DE1941005A1

DE1941005A1 - Dampferzeuger,insbesondere fuer einen Betrieb mit fluessigem Metall oder geschmolzenen Salzen als Heizmedium

Info

Publication number: DE1941005A1
Application number: DE19691941005
Authority: DE
Inventors: Romanos Nicholas Dimitrios; Kinyon Brice Whitman
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1968-08-16
Filing date: 1969-08-12
Publication date: 1970-07-30
Also published as: CH496209A; DE1941005B2; FR2015805A1; US3557760A; SE347060B; GB1275298A

Description

. H. MARSCH
[PL.-EVG. K. SPARING

PATENTANWÄLTE

4 DÜSSELDORF, I.INDEMAI«NSTRASSE 31 TELEFON 67 22 46

46/19

Beschreibung zum Patentgesuch

der Combustion Engineering, Inc., Windsor, Connecticut, USA,

betreffend:

"Dampferzeuger, insbesondere für einen Betrieb mit flüssigem Metall oder geschmolzenen Salzen als Heizmedium"

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, insbesondere für einen Betrieb mit flüssigem Metall oder geschmolzenen Salzen als Heizmedium, zum Erzeugen überhitzten Dampfes durch indirekten Wärmeübergang von dem Heizmedium auf eine verdampfbare Flüssigkeit mit einem langgestreckten, senkrechten Druckbehälter, dessen Innenraum durch zwei im Abstand voneinander quer zur Behälterachse angeordnete Rohrplatten in eine Einlaßkammer, eine Wärmetauscherkammer und eine DampfSammelkammer unterteilt ist, wobei in der Wärmetauscherkammer ein die Einlaßkammer und die Dampfsammeikammer verbindendes Rohrbündel aus einer Vielzahl von Druckrohren angeordnet ist.

-2-

009831/0886

In bestimmten Wärmetauscheranlagen, wo bei einem direkten Strömungsmittelkontakt schädliche chemische Reaktionen eintreten würden, ist es erforderlich, die Wärme von einem Heizmedium auf ein zu erhitzendes Medium ohne Durchmischung der Medien zu übertragen. Dieser indirekte Wärmeaustausch wird dadurch erreicht, daß die Medien an den gegenüberliegenden Seiten einer Heizfläche entlanggeleitet werden, die einen wirkungsvollen Warmeströmungsweg von einem Medium zum anderen bildet. Ein typisches Beispiel für einen nach dem Prinzip des indirekten Wärmeaustausches arbeitenden Wärmetauscher ist die sogenannte Mantelrohranordnung.

Dampferzeuger, die mit hocherhitzten flüssigen Metallen oder geschmolzenen Salzen als Heizmedium und Wasser als zu erhitzendes Medium arbeiten, würden besonders den oben erwähnten Durchmischungsproblemen ausgesetzt sein. Bekanntlich führt das Durchmischen von flüssigen Alkalimetallen und Wasser oder geschmolzenen Salzen und Wasser zu heftigen Reaktionen. Dampferzeuger, die mit solchen Strömungsmitteln arbeiten, finden- jedoch immer mehr Verbreitung im Hinblick auf das zunehmende Interesse an flüssigen Metallen oder geschmolzenen Salzen zur Verwendung als Kühlmittel in Neutronen-Reaktoren zur Erhöhung deren Betriebstemperatur zwecks Verbesserung des Wirkungsgrades. Zur Vermeidung der erwähnten heftigen Reaktionen wurde die oben angeführte Mantelrohr-Wärmetauscheranordnung zur Dampferzeugung eingesetzt, die mit diesen Strömungsmitteln als Wärmetauschermedien arbeitet. Obgleich die unerwünschten Reaktionen verhindert werden, bleiben doch noch verschiedene ernsthafte Probleme bestehen, die durch die Verwendung von Mantelrohr-Wärmetauscheranordnungen nicht gelöst worden sind.

