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Dampfanlage für stark schwankenden Verbrauch.
Es sind bereits Dampfanlagen für stark schwankenden Verbrauch bekannt, bei denen die Belastung- Schwankungen von den Kesseln dadurch ferngehalten werden, dass die Grundbelastung von ständig gespeisten Verbrauchsstellen aufgenommen wird und die Spitzenbelastung von mit Unterbrechungen oder Schwankungen arbeitenden Verbrauchsstellen, welch letztere aus einem Wärmespeicher gespeist werden, der unter Einschaltung einer Vorrichtung zur Erzielung eines Druckabfalles Dampf vom Dampferzeuger erhält. Derartige Einrichtungen sind selbstverständlich für jene Anlagen, bei denen ein stark schwankender Verbrauch an Hochspannungsdampf unvermeidlich ist, nicht bestimmt und für diese auch nicht geeignet, weil trotz dem Niederdruckspeicher die Kessel dem Höchstbedarf an Hochspannungdampf angepasst sein müssen.
Aber auch in jenen Fällen, für welche die Anordnung eines Niederdruckdampfspeichers geeignet ist, haben diese bekannten Einrichtungen die Nachteile, dass für die Deckung des Spitzenbedarfes an Arbeitsleistung eine besondere Niederdruckdampfmaschine vorgesehen werden muss und dass ferner die Verwertung des jeweils für den Betrieb der Hochdruckmaschine überflüssigen Hochdruckdampfes keine vollkommen wirtschaftliche ist, weil dieser Dampf ohne Arbeitsverrichtung in Niederdruckdampf umgewandelt wird und dadurch seine Druckenergie verlorengeht.
Es ist ferner beispielsweise bereits vorgeschlagen worden, den Belastungsänderungen bei Dampfanlagen durch einen Speicher für das heisse Kesselwasser Rechnung zu tragen, in welchem in den Zeiträumen schwacher Belastung Heisswasser gesammelt und bei stärkerer Belastung wieder in den Kessel zurückgeleitet wird. Zur Überführung des Heisswassers aus dem Kessel in den Speicher oder umgekehrt dient hiebei eine Umlaufpumpe oder es werden im Kessel und Speicher ungleiche Dampfspannungen herbeigeführt, welche das Kesselspeisewasser aus dem einen Behälter in den anderen drücken. Hiebei ist auch eine Dampfleitung von dem Kessel zum Speicher vorgesehen, welche in den Wasserraum des Speichers mündet, so dass der Dampf in der Richtung vom Kessel zum Speicher, jedoch nicht in der umgekehrten Richtung strömen kann.
Ferner sind Speicher bekannt, in denen heisses Speisewasser gebildet wird, das bei stärkerer Belastung in den Kessel geleitet wird, bei denen der Dampfraum des Kessels mit dem Dampfraum des Speichers durch ein Dampfrohr in Verbindung steht. Doch ist auch bei diesen bekannten Anlagen zum Betriebe des Speichers eine Pumpe vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, bei Dampfanlagen mit erheblich schwankenden
Verbrauch an Hochspannungsdampf diese Schwankungen von den Kesseln fernzuhalten, den jeweils für den Betrieb der Hochdruckmaschine überschüssigen Hochspannungsdampf auf wirtschaftliche Weise entweder zur Deckung des Spitzenbedarfs an Hoch-oder an Niederdruckdampf zu verwerten und hiebei die gesamte Anlage derart auszugestalten, dass der Hochspannungsspeicher ohne jede Komplikation der Bedienung durch einfaches Öffnen oder Schliessen von Ventilen wie ein zweiter Dampferzeuger zu dem Dampfkessel hinzugeschaltet oder von ihm abgeschaltet werden kann.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Wasserräume und die Dampfräume des Kessels und des Speichers paarweise durch Leitungen miteinander verbunden sind, in welche Leitungen bloss Absperr-oder Regelorgane eingebaut sind, so dass je nach der Einstellung dieser Absperrorgane Dampf und Wasser aus dem
Kessel in den Speicher und umgekehrt strömen können und dass der Speicher mit Einrichtungen zur von dem Kessel unabhängigen Entnahme von Hochdruckdampf versehen ist und mit dem Kessel parallel und unmittelbar auf eine Hochdruckmaschine arbeitet.
Der Hochspannungsspeicher deckt somit den
Spitzenbedarf an Hoehspannungsdampf, er ermöglicht aber auch eine vollkommen wirtschaftliche Ver-
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Stufe einer Turbine zugeführt und in an sich bekannter Weise einer beliebigen niedrigeren Turbinenstufe wieder entnommen wird.
