EP0971168A2 - Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf - Google Patents

Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf Download PDF

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EP0971168A2
EP0971168A2 EP99108381A EP99108381A EP0971168A2 EP 0971168 A2 EP0971168 A2 EP 0971168A2 EP 99108381 A EP99108381 A EP 99108381A EP 99108381 A EP99108381 A EP 99108381A EP 0971168 A2 EP0971168 A2 EP 0971168A2
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EP
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nozzle
cooler according
pot
injection cooler
pin
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Matthias Wangemann
Andreas MÜLLER
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Holter Regelarmaturen GmbH and Co KG
Original Assignee
Holter Regelarmaturen GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G5/00—Controlling superheat temperature
    • F22G5/12—Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays
    • F22G5/123—Water injection apparatus

Definitions

  • the invention relates to an injection cooler for Temperature control of superheated steam according to the preamble of Claim 1.
  • Steam coolers are different between steam systems Temperature levels used to at different Operating conditions to set a defined temperature and / or the following parts of the system against impermissibly high loads to protect.
  • An injection cooler known according to the preamble is from EP 0 682 762 B1 has become known and has been used in practice proven.
  • the object of the invention is a simple and inexpensive Alternative to the state of the art, with more compact Desuperheater design and optimal cooling water and To create vapor pressure control.
  • the desuperheater according to the invention has a water supply fitting with integrated cooling water control valve and one one or more nozzles connected to the feed fitting having nozzle tube protruding into the steam tube.
  • nozzles are simply constructed and work without any problems a spring-loaded nozzle pin with a cone tip, which with a Ejection hole cooperates.
  • the effective cone tip orifice area the acts on the application of cooling water Feather against and at the same time on the other, one The face of the nozzle pin forming the piston surface and acted upon by the steam pressure.
  • nozzles with different opening pressures equip so that depending on the steam pressure in the steam pipe and counteracting cooling water pressure one or more nozzles opened become. Because of these nozzles and the pressure ratios between Cooling water, nozzle and steam pressure is an optimal spray, i.e. a drop-free spraying of the cooling water for the Temperature control of the superheated steam has been achieved.
  • the Control valve can be carried out in one stage, because it is always sufficient Back pressure is present in the system.
  • the desuperheater for temperature control of superheated steam has a fixable on a steam pipe (1), such as flanged, Cooling water supply armature (2) and an outgoing and into it Steam pipe (1) protruding nozzle pipe (3).
  • the feed fitting (2) has the water pressure in the nozzle tube (3) adjusting control valve (4) and the nozzle tube (3) is with at least one depends on the water and steam pressure (P2, P1) adjusting nozzle (5).
  • the control valve (4) is designed in one stage and has an in Steplessly displaceable in the longitudinal direction of the nozzle tube (3) Adjustment rod (4a) with a throttle body (4b), which with one in the water supply direction (Z) behind the water inlet channel (6) the feed fitting (2) lying flow channel (7) interacts.
  • the flow channel (7) of the control valve (4) is in cross section smaller than the inner cross section (3a) of the nozzle tube (3) executed.
  • the nozzle (5) lies in the nozzle tube (3) transverse to the longitudinal direction of the Nozzle tube (3) and in the longitudinal direction of the steam tube (1).
  • the nozzle tube (3) is provided with several, e.g. With three parallel ones arranged at the same distance one above the other Nozzles (5) equipped, as Fig. 1 shows.
  • the nozzle pipe (3) is located in the steam pipe (1) (lower) end closed and the interior (3a) of the nozzle tube (3) sits up in the feed valve (2) up to Flow channel (7) out.
  • the nozzle tube (3) is in one piece with the feed fitting (2) is formed.
  • the feed valve (2) can by means of a flange connection (8) on the outside of the steam pipe (1) and the nozzle tube (3) with its nozzles (5) protrudes through one correspondingly large opening (9) of the steam pipe (1) in the same inside.
  • Each nozzle (5) has a nozzle which penetrates the nozzle tube (3) transversely Nozzle tube (3) fixed tubular nozzle pot (10), with at least one in the pot casing (10a) inside the nozzle tube (3) lying water inlet opening (11), one in the nozzle pot (10) under spring tension (12) and a nozzle pin (13) Ejection hole (14) pointing to the open one, out of the nozzle tube (3) protruding pot front end screwed on cap (15), the Nozzle head (13) with an end tip (16) with the Ejection hole (14) cooperates and the other from the bottom of the pot (10b) protruding end of the nozzle pin (13) one of the Vapor pressure (P1) acts on the piston surface (A2).