Besondere Schwierigkeiten ergeben sich durch den zwischen dem flüssigen Metall oder den geschmolzenen Salzen

009Ö31/0886

-3-

und dem zu verdampfenden Wasser vorhandenen Temperaturunterschied· Unter annehmbaren Arbeitsdrücken kann die Sättigungstemperatur des Wasserdampfes bei etwa 260 bis etwa 316 C liegen,' während das flüssige Metall oder geschmolzene Salz eine Temperatur von mehr als 540° C haben kann. Dieser Temperaturunterschied hat scharfe Temperaturgradienten und hohe Wärmespannungen in den Druckteilen der Wärmetauscheranordnung zur Folge· Darüber hinaus besteht bei Verwendung bestimmter erwünschter geschmolzener Salze als Heizmedium die Möglichkeit des Erstarrens der Salze in dem Speisewassereinlaß und an,den Verdampfungsabschnitten der Druckrohre. Dies beruht auf der Tatsache, daß die Sättigungstemperatur des Wassers niedriger als die Erstarrungstemperatur der Salze ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Dampferzeuger zu vermeiden und einen nach dem Mantelrohrprinzip aufgebauten Dampferzeuger zu schaffen, der auch mit einem hocherhitzten flüssigen Metall oder geschmolzenen Salz als Heizmedium in besonders zufriedenstellender Weise überhitzten Dampf erzeugt und dabei frei von den durch die erwähnten Temperaturunterschiede verursachten Schwierigkeiten ist.

Diese Aufgabe findet ihre Lösung bei einem Dampferzeuger der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung im wesentlichen durch eine in jedem der Druckrohre axial angeordnete, an ihrem Einlaßende mit der Einlaßkammer und an ihrem Auslaßende mit einem sie in den Druckrohren umgebenden Ringraum in Verbindung stehende Bajonettrohranordnung für eine Zirkulation von zu verdampfender Flüssigkeit durch das Innere der Druckrohre getrennt von dem an der Außenseite der Bajonettrohranordnung in den Druckrohren aufsteigenden, zu überhitzenden Dampf. Dabei handelt

983 1/0886

Ϊ941005

es sich also um einen Dampferzeuger mit einem Rohrbündel, das in einem Mantel oder Gehäuse angeordnet ist, der bzw. das ein hocherhitztes flüssiges Metall oder geschmolzenes Salz als Heizmedium aufnimmt. Das Rohrbündel ist aus einer Vielzahl von Druckrohren aufgebaut, von denen jedes eine Bajonettrohranordnung enthält, die sich darin konzentrisch über eine Länge erstreckt, die geringer als die Gesamtlänge des betreffenden Druckrohres ist. Die Bajonettrohranordnung besteht aus einem an einem Ende geschlossenen äußeren Rohrteil mit einem sich darin von dem offenen Ende her konzentrisch erstreckenden zentralen Innenrohr. Verdampfbare Flüssigkeit, wie Wasser, wird durch den zentralen Innenrohrabschnitt jeder Bajonettrohranordnung aufwärts und durch den Strömungsringraum zwischen deren konzentrischen Innen- und Außenrohren abwärts zurückgeführt. Das Wasser wird während . seines Abwärtsströmens durch Dampf verdampft, der in den zwischen den Bajonettrohranordnungen und deren zugehörigen Druckrohren gebildeten Durchflußringräumen strömt. Der Dampf wiederum v/ird durch das aus flüssigem Metall oder geschmolzenem Salz bestehende Heizmedium erhitzt.

Der Dampf dient somit als ein Zwischen-Wärmeübertragungsmedium zwischen dem primären Heizmedium und der verdampfbaren Flüssigkeit. Die Eigenschaften des Dampfes, der auch ein Gas sein kann, sind so, daß die Wärmeübergangsmengen von den Druckrohrwandungen nicht die scharfen Temperaturgradienten und die davon herrührenden extremen Wärmespannungen erzeugen. Zusätzlich ist durch die erhöhte Temperatur des Dampfes das mit dem Erstarren des Heizmediums verbundene Problem vermieden.

