DE2754559C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißdampfkühler zum Einsprü­ hen einer Flüssigkeit als Sprühnebel in einen Dampfstrom mit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Anlagen, die mit Dampf als Energiequelle arbeiten, sind so berechnet, daß sie mit auf einer bestimmten Temperatur stehendem und einen bestimmten Druck aufweisendem Dampf betrieben werden. Im allgemeinen ist der vom Dampfkessel zugeführte Dampf überhitzt, so daß die die Dampfenergie verwendende Vorrichtung den Dampf mit einer höheren Tem­ peratur als erforderlich aufnehmen kann. Zum Aufrechter­ halten der gewünschten Temperaturbedingungen ist es üb­ lich, den überhitzten Dampf durch einem Heißdampfkühler auf eine niedrigere Temperatur herabzukühlen. Der Heißdampf­ kühler wird in eine Dampfleitung eingesetzt und spritzt Kühlwasser in diese hinein.

Zur wirksamen Regelung der Temperatur des Dampfes werden an den Betrieb der Heißdampfkühler mehrere Anforderungen gestellt. Diese Anforderungen müssen gleichzeitig erfüllt werden. Eine wichtige Anforderung liegt darin, daß die Menge des der Dampfleitung zugeführten Kühlwassers genau eingeregelt werden muß. Es leuchtet ein, daß bei zu viel oder zu wenig Kühlwasser die Dampftemperatur nicht genau eingehalten werden kann. Eine weitere wichtige Forderung liegt darin, daß das Kühlwasser in die Dampfleitung in ei­ ner Form eingespritzt wird, die seine Verdampfung in Dampf erleichtert. Falls das Kühlwasser nicht schnell ver­ dampft, sammelt es sich am Boden der Dampfleitung an und verdampft in mehr oder weniger ungesteuerter Weise. Dies macht eine genaue Einregelung der Dampftemperatur fast un­ möglich. Eine weitere wichtige Forderung liegt noch dar­ in, daß das Kühlwasser in der Dampfleitung in einem im allgemeinen gleichförmigen Schema verteilt wird, so daß auch die Dampftemperatur gleichförmig herabgesetzt wird.

Ein Heißdampfkühler der eingangs genannten Gattung zum Einsprühen ei­ ner unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit als Sprühnebel in einen Dampfstrom ist aus der CH-PS 62 947 bekannt. Dieser Heißdampfküh­ ler enthält ein Sprührohr. In diesem sind in Längs- und Umfangsrichtung verteilt Sprühdüsen mit gegenseitigem Ab­ stand angeordnet. Diese Sprühdüsen sind offensichtlich glattzylindrisch. Im Sprührohr ist ein Kolbenschieber verschiebbar angeordnet. Bei dessen Verschieben werden die Sprühdüsen in unterschiedlicher Zahl geöffnet und ge­ schlossen.

Bekannt ist weiter ein Heißdampfkühler, bei dem ein zur Zufuhr des Kühlwassers dienendes Rohr zen­ trisch im Dampfkanal angeordnet ist (DE-AS 11 51 520). An seinem Ende ist dieses Rohr verschlossen. Auf seinem letzten Stück weist es in Umfangsrichtung verteilt und in seiner Längsrichtung versetzt Austrittsöffnungen für das Kühlwasser auf. Eine die Austrittsöffnungen verschließen­ de und freigebende Hülse läßt sich über dem letzten Stück dieses Rohres verschieben.

Aus der GB-PS 11 51 016 ist ein Heißdampfkühler mit einer einzigen Sprühdüse bekannt. Die Sprüh­ düse besteht aus einer zylinder­ förmigen Wirbelkammer, an die sich stromabwärts ein sich in Strömungs­ richtung verjüngender Abschnitt an­ schließt. Im radialen Abstand von der Wirbelkammer ist eine Ring­ kammer angeordnet, die mit der Wirbelkammer durch tangential in diese mündende Zuführungs­ kanäle verbunden ist. Die Zuführungskanäle sind schrauben­ linienförmig verteilt angeordnet und werden von einem durch eine Steuerung betätigten Schieber aufeinanderfolgend geöffnet bzw. geschlossen. Die Zuleitung der Flüssigkeit erfolgt in die Ringkammer durch einen einzigen ungesteuerten Anschluß.

