Die Erfindung betrifft einen Durchlaufdampferzeuger.
Ein bekannter Durchlaufdampferzeuger ist in der US-Patentschrift 3 498 270 beschrieben. Der zweite Eintrittssammler dieses Durchlaufdampferzeugers ist ebenfalls ein Eintrittssammler für Rohre des Bodens das vertikalen Gastzuges, d.h. diese Rohre des Bodens sind mit ihren Eintrittsenden an dem zweiten Eintrittssammler angeschlossen, und in jedes Rohr der zweiten Rohrgruppe der Rohrwand geht eines der Rohre des Bodens über, die am zweiten Eintrittssammler angeschlossen sind.
Es hat sich gezeigt, daß an den Austrittsenden der vertikal angeordneten Rohre der Rohrwand dieses Durchlaufdampferzeugers ganz erhebliche Wärmespannungen auftreten, wenn er bei Dampfdruck unterhalb des kritischen Druckes, d.h. beispielsweise mit Teillast und damit niedriger Leistung der Speisewasserpumpe betrieben wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Wärmespannungen zu vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Durchlaufdampferzeuger erfindungsgemäß die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Wegen des fehlenden Austrittssammlers für die Rohre des Bodens und des fehlenden Eintrittssammlers für die Rohre der ersten Rohrgruppe der Rohrwand wird vermieden, daß sich der in den Rohren des Bodens gebildete Naßdampf beim Übertritt in die Rohre der ersten Rohrgruppe entmischt. Deshalb gelangt auch zu den Austrittsenden aller Rohre der ersten Rohrgruppe Naßdampf mit einheitlicher Temperatur, so daß selbst bei Dampfdruck unterhalb des kritischen Druckes keine Wärmespannungen auftreten. Der aus der ersten Rohrgruppe in die zweite Rohrgruppe gelangende Naßdampf wird nicht durch Rohre des Bodens des Gaszuges geführt. Dadurch wird vermieden, daß der Naßdampf in diesen Rohren des Bodens unterschiedlich viel Wärme aufnehmen kann, weil unterschiedlich lange Rohrteile der einzelnen Rohre des Bodens überhaupt keiner Wärmeeinstrahlung ausgesetzt und daher praktisch unbeheizt sind. In den einzelnen Rohren der zweiten Rohrgruppe der Rohrwand nimmt der Naßdampf indessen verhältnismäßig gleichmäßig Wärme auf, so daß auch Wärmespannungen an den Austrittsenden der vertikal angeordneten Rohre der zweiten Rohrgruppe der Rohrwand des Durchlaufdampferzeugers selbst bei Dampfdruck unterhalb des kritischen Drucks vermieden werden.
Durch eine Weiterbildung nach Patentanspruch 2 wird ein Entmischen des aus der ersten Rohrgruppe austretenden Naßdampfes auf seinem Weg zur zweiten Rohrgruppe bei Dampfdruck unterhalb des kritischen Druckes vermieden, so daß auch in alle Rohre der zweiten Rohrgruppe Naßdampf mit etwa gleichem Dampfgehalt eintritt. Dies führt ebenfalls zu einer Vergleichmäßigung der Temperatur der Rohre der zweiten Rohrgruppe an ihren Austrittsenden und damit zur Vermeidung von Wärmespannungen in der Rohrwand.
Durch eine Weiterbildung nach Patentanspruch 3 wird eine gleichmäßige Kühlung des Bodens des vertikalen Gaszuges erzielt.
Durch eine Weiterbildung nach den Patentansprüchen 4 bis 7 kann in vorteilhafter Weise die Wärmeaufnahme der Rohre der zweiten Rohrgruppe vorgegeben werden. Auch dadurch kann eine weitere Vergleichmäßigung der Temperatur der Rohre der zweiten Rohrgruppe an ihren Austrittsenden erzielt werden.
Die Weiterbildung nach Patentanspruch 8 bewirkt zusätzlich ein vergleichmäßigtes Temperaturprofil in der Rohrwand an den Austrittsenden der Rohre zum Vermeiden von Wärmespannungen.
Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Figuren 3 bis 5 zeigen abgewandelte Ausschnitte aus der Abwicklung des vertikalen Gaszuges nach FIG 1.