Eine Hochtemperatur-Überhitzung des Dampfes erfolgt in den Druckrohren in demjenigen Längenabschnitt der Druckrohre, über den sich die entsprechenden Bajonettrohranord—

009831/0885

nungen nicht erstrecken. Am oberen Ende des Behälters befindet sich eine Sammelkammer, in der sich der von den verschiedenen Druckrohren kommende überhitzte Dampf sammelt, um von dort zur Arbeitsleistung, wie z.B. für den Antrieb eines Turbo-Generators atzes, weggeführt zu werden.

Ein Verfahren zum Betrieb eines Dampferzeugers nach der Erfindung besteht darin, daß ein Heizmedium durch die Wärmetauscherkammer geleitet wird. In die Einlaßkammer wird eine verdampfbare Flüssigkeit zugeführt. Die verdampfbare Flüssigkeit wird in einen Abschnitt der Wärmetauscherkammer geleitet und ein Teil der Flüssigkeit wird durch Wärmeübergang von dem Heizmedium verdampft. Das entstehende Gemisch von Dampf und verdampfbarer Flüssigkeit wird aus der Wärmetauscherkammer abgezogen und der Dampf wird von der Flüssigkeit getrennt. Sodann wird der Dampf rings um den Abschnitt der Wärmetauscherkammer, in dem die verdampfbare Flüssigkeit verdampft wird, geführt, um als Zwischen-Wärmeübertragungsmittel zwischen dem Heizmedium und der verdampfbaren Flüssigkeit zu dienen. Es erfolgt eine Hochtemperatur-Überhitzung des Dampfes in dem Abschnitt der Wärmetauscherkammer, in den keine verdampfbare Flüssigkeit ge-,leitet wird. Schließlich wird der auf eine hohe Temperatur überhitzte Dampf von der Wärmetauscherkammer zu einer Verwendungsstelle geleitet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Dampferzeuger nach der Erfindung und

~6- 0Ö9831/088S

Fig. 2 einen Schnitt durch eine besondere Rohranordnung in einem derartigen Dampferzeuger·

Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen auf einer Trageinrichtung 12 senkrecht angeordneten Dampferzeuger 10. Der Dampferzeuger 10 hat einen Behälter mit einem oberen Behältergehäuse 14 und einem unteren Behältergehäuse 16. Das obere Behältergehäuse 14 ist mit einer Abschlußkappe 15 versehen, die eine DampfSammelkammer 18 mit einem Auslaßstutzen 20 bildet. Mit der Abschlußkappe 15 können nicht gezeigte Expansionseinrichtungen Verwendung finden, die eine differentielle Expansion zulassen. In dem oberen Behältergehäuse 14 befindet sich eine Wärmetauscherkammer 22 mit mindestens einem Einlaßstutzen 24 und einem Auslaßstutzen 26 für das Heizmedium.

In dem unteren Behältergehäuse 16 befinden sich eine Verdampfer-Einlaßkammer 28, eine Verdampfer-Auslaßkammer 30 und eine Abzugkammer 33. Die Einlaßkammer 28 wird von einem zylindrischen Behälter 29 gebildet, der an seiner Oberseite durch eine Rohrplatte 62 abgeschlossen ist. Die Verdampfer-Auslaßkammer 30 wird von Wandungsabschnitten 31 mit Abschnitten 32 für die Anbringung an sich bekannter Dampfabscheider 74 gebildet. Ein Trocknungssieb 76 ist über den Dampfabscheidern angebracht. Rohrplatten oder -wände 58 und 62 schließen die Ober- bzw. Unterseiten der Verdampfer-Auslaßkammer 30 ab. Die Abzugkammer 33 wird von dem unteren Behälterabschlußboden 34 gebildet, der das untere Behältergehäuse 16 abschließt.