Hiervon ausgehend liegt die Aufgabe der Erfindung in der Ausbildung eines Heißdampfkühlers, der eine genaue Steue­ rung des Volumens der in den Dampfstrom eingegebenen Flüssigkeit bzw. Kühlflüssigkeit zuläßt und der den Sprühnebel in einer Form, die eine rasche Dampfung zuläßt, in den Dampfstrom eingibt.

Bei einem Heißdampfkühler der eingangs genannten Gattung ergibt sich die Lösung für diese Aufgabe nach der Erfin­ dung durch die Merkmale des Kennzeichens des Patent­ anspruchs.

Somit sind bei dem beanspruchten Heißdampfkühler die Sprühdüsen in Längs- und Umfangsrichtung des Sprührohres nach einem festen Schema verteilt in die­ sem angeordnet. Bei einer Vorbeibewegung des Schiebers werden sie von diesem nach dem gleichen festen Schema ge­ öffnet oder geschlossen. Damit läßt sich das Volumen der durch die Sprühdüsen durchtretenden Flüssigkeit genau steuern. Vorteilhaft ist, daß die Sprühdüsen in den bei­ den Reihen gegeneinander versetzt sind oder auf Lücke stehen. Damit werden die Sprühdüsen in den beiden Reihen nacheinander einzeln geöffnet oder geschlossen.

Jede Sprühdüse enthält eine Wirbelkammer aus zwei Ab­ schnitten. In diesen wird die Flüssigkeit verwirbelt und in feine Tröpfchen aufgeteilt. Vorteilhaft ist dabei, daß der stromabwärtige Abschnitt einen abnehmenden Durchmes­ ser aufweist und die Tröpfchen vor dem Eintritt in das Sprührohr noch den radial verlaufenden Austrittskanal passieren müssen.

Jede Sprühdüse wird von einem Ringkanal umschlossen. Über Zuführungskanäle, vorzugsweise zwei Zuführungskanäle, tritt die Flüssigkeit aus dem Ringkanal in den stromauf­ wärtigen Abschnitt der Wirbelkammer ein. Dies bedeutet, daß diese gleichförmig und gleichmäßig mit Flüssigkeit gespeist wird. Auch dies trägt zur Bildung feiner Wasser­ tröpfchen bei.

Die Ringkanäle erhalten die Flüssigkeit ihrerseits über die den geringen Durchmesser aufweisenden Öffnungen, die sie mit dem Innenraum des Sprührohres verbinden. Diese sind so angeordnet, daß die in den bei­ den Längsreihen auf Lücke stehenden Sprühdüsen bei einer Vorbeibewegung des Schiebers genau nacheinander mit dem Innenraum des Sprührohres verbunden oder von diesem ge­ trennt werden. Dies trägt zu der gewünschten genauen Steuerung des Volumens der Flüssigkeit bzw. Kühlflüssig­ keit bei.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungs­ form wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine Seitenansicht des Heißdampfkühlers, der in das Dampfrohr eingesetzt ist und von dem Teile zur besseren Übersicht weggebrochen sind,

Fig. 2 ein Teillängsschnitt durch den Heißdampfkühler,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Heißdampfküh­ lers, teilweise aufgeschnitten, und