  • the tip (16) of the nozzle pin (13) is preferably from formed a cone.
  • the ejection hole (14) in the cap (15) forms one with the Nozzle pin tip (16) cooperating cylinder section to which an outwardly conically widening ejection section (14a) connects.
  • the nozzle pin (13) rests in the pot bottom (10b) adjacent, seals (19) arranged between thrust washers (20) guided and between a thrust washer (20) and the Guide collar (17) is a nozzle pin (13) towards the cap (15) pressure spring (12) acting around the nozzle pin (13) arranged.
  • the opening size and thus the spray pressure of the nozzle (5) will by the difference between the cone ring area affected by the cooling water (AR) of the area (A1) Injection hole (14) engaging nozzle pin cone (16) and the Vapor pressure (P1) applied to the nozzle pin piston surface (A2) Regulated depending on the cooling water pressure (P2).
  • nozzles (5) are arranged, they become formation different opening pressures designed differently; there can be used to set different opening pressures Ejection holes (14) with different diameters equip or the nozzle pins (13) can be different Have cone tips (pointed or flatter cones) or that Compression springs (12) are designed differently in terms of the pressure force or the nozzle pins (13) have diameters of different sizes.
  • the cooling water is through the control valve (4) in the Flow rate and thus regulated in the pressure (P2) and in the Nozzle tube (3) introduced and according to the design of the Nozzle (s) (5) build up pressure in the nozzle tube (3).
  • the cooling water flows through the hole or holes (11) in the Nozzle pot (10) and acts on the ring surface (AR) between Cone tip (16) and injection hole area (A1) and opens with smaller or larger stroke (H) of the nozzle pin (13) against Spring force (12), the nozzle (15) and the cooling water splashes to Steam reduction and temperature control off.
  • Example for the desuperheater When using three nozzles (5), the lower one has an opening pressure of 10 bar, the middle one of 15 bar and the upper one of 20 bar.
  • the nozzles (5) are arranged in the flow direction of the steam and spray cooling water in this flow direction; the Cooling water can also run counter to the steam flow direction be sprayed out.

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Abstract

Der Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf besitzt eine an einem Dampfrohr (1) festlegbare Kühlwasser-Zuführarmatur (2) und ein davon abgehendes und in das Dampfrohr (1) hineinragendes Düsenrohr (3). Die Zuführarmatur (2) beinhaltet ein den Wasserdruck (P2) im Düsenrohr (3) einstellendes Regelventil (4) und das Düsenrohr (3) weist mindestens eine sich in Abhängigkeit vom Wasser- und Dampfdruck (P2,P1) einstellende Düse (5) auf. Die Düse (5) oder Düsen (5) sind im Düsenrohr (3) quer zur Längsrichtung des Düsenrohres (3) und in Längsrichtung des Dampfrohres (1) angeordnet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Dampfkühler werden zwischen Dampfsystemen unterschiedlichen Temperaturniveaus eingesetzt, um bei verschiedenen Betriebszuständen eine definierte Temperatur einzustellen und/oder die nachfolgenden Anlageteile vor unzulässig hoher Beanspruchung zu schützen.
Ein nach dem Oberbegriff bekannter Einspritzkühler ist aus der EP 0 682 762 B1 bekanntgeworden und hat sich in der Praxis bewährt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Alternative zum Stand der Technik, mit kompakter Einspritzkühlerbauweise und optimaler Kühlwasser- und Dampfdruckregelung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die sich daran anschließenden Unteransprüche beinhalten Gestaltungsmerkmale, die vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen der Aufgabenlösung darstellen.
Der Einspritzkühler gemäß der Erfindung besitzt eine Wasser-Zuführarmatur mit integriertem Kühlwasser-Regelventil und ein sich an die Zuführarmatur anschließendes, eine oder mehrere Düsen aufweisendes, in das Dampfrohr hineinragendes Düsenrohr.
Diese Düsen sind einfach aufgebaut und arbeiten störungsfrei mit einem federbelasteten Düsenstift mit Kegelspitze, welche mit einem Ausspritzloch zusammenwirkt. Die wirksame Kegelspitzen-Ausspritzlochfläche zur Beaufschlagung mit Kühlwasser wirkt der Feder entgegen und gleichzeitig den auf die andere, eine Kolbenfläche bildende und vom Dampfdruck beaufschlagte Düsenstift-Stirnseite.