Das untere Behältergehäuse 16 hat einen Speisewassereinlaß 35, der an einen Speisewasserverteiler 36 in Form eines Ring-Sammelrohres mit Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 37, von denen Speisewasser zu dem unteren

009831/0836

-7-

19A1005

Behältergehäuse und zu der Abzugkammer 33 zugeführt wird, angeschlossen ist. Am Boden des unteren Behältergehäuses 16 befindet sich ein Auslaßstutzen 38, der für eine Rückführung der verdampfbaren Flüssigkeit mittels einer Rückführungsleitung 41 an einen Einlaßstutzen 40 angeschlossen ist. Der Einlaßstutzen 40 steht mittels einer Durchflußleitung 44 in Verbindung mit der Verdampfer-Einlaßkammer 28. Speisewasser in der Abzug-Sammelkammer 33 wird mittels einer Umwälzpumpe von dem Auslaßstutzen 38 zu dem Einlaßstutzen 40 und in die Verdampfer-Einlaßkammer 28 zurückgeführt.

In der Wärmetauscherkammer 22 befindet sich ein Rohrbündel mit einer Vielzahl von Druckrohren 46, die zwischen einer oberen Rohrplatte 48 und einer unteren Rohrplatte 50 angebracht sind und in StrÖmungsverbindung mit dem unteren Behältergehäuse 16 und der DampfSammelkammer 18 stehen. Wenn auch zwecks einfacherer Darstellung lediglich einige Rohre 46 dargestellt worden sind, so versteht es sich doch, daß das Rohrbündel ohne weiteres aus 2000 und mehr Druckrohren bestehen kann. Die obere Rohrplatte 48, die sich seitlich erstreckt und an der Wandung des oberen Behältergehäuses oder des oberen Behältermantels 14 befestigt ist, dient der Trennung der Wärmetauscherkammer 22 von der Sammelkammer IS. Die untere Rohrplatte 50 ist mit dem oberen Behältergehäuse oder dem oberen Behältermantel 14 verbunden und trennt ihn von dem unteren Behälter gehäuse 16·» Stützeinrichtungen 52 fangen die Druckrohre 46 an verschiedenen Stellen zwischen den Rohrplatten 48 und 50 ab und sind so ausgebildet, daß sie einen axialen Durchfluß oder Durchstrom des Heizmediums entlang den Rohren zulassen. Eine langgestreckte, senkrechte, zylindrische StrÖmungsleitwand 54 umgibt die Druckrohre 46. Ferner befinden sich in der Wärmetauscherkammer 22 Leitwände 72, 80 und 82, deren Zweck und Aufgabe im folgenden beschrieben ist.

-8-

009831/0886

Der besondere Aufbau der einzelnen Druckrohre in dem Rohrbündel ist am besten in Fig. 2 zu erkennen. Jedes Druckrohr 46 hat eine Innenbohrung 46·. In der Bohrung 46' erstreckt sich über einen Teil deren 'Länge eine Bajonettrohranordnung. Die Anordnung besteht aus einem Außenrohr und einem darin konzentrisch angeordneten zentralen Innenrohr 60. Das Außenrohr 56, das an einem Ende mit der an der Oberseite der Verdampfer-Auslaßkammer 30 vorgesehenen Rohrplatte 58 verbunden und an dem anderen Ende geschlossen ist, hat eine Innenbohrung 56'. Der zentrale Innenrohrabschnitt 60, der .sich mit einem Ende in die Bohrung 56· des Außenrohres 56 erstreckt, ist an dem anderen Ende mit der an der Oberseite der Verdampfer-Einlaßkammer 28 vorgesehenen Rohrplatte 62 verbunden. Das Innenrohr 60 hat eine Innenbohrung 60·. An dem geschlossenen Ende des Außenrohres 56 ist ein Bajonettrohr-Ansatzstück 64 angebracht, das sich in dem Druckrohr 46 erstreckt und nahe an der Stelle endet, an der das Rohr 46 mit der Rohrplatte 48 verbunden ist. Dieses Ansatzstück 64 kann mit dem Außenrohr 56 beispielsweise durch Schweißen oder Schraubbefestigung oder mittels eines nicht gezeigten zentralen Stehbolzens verbunden sein. Das Bajonettrohr-Verlängerungsstück 64, das Außenrohr 56 und das zentrale Innenrohr 60 sind in den sie jeweils umgebenden Rohren durch schraubenförmig verlaufende Distanzrippen 66, 68 und 70, die zusätzlich als Strömungsleitwände durch den entsprechenden Ringraum dienen, oder durch zwischen den Rohren ausgebildete Strömungsdurchlässe, wie unten beschrieben, abgestützt. Es sei darauf hingewiesen, daß lediglich das Druckrohr 46 baulich einem hohen Druck ausgesetzt ist. Das Außenrohr 56, das zentrale Innenrohr 60, die Rohrplatte 58, die Wandabschnitte 31, die Rohrplatte 62 und der Behälter 29 sind keinem hohen Druck ausgesetzt, sondern wirken lediglich als Strömungsmittel-Durchflußkanäle. .