Fig. 4 eine Ansicht in Blickrichtung der Linie 4-4 in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Heißdampfkühler 10. Dieser ist in ein Dampfrohr 12 eingesetzt und spritzt Kühlwasser als Sprüh­ nebel in dieses ein. Der Heißdampfkühler 10 enthält ein Wasserrohr 14 und ein damit koaxiales und in Verbindung stehendes Sprührohr 16. An das Wasserrohr 14 ist eine Wasserkammer 17 angeschlossen. Diese weist einen Flansch 18 zur Verbindung mit einer Wasserleitung auf, die zu ei­ ner Hochdruckflüssigkeitsquelle führt. Konzentrisch zum Wasserrohr 14 geht von der Wasserkammer 17 ein Rohrstück 20 aus. Dieses umschließt das Sprührohr 16 und dient zum Anschluß des Heißdampfkühlers 10 am Dampfrohr 12. Im ge­ zeigten Beispiel ist das Rohrstück 20 an das Dampfrohr angeschweißt. Die Schweißung erstreckt sich entlang einer kreisförmigen Öffnung in der Wand des Dampfrohres 12, in die das Sprührohr 16 eintritt.

In Fig. 2 wird ein Strömungsregler gezeigt. Dieser gestat­ tet oder sperrt die Strömung von Kühlwasser aus dem Was­ serrohr 14 in das Sprührohr 16 und regelt die Strömung aus dem Sprührohr in das Dampfrohr 12. Zum Strömungsreg­ ler gehören ein Schiebersitz 22 und der eigentliche Schie­ ber 24. Dieser ist an eine Betätigungsstange 26 ange­ schlossen. Unter Bezug auf Fig. 1 sei nun auf einen nicht gezeigten Regler verwiesen. Dieser ist in einem Gehäuse 28 angeordnet und dient zur Betätigung der Betätigungsstange 26 und damit zum Steuern des Strömungsreglers. Bei dem Regler kann es sich um jede beliebige bekannte Bauart handeln. Im Detail wird er daher nicht beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Regler im allge­ meinen einen Temperaturmesser enthält. Dieser wird strö­ mungsunterhalb des Heißdampfkühlers 10 in das Dampfrohr 12 eingesetzt und mißt die Dampftemperatur. Diese Tempera­ turmessung dient zum Bestimmen der Menge des Kühlwassers, das zum Aufrechterhalten der Solltemperatur in den Dampf eingegeben werden muß. Nach Maßgabe dieser Bestimmung des Reglers arbeitet dann die Betätigungsstange.

Aus den Fig. 2 und 4 ist zu ersehen, daß das Wasser­ rohr 14 und das Sprührohr 16 axial ausgerichtete Hohlzy­ linder sind, die durch Schweißen miteinander verbunden sind und an ihren Enden in Verbindung stehen. Das andere Ende des Wasserrohres 14 steht mit der Wasserkammer 17 in Verbindung, und das andere Ende des Sprührohres 16 wird durch eine Stirnwand 30 verschlossen. Am Ende des Sprüh­ rohres 16 befindet sich ein Abschnitt verringerten Durch­ messers. Dieser bildet einen Strömungskanal 32 und eine Schulter 34, auf der der Schiebersitz 22 befestigt ist. Der Schieber 24 enthält einen konischen Flächenabschnitt 36 und einen zylindrischen Flächenabschnitt 38. Dieser sitzt verschiebbar im Sprührohr 16 und ist gegenüber des­ sen Innenwand abgedichtet. Bei einer Verschiebung der Be­ tätigungsstange 26 verschiebt sich der Schieber 24 zwi­ schen einer Stellung, in der der konische Flächenabschnitt 36 am Schiebersitz 22 anliegt und den Eintritt von Kühl­ wasser in das Sprührohr 16 verhindert, und anderen Stel­ lungen, in denen der Schieber 24 in einem Abstand vom Schiebersitz liegt und damit den Durchtritt von Kühlwas­ ser in das Sprührohr 16 zuläßt.