Es ist bevorzugt, die Düsen mit unterschiedlichen Öffnungsdrücken auszustatten, so daß je nach Dampfdruck im Dampfrohr und entgegenwirkendem Kühlwasserdruck eine oder mehrere Düsen geöffnet werden. Aufgrund dieser Düsen und der Druckverhältnisse zwischen Kühlwasser, Düsen- und Dampfdruck ist ein optimales Aussprühen, d.h. ein tropfenfreies Aussprühen des Kühlwassers für die Temperaturregelung des überhitzten Dampfes erreicht worden. Das Regelventil kann einstufig ausgeführt sein, da immer ausreichend Gegendruck im System vorhanden ist.
Anhand der Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch einen in ein Dampfrohr eingesetzten Einspritzkühler mit integriertem Regelventil und mehreren am Düsenrohr vorgesehenen Düsen,
Fig. 2
einen Längsschnitt in vergrößerter Darstellung einer Düse.
Der Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf weist eine an einem Dampfrohr (1) festlegbare, wie anflanschbare, Kühlwasser-Zuführarmtur (2) und ein davon abgehendes und in das Dampfrohr (1) hineinragendes Düsenrohr (3) auf.
Die Zuführarmatur (2) weist ein den Wasserdruck im Düsenrohr (3) einstellendes Regelventil (4) auf und das Düsenrohr (3) ist mit mindestens einer sich in Abhängigkeit vom Wasser- und Dampfdruck (P2,P1) einstellenden Düse (5) ausgestattet.
Das Regelventil (4) ist einstufig ausgebildet und hat eine in Längsrichtung des Düsenrohres (3) stufenlos verschiebbare Verstellstange (4a) mit einem Drosselkörper (4b), welcher mit einem in Wasser-Zuführrichtung (Z) hinter dem Wasser-Eintrittskanal (6) der Zuführarmatur (2) liegenden Durchflußkanal (7) zusammenwirkt.
Der Durchflußkanal (7) des Regelventiles (4) ist im Querschnitt kleiner als der Innenquerschnitt (3a) des Düsenrohres (3) ausgeführt.
Die Düse (5) liegt im Düsenrohr (3) quer zur Längsrichtung des Düsenrohres (3) und in Längsrichtung des Dampfrohres (1).
In bevorzugter Weise ist das Düsenrohr (3) mit mehreren, z.B. mit drei in gleichem Abstand übereinander angeordneten, parallelen Düsen (5) ausgestattet, wie Fig. 1 zeigt.
Das Düsenrohr (3) ist an seinem im Dampfrohr (1) liegenden (unteren) Ende geschlosssen und der Innenraum (3a) des Düsenrohres (3) setzt sich nach oben in der Zuführarmatur (2) bis zum Durchflußkanal (7) hin fort. Das Düsenrohr (3) ist einstückig mit der Zuführarmatur (2) ausgebildet. Die Zuführarmatur (2) läßt sich durch eine Flanschverbindung (8) außen am Dampfrohr (1) festlegen und das Düsenrohr (3) ragt mit seinen Düsen (5) durch eine entsprechend große Öffnung (9) des Dampfrohres (1) in dasselbe hinein.
Jede Düse (5) hat einen das Düsenrohr (3) quer durchsetzenden, im Düsenrohr (3) festgelegten rohrförmigen Düsentopf (10), mit mindestens einer im Topfmantel (10a) innerhalb des Düsenrohres (3) liegenden Wasser-Eintrittsöffnung (11), einem im Düsentopf (10) unter Federspannung (12) stehenden Düsenstift (13) und eine ein Ausspritzloch (14) zeigende, auf das offene, aus dem Düsenrohr (3) herausragende Topf-Stirnende aufgeschraubte Kappe (15), wobei der Düsenkopf (13) mit einer endseitigen Spitze (16) mit dem Ausspritzloch (14) zusammenwirkt und das andere aus dem Topfboden (10b) herausstehende Ende des Düsenstiftes (13) eine vom Dampfdruck (P1) beaufschlagte Kolbenfläche (A2) bildet.
Die Spitze (16) des Düsenstiftes (13) ist in bevorzugter Weise von einem Kegel gebildet.
