Verteiler für Zweiphasengemische, insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln

Abstract

 Zur gleichmäßigen Verteilung von Zweiphasen-Gemischen mit Hilfe einer Verteilertrommel (4) mit einem Zulaufrohr (2) und mehreren Ablaufrohren (15) ist eine ebene Prallplatte (10) vorgesehen, die dem Zulaufrohr (2) rechtwinklig gegenüberliegt und über einen glatten Rand (12) in die symmetrisch angeordneten Ablaufrohre (15) führt. Die Erfindung kommt insbesondere für Durchlauf-Dampfkessel in Frage.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Verteiler für Zweiphasengemische, insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln, mit einer Verteilertrommel, in die ein Zulaufrohr führt, und von der mehrere unter einem Winkel zur Richtung des Zulaufrohres angeordnete Ablaufrohre ausgehen.

[0002] Solche Verteiler sind zum Beispiel zwischen verschiedenen Kesselbereichen vorgesehen, wo nach einer ersten Aufheizung in verhältnismäßig großen Rohrquerschnitten eine Überleitung zu Uberhitzerbereichen mit Rohren größerer Zahl aber kleinerer Querschnitte erfolgt. Die Aufteilung auf die Ablaufrohre soll dabei möglichst gleichmäßig sein, um negative Auswirkungen, zum Beispiel eine Uberhitzung in schwach beaufschlagten Kesselbereichen zu vermeiden. Diese Aufgabe ist bisher nicht voll zufriedenstellend gelöst. Ähnliche Verteilungsprobleme mit ungleichmäßigen Zweiphasengemischen können aber auch in chemischen Betrieben, Strömungslabors usw. vorliegen.

[0003] Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verteilertrommel eine ebene Prallplatte aufweist, die rechtwinklig zur Richtung des Zulaufrohres liegt und deren Rand symmetrisch und glatt zu den Ablaufrohren führt.

[0004] Mit einer solchen Prallplatte wird eine Vergleichmäßigung dadurch erreicht, daß die aus dem Zulaufrohr austretende flüssige Komponente unabhängig von ihrer Verteilung über den Rohrquerschnitt durch die Richtungsänderung auf der ebenen Prallplatte vom Staupunkt gleichmäßig nach allen Seiten verläuft. Auf dem bei der Erfindung symmetrisch und glatt zu den Ablaufrohren führenden Rand strömt die flüssige Komponente dann ohne Störung weiter, so daß die Vergleichmäßigung unabhängig von Ungleichmäßigkeiten der Strömung im Zulaufrohr erhalten bleibt und die Ablaufrohre in gleicher Weise, d.h. mit gleichen Anteilen von flüssigem und dampfförmigem Medium beaufschlagt werden.

[0005] Die symmetrische Anordnung des Randes in bezug auf die Ablaufrohre ergibt sich in optimaler Weise, wenn die Prallplatte eine Kreisscheibe ist, die in einer rotationssymmetrischen Verteilertrommel gegenüber dem zylindrischen Zulaufrohr angeordnet ist. Es ist aber im Prinzip auch denkbar, bei verhältnismäßig wenigen Ablaufrohren die Prallplatte als regelmäßiges Polygon auszubilden, in dessen Ecken die Ablaufrohre liegen.

[0006] Der glatt zu den Ablaufrohren führende Rand soll vermeiden, daß die an der Prallplatte durch die Umlenkung gleichmäßig verteilte flüssige Komponente durch Störungen, zum Beispiel Ecken am Rand wieder ungleichmäßig wird. Zu diesem Zweck kann der Rand,schräg, insbesondere gekrümmt zu den Ablaufrohren führen. Jedenfalls sollen Ecken mit spitzwinklig zueinander verlaufenden Wänden vermieden werden, während Ecken mit stumpfen Winkeln von zum Beispiel mehr als 135° zulässig sind, weil sie praktisch nicht mehr stören.

[0007] Wie schon gesagt, ist eine rotationssymmetrische Anordnung des Verteilers besonders für große Rohrzahlen mit acht oder mehr Rohren an einer Verteilertrommel günstig. Hierbei soll der Durchmesser der Kreisscheibe.größer als der Durchmesser des Zulaufrohres sein, zum Beispiel das 1,2 bis 2-fache betragen. Für nichtrotationssymmetrische Anordnungen wählt man sinngemäß gleiche Abmessungen.