Im Sprührohr 16 befindet sich eine Düsenanordnung zur Ab­ gabe von Kühlwasser aus dem Sprührohr 16 in das Dampfrohr 12. Die Düsenanordnung enthält zahlreiche Düsen 40 a, 40 b, 40 c, 40 d, 40 e und 40 f. Diese geben Kühlwasser in Form ei­ nes Sprühnebels, der sich auf einem expandierenden Weg bewegt, in das Dampfrohr. Infolge des verhältnismäßig großen Druckunterschiedes zwischen dem Wasser, das sich auf einem verhältnismäßig hohen Druck befindet, und dem Dampf, der sich auf einem beträchtlich niedrigeren Druck befindet, bricht der Sprühnebel des Wassers auf und atomisiert sich in zahlreiche kleine Tröpfchen, die rasch im Dampf verdampfen. Der expandieren­ de konische Strömungsweg führt zu einer stärker gleich­ förmigen Verteilung der Wassertröpfchen im Dampf.

Die Düsen sind in mehreren, vorzugsweise zwei Reihen an­ geordnet. Diese verlaufen axial entlang des Sprührohres 16. Jede Reihe enthält mehrere Düsen. Nach der Darstel­ lung in der Zeichnung stehen in einer Reihe die Düsen 40 a, 40 b und 40 c, und in der anderen Reihe stehen die Düsen 40 d, 40 e und 40 f. Vorzugsweise sind sämtliche Düsen einer Rei­ he axial ausgerichtet, und die beiden Reihen liegen in Um­ fangsrichtung auseinander. Dadurch ergibt sich eine stär­ ker gleichförmige Verteilung des Wassers im Dampf. In der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand der Reihen untereinander etwa 90°. Es sei je­ doch darauf hingewiesen, daß auch jeder geeignete andere Abstand möglich ist. So können die Reihen zum Beispiel enger beieinander oder weiter auseinander liegen, jedoch nicht mehr als 180°.

Wie am besten in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Düsen in einer Reihe gegenüber den Düsen in der anderen Reihe axial versetzt. Das heißt, eine durch den Mittelpunkt ei­ ner Düse durchtretende Querebene enthält nicht den Mittel­ punkt einer anderen Düse. Die Versetzung ist vorzugsweise so gewählt, daß sich der Mittelpunkt der Düse 40 d in der Mitte des axialen Abstandes zwischen der Düse 40 a und 40 b befindet, aber in Umfangsrichtung in einem Abstand dazu liegt. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Menge des in die Dampfleitung eingespeisten Wassers zu steuern. Da der zylindrische Flächenabschnitt 38 des Schiebers 24 an der Innenwand des Sprührohres 16 dichtend anliegt, leuch­ tet es ein, daß die Düsen bei einer Bewegung des Schie­ bers 24 vom Schiebersitz 22 in Richtung auf die Stirn­ wand 30 nacheinander in der folgenden Weise freigegeben werden: 40 a, 40 d, 40 b , 40 e, 40 c und 40 f. Bei Freigabe je­ der Düse kann Kühlwasser aus dem Innern des Sprührohres 16 durch die freigegebene Düse oder die Düsen in das Dampfrohr 12 einströmen. Durch Einregeln der Lage des Schiebers 24 läßt sich damit die Zahl der offenen Düsen und damit die Menge des in das Dampfrohr 12 eingegebenen Kühlwassers regeln.