Das Ausspritzloch (14) in der Kappe (15) bildet einen mit der Düsenstiftspitze (16) zusammenwirkenden Zylinderabschnitt, an den sich ein nach außen konisch erweiternder Ausspritzabschnitt (14a) anschließt.
Der Düsenstift (13) wird mit einem Führungsbund (17) im Düsentopf (10) verschiebegeführt und im Führungsbund (17) sind mehrere Durchflußlöcher (18) für das in den Düsentopf (10) einströmende Kühlwasser ausgenommen.
Der Düsenstift (13) lagert in dem Topfboden (10b) benachbarten, zwischen Druckscheiben (20) angeordneten Dichtungen (19) verschiebegeführt und zwischen einer Druckscheibe (20) und dem Führungsbund (17) ist eine den Düsenstift (13) in Richtung Kappe (15) beaufschlagende Druckfeder (12) um den Düsenstift (13) angeordnet.
Die Öffnungsgröße und somit der Ausspritzdruck der Düse (5) wird durch die Differenz zwischen vom Kühlwasser beaufschlagten Kegel-Ringfläche (AR) des in das die Fläche (A1) ergebenden Ausspritzloch (14) eingreifenden Düsenstiftkegels (16) und der vom Dampfdruck (P1) beaufschlagten Düsenstift-Kolbenfläche (A2) in Abhängigkeit vom Kühlwasserdruck (P2) geregelt.
Bei der Anordnung mehrerer Düsen (5) werden diese zur Bildung verschiedener Öffnungsdrücke unterschiedlich ausgelegt; dabei lassen sich zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Ausspritzlöcher (14) mit verschieden großen Durchmessern ausstatten oder die Düsenstifte (13) können verschiedene Kegelspitzen (spitze oder flachere Kegel) haben oder aber die Druckfedern (12) sind in der Druckkraft verschieden groß ausgelegt oder die Düsenstifte (13) besitzen verschieden große Durchmesser.
Das Kühlwasser wird durch das Regelventil (4) in der Durchflußmenge und somit im Druck (P2) geregelt und in das Düsenrohr (3) eingebracht und entsprechend der Auslegung der Düse(n) (5) baut sich im Düsenrohr (3) ein Druck auf.
Das Kühlwasser strömt durch das oder die Löcher (11) in den Düsentopf (10) ein und wirkt auf die Ringfläche (AR) zwischen Kegelspitze (16) und Ausspritzlochfläche (A1) ein und öffnet mit kleinerem oder größerem Hub (H) des Düsenstiftes (13) entgegen der Federkraft (12) die Düse (15) und das Kühlwasser spritzt zur Dampfreduzierung und Temperaturregelung aus.
Beispiel für den Einspritzkühler:
Beim Einsatz von drei Düsen (5) hat die untere einen Öffnungsdruck von 10 bar, die mittlere von 15 bar und die obere von 20 bar.
Der Dampfdruck (P1) im Dampfrohr, der auf die Düsenstift-Kolbenflächen (A2) einwirkt, entspricht 10 bar, somit herrscht Druckausgleich zwischen Dampf- und Kühlwasserdruck (P1,P2) und die Düsen (5) sind geschlossen.
Bei Erhöhung des Kühlwasserdruckes (P2) auf etwa 11 bar wird die untere Düse (5) entgegen dem Dampfdruck (D) geöffnet und Kühlwasser spritzt aus.
A2 > A1 und die wirksame Druckfläche des Kühlwassers ist AR. Zum Öffnen der Düse(n) (5) muß P2 >> P1 sein.
Der zum Öffnen der Düse notwendige Überdruck ΔP = P2 ./. P1 errechnet sich unter Berücksichtigung der Federkraft (FD) der Druckfeder (12) nach der Formel ΔP = FD : AR.
Die Düsen (5) sind in Durchströmrichtung des Dampfes angeordnet und sprühen in dieser Durchströmrichtung Kühlwasser aus; das Kühlwasser kann aber auch entgegen der Dampf-Strömrichtung ausgespritzt werden.

