Trommel (Dampfkessel)
Die Trommel (so genannt wegen ihrer üblicherweise zylindrischen Form) ist ein zentraler Behälter in Wasserrohr-Umlauf-Dampfkesseln. Sie wirkt als Speicher, Verteiler und Separator für den Verdampfer des Kessels.
Aufbau und Funktion
Die Trommel ist der zentrale Knotenpunkt eines Kessels: Sie steht in Verbindung mit allen drei wasserseitigen Abschnitten des Kessels: dem Verdampfer, dem Vorwärmer (Economizer), und dem Überhitzer (soweit vorhanden).
Die Trommel wirkt als Pufferspeicher für den Verdampfer und stellt sicher, dass dieser immer und gleichmäßig mit Speisewasser versorgt wird und somit nicht überhitzt. Der Kreislauf wird über Fallrohre gespeist, die von der oben liegenden Trommel meist unbeheizt außen am Feuerraum nach unten laufen. Unten erfolgt über Verteilerrohre, die unteren Sammler, die Verteilung auf die einzelnen Rohre des Verdampfers.
In den Verdampferheizflächen, die in direktem Kontakt zum Rauchgas der Feuerung stehen, erfolgt die Wärmeübertragung und das Speisewasser wird zum Sieden gebracht. In Umlaufkesseln wird das Wasser aber nicht vollständig, sondern nur teilweise verdampft, d. h. im Verdampferkreislauf bildet sich ein Zweiphasengemisch aus siedendem Wasser und Sattdampf. Je nach Umlaufzahl des Verdampfers beträgt das Massenstromverhältnis Wasser zu Dampf am Austritt des Verdampfers zwischen 3:1 bis etwa 20:1.
Über die Überström- oder Steigrohre tritt das mit Dampf angereicherte Gemisch oben aus dem Verdampfer aus und wieder in die oben liegende Trommel ein. Dort trennen sich die flüssige Phase (Wasser) und die gasförmige Phase (Wasserdampf):
Die Dampfblasen steigen zur Wasseroberfläche auf und werden oben aus der Trommel abgezogen. Eventuell mitgerissene Wassertröpfchen werden durch geeignete Einbauten (Fliehkraftabscheider) zurückgehalten. So wird sichergestellt, daß keine Tropfen in den Überhitzer gelangen, wo sie nachverdampfen würden und sich nicht dampfflüchtige Inhaltsstoffe des Kesselwassers als Ablagerung niederschlagen würden.
Die flüssige Phase verbleibt in der Trommel und wird erneut dem Verdampfer zugeführt. Der produzierte Dampf wird durch Nachspeisen von Speisewasser vom Economizer aufgefüllt. So wird das Niveau in der Trommel annähernd konstant gehalten.
Da sich in der Trommel durch die Verdampfung die nicht dampfflüchtigen Inhaltsstoffe des Speisewassers anreichern, muß aus der Trommel (oder alternativ aus den unteren Sammlern) ständig ein kleiner Teilstrom abgezogen werden, so daß sich Salze und andere Verunreinigungen nicht unbegrenzt konzentrieren können (Absalzung bzw. Abschlämmung).
Die Trommel als limitierendes Bauteil
Die Trommel ist ein Druckbehälter. Wegen der hohen Drücke und Temperaturen in modernen Hochdruckkesseln weisen Trommeln bei großen Kesseln auch sehr große Wandstärken (bis zu 200 mm) auf. Diese führen wiederum bei schnellem Aufwärmen oder Abkühlen zu Thermospannungen, die bis an die Belastungsgrenze des Werkstoffes gehen können. Dickwandige Trommeln beschränken daher die maximal zulässigen An- und Abfahrgradienten des Kessels. Um bei großen Leistungen dennoch flexibel zu bleiben, wurden daher Durchlaufkessel entwickelt, die ohne Trommel auskommen.
Sonderbauarten
Mehrtrommelkessel
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Bei einigen Kesselbauarten weisen die unteren Sammler einen derart großen Durchmesser auf, daß sie auch als Trommel bezeichnet werden. Man spricht dann von einem Mehrtrommelkessel und unterscheidet je nach Lage zum Feuerraum in Ober- und Untertrommel(n). Je nach Form des Feuerraumes kann von beiden Trommeltypen mehr als eine vorhanden sein.
Die Funktion der Zweiphasenseparation erfolgt bei Mehrtrommelkesseln immer in der oder den Obertrommeln. Die Untertrommeln wirken nur als Speicher und Verteiler und werden ggf. zur Absalzung/Abschlämmung genutzt.
Beheizte Trommel
Die ersten und primitivsten Kessel überhaupt, die sogenannten Walzen- oder Elefantenkessel, bestanden nur aus einer oder mehreren verbundenen großen Trommeln, die direkt von außen vom Feuer beheizt waren. Diese Bauform des Großwasserraumkessels stellt den Grenzfall zwischen Rauch-/Flammrohr- und Wasserrohrkesseln dar.