Jede Düse gibt das Kühlwasser als einen Sprühnebel ab, der entlang einer expandierenden spiralförmigen Bahn fort­ schreitet. Sämtliche Düsen sind einander gleich. Daher wird nur eine einzige beschrieben. Zur besseren Übersicht­ lichkeit der Zeichnung sind Bezugszeichen nur bei der Dü­ se 40 a eingesetzt. Jede Düse enthält eine Ringkammer 42. Diese steht über mehrere kleine Öffnungen 44 mit dem In­ nern des Sprührohres 16 in Verbindung. Die Öffnungen 44 liegen über im allgemeinen der Hälfte des Umfanges der Ringkammer 42 auseinander. Bei der Verschiebung des Schiebers 24 entlang des Sprührohres 16 wird der zylindrische Flächenabschnitt 38 eine oder jede beliebige Zusammenstellung von bis zu sämtlichen Öffnun­ gen 44 freigeben und damit die Menge des jeder Düse zuge­ führten Kühlwassers einregeln. Damit läßt sich sagen, daß die Düsen nacheinander geöffnet werden. Jede Ringkam­ mer 42 steht mit einem allgemein zylindrischen Teil 46 des Wirbelkam­ mer über zwei Zuführungskanäle 48 in Verbindung. Hierzu zeigt Fig. 4 am besten, daß diese gegenüber der Wirbelkammer tangential angeordnet sind, so daß das Kühlwasser beim Übergang aus der Ringkammer 42 in die Wirbelkammer eine Wirbelbewegung erfährt. Mit der Wir­ belkammer stehen zwei konische Abschnitte 50 und 52 in Verbin­ dung. Diese erteilen dem wirbelnden Wasser eine konische Form, sobald dieses durch einen allgemein zylindrischen Austrittskanal 54 abgegeben wird und dann expandiert. Die Stärke der zylindrischen Austrittskanäle 54 ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt. In Wirklichkeit sollte sie so gering wie möglich sein. Infolge des verhältnismä­ ßig hohen Druckes des Kühlwassers muß jedoch eine gewis­ se Stärke vorhanden sein, um den Druckkräften zu wider­ stehen. In der Zeichnung werden zwei konische Abschnitte 50 und 52 dargestellt. Es sei jedoch darauf verwiesen, daß nur ein konischer Abschnitt erforderlich ist. Die Verwendung von zwei konischen Abschnitten wird jedoch empfohlen, da sie die Umgestaltung der Wasserströmung in eine konische Form mit einem verhältnismäßig geringen ein­ geschlossenen Winkel erleichtern.

Zum Betrieb wird der Heißdampfkühler 10 mit dem Rohrstück 20 so in das Dampfrohr 12 eingebaut, daß das Sprührohr in diesem verläuft und die Düsen 40 a, 40 b, 40 c, 40 d, 40 e und 40 f in Strömungsabwärtsrichtung des Dampfrohres zeigen. Das Sprührohr 16 kann über eine etwas Übermaß aufweisende Öffnung in das Dampfrohr 12 eingesetzt werden, und das Rohrstück 20 wird um diese Öffnung herum angeschweißt. Eine Druckwasserquelle wird an den Flansch 18 angesetzt, und das Wasser strömt dann aus der Wasserkammer 17 in das Wasserrohr 14. Mit dem Regler verbundene Temperaturfühler werden strömungsunterhalb des Heißdampfkühlers 10 in ei­ nem ausreichenden Abstand in das Dampfrohr 12 eingesetzt, so daß das Kühlwasser verdampfen und die Dampftemperatur herabsetzen kann. Die Temperaturfühler messen dann die Temperatur des gekühlten Dampfes und können die Menge des in das Dampfrohr 12 eingespritzten Wassers genauer einre­ geln.