[0008] Der Abstand der Prallplatte von der Mündung des Zulaufrohres muß mindestens so groß sein, daß die Prallplatte keine Stauwirkung mit einem unerwünscht großen Strömungswiderstand ausübt. Ein günstiger Wert ist es zum Beispiel, wenn der Abstand etwa so groß wie der Durchmesser des Zulaufrohres ist.

[0009] Für den.Fa11 einer kugelförmigen Verteilertrommel, die im Hinblick auf Wärmebeanspruchungen besonders günstig ist, kann man die Erfindung so ausführen, daß die Prallplatte und die Ablaufrohre in der einen Hälfte'und das Zulaufrohr in der anderen Hälfte der Kugel angeordnet sind und daß die beiden Hälften zusammengeflanscht oder verschweißt sind. Dabei kann.die dem Zulaufrohr abgekehrte Seite der Prallplatte der Kugelform der Verteilertrommel angepaßt sein, um eine gleichmäßige Auflage zu erhalten. Es sind aber auch andere günstige Konstruktionen für die unter Umständen durch Schwingungen beanspruchte Platte mit der Verteilertrommel denkbar, wie später noch näher erläutert wird.

[0010] Eine andere Ausfühiungsform der Erfindung besteht darin, daß die Prallplatte von einem ebenen Wandbereich der Verteilertrommel gebildet wird. Hier ist also die Prallplatte kein zusätzliches Bauteil sondern ein besonders geformter Bereich der Verteilertrommel selbst. Dieser Bereich kann integraler Bestandteil der Wandung der zum Beispiel als Schmiedestück hergestellten Verteilertrommel sein. Er kann aber auch durch einen eingeschweißten Boden mit einem bei Bedarf besonderen Werkstoff gebildet werden.

[0011] Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in Fig. 1 in einem Vertikal- und in Fig. 2 in einem Horizontalschnitt dargestellt ist.

[0012] Der Verteiler 1 gehört zu einem Zwangsdurchlaufkessel mit fossiler Befeuerung. Er sitzt zwischen einer mit Speisewasser beaufschlagten ersten Heizzone und einer zweiten Heizzone, in der eine weitere Verdampfung und/oder Uberhitzung stattfindet. Deshalb kommt aus der ersten Heizzone ein Wasser-Dampf-Gemisch bei einem Druck von zum Beispiel 90 bis 160 bar in einem Zulaufrohr 2 in Richtung des Pfeiles 3. Dabei strömt das Wasser mit einer Geschwindigkeit von zum Beispiel 2 bis 6 m/se. vor allem an der Wand des Rohres 2 entlang, während der Dampf mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 20 m in erster Linie in der Mitte des kreisförmigen Rohrquerschnitts verläuft.

[0013] Das Rohr 2 hat einen Durchmesser d von zum Beispiel 360 mm. Es ragt um etwa diesen Durchmesser in eine kugelförmige Verteilertrommel 4,-die aus zwei Halbkugeln 5 und 6 bei 7 zusammengeschweißt ist. Der Kugeldurchmesser beträgt 700 mm.

[0014] In der Verteilertrommel 4 ist rotationssymmetrisch zu der strichpunktiert dargestellten Achse 8 des Zulaufsrohres 2, die auch durch den Mittelpunkt der Kugel 4 geht, eine ebene Kreisscheibe als Prallplatte 10 angeordnet. Die Prallplätte 10 liegt der Zulaufleitung 2 genau gegenüber. Ihre Ebene bildet mit der vertikalen Achse 8 des Zulaufrohres 2 einen rechten-Winkel, wobei die Achse 8 durch den Mittelpunkt des Kreises der Prallplatte 10 geht.

[0015] Der Rand 12 der Prallplatte ist mit der Wand der Unterseite 6 der Trommel 4 verschweißt, wobei ein glatter Obergang geschaffen ist. Jedenfalls ist der an der Schweißnaht 13 entstehende Winkel 14 mit 150° weit größer als ein spitzer Winkel. Dadurch ergibt sich ein glatter Übergang von der Prallplatte 10 zu Ablaufrohren 15, die am Unterteil 6 der Trommel symmetrisch um den Umfang verteilt angeordnet sind, wie die Fig. 2 zeigt.

