte der Rauchgasrohre vermieden.
• Fig. 2 zeigt ein Diagramm, aus dem die Temperatur innerhalb der Rauchgasrohre 3 in der Rohrwand 10 und in dem umgebenden Kalium dargestellt ist. Auf der Abszisse ist die Entfernung von der Rohrachse aufgetragen. Die Temperatur 11 des in das Rauchrohr eintretenden Heizgases beträgt gemäß einem Beispiel 180000. Diese Temperatur sinkt an der Rohrwand 10 infolge des Wärmetransportes auf den Wert 12 ab, der etwa 93000 beträgt. die Rohrwandteperaber 13 kaliumseitig ist 911,2°C. Die Sattdampftemperatur des 0 Kaliums beträgt bei 3 bar 890 0. Der Siedeverzug ist mit 15°C anzusetzen, so daß das Kalium, das das Rauchrohr umgibt, eine Temperatur 14 von 905°C aufweist!* Die maximale Rohrwandtemperatur tritt in der Nähe des unteren Endes des Rauchrohres rauchgasseitig auf und beträgt gemäß dem Beispiel 93O0C. Die Wärmestromdichte ergibt sich mit 252.950 W/m2. An der Stelle, wo der den Raum 2 abdeckende Boden 15 des Kessels mit den Rauchrohren 3 zusammenstoßt, bildet sich eine Zone 16 rund um die Rauchrohre aus, in der das Kalium nur geringe Strömung sufweist und daher die Kühlung der Rauchgasrohre geringer ist. Der Bereich der größten Wärmestromdichte befindet sich oberhalb dieser Zone. Um eine ffberhitzung der Rauchgasrohre an dieser Stelle zu vermeiden, ist es zweckmäßig, sie rauchgasseitig mit einer Isolierung, vorzugsweise aus einer keramischen Masse, zu versehen.
• Der Kessel wird nun so ausgelegt, daß die Rauchgastemperatur im Bereich des Kaliumspiegels 7 ebenfalls 930°C beträgt. Die Rauchgasrohre 3 können daher im Bereich des Dampfraumes 8, obwohl sie hier praktisch ungekühlt sind, nicht überbeansprucht werden. Es ergibt sich dort eine maximale Rohrwandtemperatur rauchgasseitig mit 9300C,

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Alkalimetalldampfkessel mit im wesentlichen vertikalen, von unten nach oben durchströmten Rauchrohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Heizgase im Bereich des Dampfraumes (8) durch ihre Abkühlung im Bereich des flüssigen, siedenden Metalls (6) wenigstens annähernd der Temperatur der Rohrwand (10) auf der Gasseite in der Nähe des unteren Endes der Rauchrohre (3) im Bereich der höchsten Wärmestromdichte entspricht.
2. 2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchrohre (3) im unteren Bereich mit einer rauchgasseitigen Isolierung, vorzugsweise aus keramischem Material, versehen sind0 L e e r s e i t e