009831/0886

— 9—

Der Dampferzeuger 10 arbeitet folgendermaßen. Hocherhitztes flüssiges Metall oder geschmolzene Salze werden durch den Heismittel-Einlaßstutzen 24 als ein Primär-Heizmedium in die Wärmetauscherkammer 22 zugeführt. Die zwischen der Strömungs-Leitwand 54 und dem oberen Behältergehäuse an einer Stelle unterhalb des Einlaßstutzens 24 angebrachte' Leitwand 72 läßt das eintretende Heizmedium in die Strömungsleitwand 54 fließen und die zahlreichen Druckrohre 46 an ihrem Außenumfang umspülen. Nachdem das flüssige Metall oder die geschmolzenen Salze ihre Heizmittel-Funktion erfüllt haben, d.h. Wärme durch die Rohre 46 abgegeben haben, treten sie durch den Heizmittel-Auslaßstutzen 26 aus.

Von dem Verteiler 26 wird in die Abzugkammer 33 verdampfbare Flüssigkeit zugeleitet, strömt durch den Auslaßstutzen 38 und die Leitung 41 zu der Umwälzpumpe 42, und von dort durch den Einlaßstutzen 40 und die Leitung 44 zu der Verdampfer-Einlaßkammer 28. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese verdampfbare Flüssigkeit Speisewasser, das mit einer verhältnismäßig kühlen Temperatur zugeführt wird, um eine Kavitation oder Dampfblasenbildung in der Pumpe 42 zu verhindern. Das Speisewasser strömt in ddn zentralen Innenrohren 60 aufwärts und sodann abwärts durch die von den Ringräumen zwischen den Außenrohren 56 und ihren entsprechenden Innenrohren 60 gebildeten Durchflußwege. Der Strom in den Ringräumen wird durch den um die Bajonettrohranordnungen herumströmenden Dampf erhitzt, wie unten ausgeführt, und tritt in die Verdampfer-Auslaßkammer 30 als ein Gemisch von Dampf und verdampfbarer Flüssigkeit aus. Das teilweise verdampfte Gemisch wird dann durch Dampfabscheider 74 (Fig. 1) geleitet, wobei die abgeschiedene Flüssigkeit zu der Abzugkammer 33 zur Umwälzung zurückströmt und der Dampf durch ein Trocknungssieb 76 hindurchströmt.