[0016] Der Durchmesser D der Prallplatte 10 ist mit 460 mm um mehr als 1/4 größer als der Durchmesser d des Zulaufrohres 2. Damit wird erreicht, daß auch ein sich aufweitender Strahl, der durch die Pfeile 16 angedeutet ist, noch mit einem für die gleichmäßige Ausbreitung ausreichenden; Abstand vom Rand 12 auf die Prallplatte 10 trifft. Zu diesem Zweck kann der Durchmesser D auch größer, zum Beispiel 2d, gewählt werden.

[0017] Der Abstand A der Prallplatte 10 von der Mündung 18 des Zulaufrohres 2 beträgt zweckmäßig das 1 bis 4-fache des Durchmessers d. Der Wert ist jedoch nicht kritisch und kann besonders bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten auch kleiner gewählt werden, zum Beispiel 0,8d, wenn damit keine unerwünschte Drosselung der Strömung verursacht wird.

[0018] Mit der erfindungsgemäßen Prallplatte 10 wird das auf Grund von Rohrkrümmern oder aus anderen Gründen unsymmetrisch im Zulaufrohr 2 zugeführte Wasser des Zweiphasengemisches gleichmäßig über die ebene Fläche der Prallplatte 10 verteilt. Damit ergibt sich auch eine gleichmäßige Aufteilung auf die acht um den Rand des Unterteils 6 verteilten Ablaufrohre 15. Dies bedeutet, daß die mit den Ablaufrohren 15 angeschlossenen weiteren Bereiche einer nicht dargestellten Uberhitzerzone im Kessel in gewünschter Weise gleichmäßig mit Flüssigkeit und Dampf beaufschlagt werden, wie durch die Pfeile 19 dargestellt ist. Damit werden dort örtliche Uberhitzungen vermieden.

[0019] Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die dem Zulaufrohr 2 rechtwinklig und symmetrisch gegenüberliegende Platte von der Wand der Verteilertrommel 4 selbst gebildet ist, kann man sich so vorstellen, daß der Kugelbereich 20 unterhalb der Prallplatte 10 entfällt. Andererseits kann die dem Rohr 2 abgeleitete Seite der Prallplatte 10 mit dem gestrichelt schraffierten Bereich 21 auch der Kugelform der Hälfte 6 angepaßt werden.

[0020] Bei den Ausführungsbeispielen liegt zwischen dem Rand 12 und den Ablaufrohren 15 ein kurzes Stück der unteren Kugelhälfte 6. Die Prallplatte 10 kann aber auch so ausgebildet und angeordnet sein, daß ihr gegebenenfalls aufgewölbter Rand bis unmittelbar zu den Abläufrohren 15 reicht.

Ansprüche

1. Verteiler für Zweiphasengemische, insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln, mit einer Verteilertrommel, in die ein Zulaufrohr führt, und von der mehrere, unter einem Winkel zur Richtung des Zulaufrohres angeordnete Ablaufrohre ausgehen, dadurch gekennzeichnet , daß die Verteilertrommel (4) eine ebene Prallplatte (10) aufweist, die rechtwinklig zur Richtung des Zulaufrohres (2) liegt und deren Rand (12) symmetrisch und glatt zu den Ablaufrohren (15) führt.

2. Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallplatte (10) eine Kreisscheibe ist, die in einer rotationssymmetrischen Verteilertrommel (4) gegenüber dem zylindrischen Zulaufrohr (2) angeordnet ist.

3. Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser (D) der Kreisscheibe (10) großer als der Durchmesser (d) des Zulaufrohres (2) ist.

4. Verteiler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand (A) der Prallplatte (10) von der Mündung (18) des Zulaufrohres (2) etwa so groß wie dessen Durchmesser (d) ist.

5. Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer kugelförmigen Verteilertrommel, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallplatte (10) und die Ablaufrohre (15) in der einen Hälfte (6) und das Zulaufrohr (2) in der anderen Hälfte (5) der Kugel (4) angeordnet sind und daß die beiden Hälften (5,6) zusammengeflanscht oder verschweißt sind.

6. Verteiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Zulaufrohr (2) abgekehrte Seite der Prallplatte (10) der Kugelform der Verteilertrommel (4) angepaßt ist.

7. Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (10) von einem ebenen Wandbereich der Verteilertrommel (4) gebildet wird.

Zeichnung