Claims (16)

  1. Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf, mit einer an einem Dampfrohr (1) festlegbaren Kühlwasser-Zuführarmatur (2) und einem davon abgehenden und in das Dampfrohr (1) hineinragenden Düsenrohr (3), wobei die Zuführarmatur (2) ein den Wasserdruck (P2) im Düsenrohr (3) einstellendes Regelventil (4) aufweist und das Düsenrohr (3) mit mindestens einer sich in Abhängigkeit vom Wasser- und Dampfdruck (P2,P1) einstellenden Düse (5) ausgestattet ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse (5) einen das Düsenrohr (3) quer durchsetzenden, im Düsenrohr (3) festgelegten rohrförmigen Düsentopf (10) mit mindestens einer im Topfmantel (10a) innerhalb des Düsenrohres (3) liegenden Wasser-Eintrittsöffnung (11), einem im Düsentopf (10) unter Federspannung (12) stehenden Düsenstift (13) und eine ein Ausspritzloch (14) zeigende, auf das offene, aus dem Düsenrohr (3) herausragende Topf-Stirnende aufgeschraubte Kappe (15) aufweist, wobei der Düsenstift (13) mit einer endseitigen Spitze (16) mit dem Ausspritzloch (14) zusammenwirkt und das andere aus dem Topfboden (10b) herausstehende Stirnende des Düsenstiftes (13) eine vom Dampfdruck (P1) beaufschlagte Kolbenfläche (A2) bildet.
  2. Einspritzkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (4) mindestens einstufig ausgebildet ist und eine in Längsrichtung des Düsenrohres (3) stufenlos verschiebbare Verstellstange (4a) mit einem Drosselkörper (4b) hat, welcher mit einem in Wasser-Zuführrichtung (Z) hinter dem Wasser-Eintrittskanal (6) der Zuführarmatur (2) liegenden Durchflußkanal (7) zusammenwirkt.
  3. Einspritzkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal (7) des Regelventiles (4) im Querschnitt kleiner als der Innenquerschnitt des Düsenrohres (3) ist.
  4. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) im Düsenrohr (3) quer zur Längsrichtung des Düsenrohres (3) und in Längsrichtung des Dampfrohres (1) angeordnet ist.
  5. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr mit mindestens zwei übereinander angeordneten Düsen (5) ausgestattet ist.
  6. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr (3) an seinem im Dampfrohr (1) liegenden (unteren) Ende geschlosssen und der Innenraum (3a) des Düsenrohres (3) sich nach oben in der Zuführarmatur (2) bis zum Durchflußkanal (7) hin fortsetzt.
  7. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (16) des Düsenstiftes (13) in bevorzugter Weise von einem Kegel gebildet ist.
  8. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausspritzloch (14) in der Kappe (15) einen mit der Düsenstiftspitze (16) zusammenwirkenden Zylinderabschnitt bildet, an den sich ein nach außen konisch erweiternder Ausspritzabschnitt (14a) anschließt.
  9. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstift (13) mit einem Führungsbund (17) im Düsentopf (10) verschiebegeführt ist und im Führungsbund (17) mehrere Durchflußlöcher (18) für das in den Düsentopf (10) einströmende Kühlwasser ausgenommen sind.
  10. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstift (13) in dem Topfboden (10b) benachbarten Dichtungen (19) und Druckscheiben (20) verschiebegeführt ist und zwischen einer Druckscheibe (20) und dem Führungsbund (17) eine den Düsenstift (13) in Richtung Kappe (15) beaufschlagende Druckfeder (12) um den Düsenstift (13) angeordnet ist.
  11. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsgröße und somit der Ausspritzdruck der Düse (5) durch die Differenz zwischen der vom Kühlwasser beaufschlagten Kegel-Ringfläche (AR) des in das die Fläche (A1) ergebenden Ausspritzloch (14) eingreifenden Düsenstiftkegels (16) und der vom Dampfdruck (P1) beaufschlagten Düsenstift-Kolbenfläche (A2) in Abhängigkeit vom Kühlwasserdruck (P2) unter Berücksichtigung der Federkraft (12) geregelt wird.
  12. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung mehrerer Düsen (5) diese zur Bildung verschiedener Öffnungsdrücke (bar) unterschiedlich ausgelegt sind.
  13. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Ausspritzlöcher (14) verschieden große Durchmessern haben.
  14. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Düsenstifte (13) verschiedene Kegelspitzen haben.
  15. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Druckfedern (12) in der Druckkraft verschieden groß ausgelegt sind.
  16. Einspritzkühlr nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Düsenstifte (13) verschieden große Durchmesser haben.
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