Der vertikale Gaszug nach FIG 1 hat einen rechteckigen Querschnitt und weist eine Rohrwand 2 und einen Boden 3 in Form eines Trichters auf. Alle Rohre 4 und 5 der Rohrwand 2 sind vertikal angeordnet und an ihren Längsseiten gasdicht aneinander geschweißt. Der Boden 3 ist durch Rohre 6 gebildet, die ebenfalls an ihren Längsseiten gasdicht aneinander geschweißt sind. Diese Rohre 6 sind geradlinig, sie können aber auch wendelförmig sein.
Am unteren Teil der Rohrwand 2 des vertikalen Gaszuges sind sechs Brenner für fossilen Brennstoff in jeweils einer Öffnung 7 in der Rohrwand 2 angebracht. An einer solchen Öffnung sind Rohre 4 und/oder 5 der Rohrwand 2 gekrümmt und verlaufen auf der Außenseite des vertikalen Gaszuges. Ähnliche Öffnungen können auch für Luftdüsen, Rauchgasdüsen, Rußbläser, Beobachtungsluken etc. gebildet sein.
Die Rohre 6 des trichterförmigen Bodens 3 sind mit ihren Eintrittsenden an Eintrittssammlern 8 angeschlossen. Die vertikal angeordneten Rohre 4 der Rohrwand 2 bilden eine erste Rohrgruppe. Jedes Rohr 4 dieser ersten Rohrgruppe ist am Eintrittsende mit den Austrittsenden von zwei Rohren 6 des Bodens 3 durchflußmäßig verbunden. Die Rohre 4 der ersten Rohrgruppe münden mit ihren Austrittsenden in einen Austrittssammler 9. Damit gehen in das Eintrittsende jedes Rohres 4 die Austrittsenden der beiden Rohre 6 über.
Jedes Rohr 5 einer zweiten Rohrgruppe befindet sich zwischen zwei Rohren 4 der ersten Rohrgruppe, an denen es an seinen Längsseiten gasdicht angeschweißt ist. Ebenso befindet sich jedes Rohr 4 der ersten Rohrgruppe zwischen zwei Rohren 5 der zweiten Rohrgruppe, an denen es ebenfalls an seinen Längsseiten gasdicht angeschweißt ist.
Ferner sind alle Rohre 5 der zweiten Rohrgruppe mit ihren Eintrittsenden an einem weiteren Eintrittssammler 10 und mit ihren Austrittsenden an einem weiteren Austrittssammler 11 angeschlossen.
Wie FIG 2 zeigt, ist der Austrittssammler 9 der Rohre 4 der ersten Rohrgruppe der Rohrwand 2 durch eine Rohrleitung 12 mit dem Eintrittssammler 10 der Rohre 5 der zweiten Rohrgruppe ohne Zwischenschaltung von Rohren des Bodens 3 durchflußmäßig verbunden. Die Rohrleitung 12 befindet sich auf der Außenseite des vertikalen Gaszuges und enthält einen Verteiler 13. Von diesem Verteiler 13 führen vier Rohre 14 zum Eintrittssammler 10.
Von den Eintrittssammlern 8 strömt Wasser in die Rohre 6 des Bodens 3 und von dort in die Rohre 4 der Rohrwand 2 und wird verdampft. In den Austrittssammler 9 gelangt Naßdampf. Dieser Naßdampf strömt durch die Rohrleitung 12 in den Verteiler 13 und wird gleichmäßig d.h. mit gleichem Dampfgehalt auf die vier Rohre 14 verteilt. Aus den Rohren 14 gelangt der Naßdampf in den Eintrittssammler 10 und in die Rohre 5 der zweiten Rohrgruppe der Rohrwand 2.
Der Naßdampf wird auf seinem Wege vom Austrittssammler 9 zum Eintrittssammler 10 nicht beheizt und tritt deshalb in alle Rohre 5 der zweiten Rohrgruppe mit gleichem Dampfgehalt ein. In diesen Rohren 5 wird ihm gleichmäßig Wärme zugeführt, so daß sich in allen Rohren 5 an ihren Austrittsenden einheitlich nur Naßdampf, Sattdampf oder überhitzter Dampf befindet und in den Austrittssammler 11 eingespeist wird. Deshalb sind Wärmespannungen in der Rohrwand 2 bei Dampfdruck unterhalb des kritischen Druckes selbst dann ausgeschlossen, wenn die Rohre 6 des Bodens 3 verschieden lang sind und unterschiedlich Wärme aufnehmen.