_₁₀_ 009831/0886

Nach Trocknung durch das Sieb 76 tritt der Dampf in die Druckrohre 46 ein und strömt in den durch die Ringräume zwischen den Außenrohren 56 der Bajonettrohranordnungen und ihren entsprechenden Druckrohren 46 gebildeten Strömungsdurchlässen aufwärts. Über die Länge der Außenrohrabschnitte 56 dient der Dampf in den zweiterwähnten Reihen von Ringräumen, während er überhitzt wird, als ein Zwischen-Heizmedium zwischen dem Primär-Heizmedium und dem gerade verdampfenden Speisewasser. Auf dem anschließenden Längenabschnitt der Druckrohre 46 wird der Dampf durch das Heizmedium bis zu einem Hochtemperatur-Überhitzungszustand weiter überhitzt. Mit anderen Worten ausgedrückt, führt der Dampfstrom in der zweiten Reihe von Ringräumen dazu, daß jedes Druckrohr 46 einen Rohrabschnitt hat, in dem ein überhitzter Dampf in einem Tieftemperatur-Überhitzerabschnitt koaxial mit einem Verdampferabschnitt erzeugt wird, der sich über die Länge der entsprechenden Bajonettrohranordnungen erstreckt, und einen Hochtemperatur-Überhitzerabschnitt aufweist, der sich über die restliche oder verbleibende Druckrohrlänge erstreckt. Das Bajonettrohr-Verlängerungs- oder -ansatzstück 64 dient dazu, den Dampfstrom an der Innenwand der Druckrohre 46 entlangzuleiten, so daß durch einen guten Wärmeaustausch auch die gewünschte Überhitzung des Dampfes erreicht wird. Der überhitzte-Hochtemperaturdampf wird dann zu der Sammelkammer 18 geleitet, von wo er durch den Auslaßstutzen 20 abgeführt und einem Verbraucher zugeführt werden kann· Die Strömungswege für das Speisewasser, für das teilweise verdampfte Gemisch und den Dampf sind für jedes einzelne Rohr durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet.

In einer besonderen Ausführungsform, bei der bestimmte Hochtemperatur-Flüssigmetalle als Heizmedium Verwendung finden, ist es eine allgemeine Praxis, eine Deck-

009831/0886

-11-

- αϊ -

schicht von Inertgas, wie Argon, mittels eines nicht gezeigten Einlaßstutzens unterhalb der oberen Rohrplatte 48, d.h. zwischen der Rohrplatte 48 und der Prallplatte 80, anzubringen. Die Inertgas-Deckschicht dient einer zusätzlichen Trennung zwischen dem flüssigen Metall und dem Dampf und zur Verringerung der Wärmebeanspruchung und der Wärme-Stoßbelastung der oberen Rohrplatte 48. Bei dieser Ausführungsform ist die Prallplatte 80 mit dem oberen Behältergehäumse 14 oberhalb des Heizmittel-Einlaßstutzens 24 verbunden. Öffnungen 81 (Fig. 2) in der Platte 80, die die Druckrohre 46 umgeben, lassen das flüssige Metall über die Platte 80 fließen. Die Platte 80 dient de'r Verringerung der Turbulenz in dem eintretenden Hochtemperatur-Flüssigkeitsmetall, das darüber hinwegfließt, um die Flüssigkeit am Einschließen großer Inertgasmengen zu hindern, während sie zur gleichen Zeit zuläßt, das sich die Überhitzung des Dampfes über das Niveau der Platte fortsetzt. Die zusätzliche Leitwand 82 ist mit der oberen Behälterwandung 14 an einer Stelle unterhalb des Heizmittel-Auslaßstutzens 26 verbunden und erstreckt sich über diesen Stutzen hinaus, um eine Umkehrung des Heizmittelstromes herbeizuführen, bevor das Heizmedium durch den Auslaßstutzen 26 austritt. Die Wirkung dieser Stromumlenkung besteht darin, jegliches Inertgas, das in dem Flüssigmetall eingeschlossen sein kann, dadurch auszuscheiden, daß die Blasen· des leichteren Gases dazu gebracht werden, zu der Oberfläche 84 des Flüssigmetalls und in den darüber befindlichen Raum aufzusteigen.

Ein anderes Hilfsmittel, von dem in besonderen Fällen für einen besonders wirkungsvollen Wärmeübergang böi bestimmten geschmolzenen Salzen Gebrauch gemacht werden kann, ist die Verwendung der Leitwände, um einen Querstrom des Heizmediums über die.Wärmetauscherkammer 22 zu erzeugen. Bei einer solchen Leitwandanordnung sind die

_12- 0098 31/0886

Stromführungs-Leitwand 54 und die Leitwand- oder Prallplatten 80 und 82 nicht erforderlich.