Durch die Anlage des konischen Flächenabschnittes 36 des Schiebers 24 auf dem Schiebersitz 22 wird eine Strömung von Kühlwasser aus dem Wasserrohr 14 und dem Sprührohr 16 verhindert. Bei Ansteigen der Dampftemperatur über den Sollwert kommt der Regler zur Wirkung und verschiebt die Betätigungsstange 26 und den Schieber 24 in Richtung auf die Stirnwand 30. Bei Verschiebung des Schiebers 24 liegt der konische Flächenabschnitt 36 nicht länger am Schieber­ sitz 22 an, und das Kühlwasser kann in das Sprührohr 16 einströmen. Bei der Weiterbewegung des Schiebers 24 gibt der zylindrische Flächenabschnitt 38 schließlich einige der mit der Düse 40 a verbundenen Öffnungen 44 frei. An dieser Stelle tritt das Kühlwasser durch die freigegebe­ nen Öffnungen 44 in den Ringkanal 42 ein. Es durchläuft die tangentialen Zuführungskanäle 48 in die Wirbelkammer 46 und von dort durch die konischen Abschnitte 50 und 52. Aus den konischen Abschnitten 50 und 52 wird das Kühlwas­ ser durch den zylindrischen Austrittskanal 54 als ein sich verwirbelnder Sprühnebel weitergegeben, der entlang einer expandierenden spiralförmigen Bahn fortschreitet. Es wurde bereits erwähnt, daß das Wasser nach seiner Abga­ be in winzige Tröpfchen aufbricht. Diese Tröpfchen ver­ dampfen leicht im Dampf. Bei Bedarf an mehr Kühlwasser wird der Schieber 24 weiter vom Schiebersitz 22 wegbewegt, bis sämtliche mit der Düse 40 a zusammenwirkenden Öffnun­ gen 44 freigegeben sind. Falls noch mehr Kühlwasser erfor­ derlich ist, werden dann die mit den Düsen 40 d, dann 40 b, dann 40 e, dann 40 c und schließlich 40 f zusammenwirkenden Öffnungen 44 freigegeben. Die Bewegung des Schiebers 24 läßt sich anhalten, wenn die zum Aufrechterhalten der Solltemperatur des Dampfes in dem Dampfrohr 12 richtige Kühlwassermenge abgegeben ist. Falls die Temperatur des Dampfes in dem Dampfrohr 12 auf eine Temperatur absinkt, bei der weniger oder kein Kühlwasser verlangt wird, wird der Schieber 24 in Richtung auf den Schiebersitz 22 zu­ rückbewegt, und die Menge des in das Dampfrohr abgegebe­ nen Wassers wird niedriger. Falls notwendig, kann auch die gesamte Einströmung von Kühlwasser in das Sprührohr 16 angehalten werden.

Claims (1)

1. Heißdampfkühler zum Einsprühen einer Flüssigkeit als Sprühnebel in einen Dampfstrom mit einem an eine Hoch­ druckflüssigkeitsquelle anschließbaren Sprührohr, mit in dem Sprührohr in dessen Längs- und Umfangsrichtung ver­ teilt mit gegenseitigen Abständen angeordneten Sprühdü­ sen und mit einem in dem Sprührohr verschiebbaren Schieber zum aufeinanderfolgenden Öffnen und Schließen der Sprüh­ düsen, dadurch gekennzeichnet, daß

   • a) die Sprühdüsen (40 a, 40 b, 40 c; 40 d, 40 e, 40 f) entlang von in Längsrichtung des im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung angeordneten Sprührohres (16) verlaufen­ den und in Umfangsrichtung einen stromabwärtigen Bereich von nicht mehr als 180° einnehmenden Reihen angeordnet sind,
   • b) die Sprühdüsen (40 a, 40 b, 40 c) einer Reihe gegenüber denen (40 d, 40 e, 40 f) einer benachbarten Reihe versetzt sind,
   • c) jede Sprühdüse (40 a, 40 b, 40 c; 40 d, 40 e, 40 f) eine Wirbelkammer (46, 50, 52) aus zwei ineinander übergehenden Abschnitten aufweist, von denen der stromabwärtige Abschnitt (50, 52) einen abnehmenden Durchmesser aufweist und in einen radial verlaufenden Austrittskanal (54) übergeht,
   • d) eine Ringkammer (42) jede Sprühdüse (40 a, 40 b, 40 c; 40 d, 40 e, 40 f) mit radialem Abstand umschließt und tangential in die Wirbelkammer mündende Zuführungskanäle (48) zwischen Ringkammer (42) und dem zylindrischen Abschnitt (46) der Wirbelkammer verlaufen, und
   • e) Öffnungen (44) mit geringem Durchmesser die Ringkammern (42) mit dem Innenraum des Sprührohres (16) verbinden und derart angeordnet sind, daß das Freigeben der ersten Öffnung (44) in der folgenden Sprühdüse (40 d) durch den Schieber (24) nach dem Freigeben der letzten Öffnung (44) der vorher­ gehenden Sprühdüse (40 a) erfolgt.