Nach FIG 3 bilden die Rohre 5 der zweiten Rohrgruppe in der Rohrwand 2 in einer vorgegebenen Höhe H₁ ein Oberende, indem sie dort aus der Rohrwand 2 auf die Außenseite des vertikalen Gaszuges austreten. Oberhalb dieser Höhe H₁ geht jedes Rohr 4 der ersten Rohrgruppe durchflußmäßig in zwei vertikal angeordnete, ebenfalls zur ersten Rohrgruppe gehörende Zweigrohre 4a und 4b der Rohrwand 2 über, die mit ihren Austrittsenden am Austrittssammler 9 angeschlossen sind. Dadurch wird nur eine vergleichsweise geringe Wärmemenge an die Rohre 5 der zweiten Rohrgruppe übertragen, und die Temperatur wird an den Austrittsenden der Rohre 5, die in den Austrittssammler 11 münden, zur Vermeidung von Wärmespannungen weiter vergleichmäßigt.
Nach FIG 4 bilden die Rohre 5 der zweiten Rohrgruppe des vertikalen Gaszuges in einer vorgegebenen Höhe H₂ ein Unterende, indem sie dort von der Außenseite des vertikalen Gaszuges in die Rohrwand 2 eintreten. Unterhalb dieser Höhe H₂ gehen jeweils zwei Rohre 4 der ersten Rohrgruppe durchflußmäßig in ein vertikal angeordnetes Einzelrohr 4c der Rohrwand 2 über, das ebenfalls zur ersten Rohrgruppe gehört und sich oberhalb der Höhe H₂ befindet. Hierdurch wird eine Wirkung wie mit der Ausbildung nach FIG 3 erzielt.
Nach FIG 5 ist jedes Rohr 4 der ersten Rohrgruppe am Eintrittsende durchflußmäßig mit den Austrittsenden von drei Rohren 6 des Bodens 3 verbunden. Ferner sind jeweils zwei an ihren Längsseiten gasdicht aneinander geschweißte Rohre 5 der zweiten Rohrgruppe der Rohrwand 2 zwischen zwei Rohren 4 der ersten Rohrgruppe angeordnet und mit Längsseiten an Längsseiten dieser Rohre 4 gasdicht angeschweißt. Die Anzahl der an den Sammlern 10 und 11 angeschlossenen Rohre 5 der zweiten Rohrgruppe ist damit doppelt so groß wie die Anzahl der an den Rohren 6 und am Austrittssammler 9 angeschlossenen Rohre 4 der ersten Rohrgruppe. Auch hierdurch wird eine Wirkung wie mit der Ausbildung nach FIG 3 erzielt.
Der Austrittssammler für die Rohre der zweiten Rohrgruppe der Rohrwand kann durchflußmäßig durch eine Rohrleitung mit anderen, nicht zur ersten oder zweiten Rohrgruppe gehörenden Rohren der Rohrwand des vertikalen Gaszuges oder mit Eintrittssammlern von Überhitzerheizflächen des Durchlaufdampferzeugers verbunden sein.
Die Rohre der Rohrwand des vertikalen Gaszuges und des Bodens können wendelartig geführte Innenrippen aufweisen, so daß sich der Wasseranteil von Naßdampf, der diese Rohre durchströmt, vorwiegend an der Innenseite der Rohre ansammelt. Dies bewirkt eine relativ niedrige und gleichmäßige Temperatur der Rohre und verhindert ebenfalls Wärmespannungen in der Rohrwand und im Boden.
Aus dem vertikalen Gaszug ausströmendes Rauchgas kann auch in Form einer Rauchgaszirkulation nach Abkühlung an Heizflächen des Durchlaufdampferzeugers, z.B. mit Rauchgasdüsen in den vertikalen Gaszug zurückgeführt werden.