Aufgrund der besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es ohne weiteres ersichtlich, daß die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten scharfer Beanspruchungsgradienten und auch die mit dem Erstarren des geschmolzenen Salzes verbundenen Schwierigkeiten, die von großen Temperaturunterschieden herrühren, eliminiert werden_o

Das Heizmedium, d.h. das Hochtemperatur-Flüssigmetall oder die geschmolzenen Salze, steht nicht langer irr direktem Wärmeaustausch mit dem mit einer wesentlich niedrigeren Temperatur eintretenden Speisewasser. Es befindet sich vielmehr in einer indirekten Wärmeaustauschbeziehung damit als Folge davon, daß der Zwischendampf zwischen dem Heizmedium und dem eintretenden verdampfbaren Speisewasser hindurchströmt. Dadurch, daß der Dampf in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Heizmedium steht, sind gleichförmigere Metalltemperaturen über die druckhaltenden Teile vorhanden, was die Möglichkeit von Wärmestößen reduziert. Darüber hinaus verhindert die höhere Temperatur des Dampfes (im Verhältnis zu dem Speisewasser) ein Erstarren des Heizmediums. Diese Anordnung schützt zusätzlich gegen Verunreinigung des Heizmediums insofern, als bei einem eventuellen Lecken geringer Dampfmengen entweder in flüssiges Alkalimetall oder geschmolzenes Salz keine heftige Reaktion eintritt und nach Feststellung des Fehlers genügend Zeit zum ordnungsgemäßen Stillsetzen der Anlage ist, um Reparaturen durchzuführen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Abwärtsstrom des Heizmediums durch die Wärmetauscherkammer 22. Das sich auf seiner höchsten Temperatur be-

.13- 009831/0886

findende eintretende Heizmedium wird im Gegenstrom zu dem austretenden überhitzten Dampf geführt, und das den Dampferzeuger verlassende Heizmedium strömt dem eintretenden Sattdampf entgegen, der sich auf seiner niedrigsten Temperatur befindet, wodurch der Temperaturunterschied zwischen den beiden Strömungsmitteln so gering wie möglich gehalten wird, während die Wärmeübertragungsfläche in einer maximalen Weise wirkungsvoll genutzt wird. Die wechselnde Dichte des Heizmediums, die ebenso zunimmt, wie die Temperatur beim Abwärtsstrom absinkt, unterstützt die Strömung. Bei einer umgekehrten Strömungsrichtung, d.h. wenn das heiße Strömungsmittel am Boden des Behälters eintreten und das kalte Strömungsmittel den Behälter an seiner Oberseite verlassen würde, würde das dichtete kalte Strömungsmittel zu einem Gegenstrom tendieren, was zu einem Wärmeschock führen würde·

. - Patentansprüche -

009831/0886

Claims

194 TOO5

Pate η- tans prüche

!..'Dampferzeuger, insbesondere für einen Betrieb mit

flüssigem Metall oder geschmolzenen Salzen als Heizmedien, zum Erzeugen überhitzten Dampfes durch indirekten Wärmeübergang von dem Heizmedium auf eine verdampfbare Flüssigkeit mit einem langgestreckten, senkrechten Druckbehälter, dessen Innenraum durch zwei im Abstand voneinander quer zur Behälterachse angeordnete- Rohrplatten in eine Einlaßkammer, eine Wärmetauscherkammer und eine Dampfsamme!kammer unterteilt ist, wobei in der Wärmetauscherkammer ein die Einlaßkammer und die Dampfsammelkammer verbindendes Rohrbündel aus einer Vielzahl von Druckrohren angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine in jedem der Druckrohre (46) axial angeordnete, an ihrem Einlaßende mit der Einlaßkammer (28) und an ihrem Auslaßende mit einem sie in den Druckrohren umgebenden Ringraum in Verbindung stehende Bajonettrohranordnung (56,60.,.70) für eine Zirkulation von zu verdampfender Flüssigkeit durch das Innere der Druckrohre (46) getrennt von dem an der Außenseite der Bajonettrohranordnung in den Druckrohren (46) aufsteigenden, zu überhitzenden Dampf.

2« Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekenn— . zeichnet, daß die Bajonettrohranordnung (56,60«..70) aus einem in konzentrischem Abstand von der Wandung (46·) des Druckrohres (46) unter Bildung eines ersten Durchflußringraumes angeordneten, an einem Ende geschlossenen Außenrohr (56) und aus einem von der Wandung (56') des Außenrohres (56) unter Bildung eines zweiten Durchflußringraumes in konzentrischem Abstand angeordneten Innenrohr (60) .besteht, das an seinem einen Ende in Strömungsverbindung mit dem zweiten Ringraum steht für eine Gegenstromführung der zu verdampfenden Flüssigkeit durch die Bajonettrohranordnung.

009831/0886

. . ■'■-■■ - -15- . ■.■."..■

■ -. 15 - "

3. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 1 und 2. gekenn-zeichnet durch eine Sammeleinrichtung in der Einlaßkanmer (28) für das aus den Ringräumen der Bajonettrohranordnungen (5C, 60...70) austretende Dampf-Flüssigkeitsgemisch und durch Einrichtungen zum Sammeln des aus dem Dampf-Flüssigkeitsgemisch ausgeschiedenen Dampfes und zum Zuleiten dieses Dampfes zur überhitzung in die Ringräume zwischen den Bajonettrohranordnungen und den von dem Keizmedium umströmten Druck- ■ rohren (46).

4. Dampferzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet₃ daß die-Einrichtungen zum Durchleiten des in der Dar.pfsammeleinrichtunr; gesammelten Dampfes durch die Ringräume zwischen den Druckrohren (46) und den darin angeordneten Bajonettrohranordnungen ($6,60...70) Dampfabscheider (7¹O zum Abscheiden des Dampfes aus dem die Bajonettrohranordnung verlassenden Dampf-Flüssigkeitsgemisch und zum Rückführen der abgeschiedenen Flüssigkeit über die Flüssigkeits-Einlaßkammer (2?) zu den Innenrohren (60) der Bajonettrohranordnung umfassen.

^ 5. Dampferzeuger nach eines-der Ansprüche 1 eis ^;;, uadurch gekennzeichnet, dafi sich die' Bajonettrohranordnun ;en (^C, 60. ..70) in jedem der Druckrohre (s-6) über eine gcrln-cre Länge.als die volle Länge der entsprechenden Druckreife (^6) erstrecken, und daf. jede .Eajonettrchranordnunj- an ihrer.; geschlossenen Ende ein sich ücer -Sie verbleibende Druckrchrlänge erstrecl-endes StröinunssmitteLführüngsansatzstuck (c^) aufweist.

6.. Dampferzeuger nach .eineT. der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch schraubenförmig verlaufende Distanz-Leitrippen (7Ο,68₅ββ) im Ringraum zwischen dem Innenrorr (60) und dem Außenrohr (56) der Eajonettrohranorcnunr unc. ,in dem die Bajonettrohranordnung und deren Ansatzstück (C-)

0OJ98 31 /08 86

BAD ORIGINAL

— Ίο —

in dem Druckrohr (46) umgebenden Ringraum.

7· Dampferzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen oberen Einlaßstutzen C24) für das Heizmittel in die Wärmetauscherkammer (22) und einen darunter angeordneten Auslaßstutzen (26) und durch eine das -Druckrohrbündel umgebende und das Heizmittel von dem Einlaßstutzen (24) zu dem Auslaßstutzen (26) an den Druckrohren (46) entlangführende Leitwand (54), die oberhalb des Einlaßstutzens (24) beginnt und unterhalb des Auslaßstutzens (26) endet und an ihrem Außenumfang durch eine unterhalb des Einlaßstutzens (24) angeordnete Leitwand (72) abgedichtet mit der Behälterwandung verbunden ist·

8. Dampferzeuger nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine die Leitwand (54) an ihrem unteren Ende in der Wärmetauscherkammer (22) im Abstand umgebende und unterhalb des Auslaßstutzens (26) mit der Behälterwandung verbundene, sich bis oberhalb des Auslaßstutzens (26) erstreckende Umlenkwand (82).

009831/0886