Die Zeichnungen veranschaulichen in schematischer Darstellung drei Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Die Dampfanlage nach der Fig. 1 umfasst einen Kessel ER beliebiger Bauart und einen Behälter V, der von der Feuerung nicht beheizt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiele bestehen der Dampfkessel K und der Behälter V aus je einem Ober-und Unterkessel o und u bzw. a und b ; die Wasserund Dampfräume sind durch Leitungen c und e miteinander verbunden, in welche je ein von Hand aus oder automatisch betätigtes Regelungs- oder Abspenorgan d bzw. t eingebaut ist. Das Speisewasser
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Leitungen r, s zur Verbrauchsstelle T für den Hochspannungsdampf, z. B. zu einer Dampfturbine, führen.
Durch die Verbindungsleitungen c, e wird in dem Kessel J und dem Behälter V der gleiche oder nahezu gleiche Druck erhalten und ein reger Wärmeaustausch zwischen den beiden erzielt ; dieser kann noch dadurch wirksamer gestaltet werden, dass auch die Wasserräume der Oberkessel o und b miteinander verbunden werden.
Beim Normalbetrieb, welchem die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit des eigentlichen Dampferzeugers K angepasst ist, strömt Dampf bloss aus dem Kessel K über die Leitungen p, s zur Turbine T.
Sinkt bei normalem Kesselbetrieb der Kraftbedarf und infolgedessen der Bedarf an Hochspannungsdampf, so strömt der überschüssige Hochspannungsdampf aus dem Kessel K ohne Druckabfall durch die Leitung e in den Behälter V und wird in dem Wasser desselben aufgespeichert. Ist der Bedarf an Hochspannungdampf grösser als der Kessel K allein ohne Überlastung liefern kann, so wird dieser Mehrbedarf durch Nachverdampfung"des Wassers aus dem Behälter V gedeckt.
Der Behälter V, in welchem das Wasser nach einiger Zeit die Temperatur des Kesselwassers nahezu ganz erreicht, wirkt somit als Speicher für Hochspannungsdampf und dient zur Deckung des Spitzenbedarfes an Hoehspannungsdampf. Die Funktion als Hochspannungsspeicher kann der Behälter V auch. dann erfüllen, wenn das in ihm enthaltene Wasser die Temperatur des Kesselwassers erreicht hat, weil infolge der Zuleitung von Frischwasser in den Speicher V die Wärme des einströmenden Dampfes zur Erhitzung des Frischwassers auf die Kesseltemperatur verbraucht wird. Bei dieser Wirkungsweise der Anlage kann durch Schliessen des Ventils d im Kessel E die günstigste Spiegelhöhe, im Speicher V dagegen ein höheres Niveau erhalten werden.
Tritt bei übernormalem Bedarf an Hochspannungsdampf der Speicher V als Dampferzeuger in Wirkung, so sinkt die Wassertemperatur in dem Behälter V rascher als im Kessel X, weil dem Speicher in dieser Zeitperiode keine Wärme zugeführt wird und die Verdampfungswärme aus dem Wasser des Hoehspannungsspeichers V entnommen werden muss. Infolge dieses Sinkens der Wassertemperatur im Behälter V ist dieser besonders fähig, bei einer darauffolgenden Periode des unternormalen Dampfbedarfes den überschüssigen Hochspannungsdampf aufzuspeichern.
Die Schwankungen des Hoehspannungs- bedarfes beeinflussen daher die Temperatur des Kesselwassers nicht und der Kessel kann sogleich nach einer Periode des überdurchschnittliehen Dampfbedarfes Hochspannungsdampf von normaler Temperatur und normalem Feuchtigkeitsgehalt liefern.
Für die Periode des überdurchschnittlichen Dampfbedarfes wirkt somit der Behälter V wie ein zweiter selbständiger Dampferzeuger ; die Anpassung der ganzen Dampferzeugungsanlage an den erhöhten Dampfbedarf erfolgt somit augenblicklich, als ob ein zweiter Dampfkessel zugeschaltet würde. Dem Umstand, dass der Speicher V nur Sattdampf oder nassen Dampf liefern kann, wird dadurch Rechnung getragen, dass in die Entnahmeleitung q ein Überhitzer m eingeschaltet wird.
Der Hochspannungsspeicher V gewährt ferner den Vorteil, dass auch der Bedarf an Niederdruckdampf, insbesondere der Spitzenbedarf an solchem auf wirtschaftliche Weise gedeckt werden kann, ohne dass besondere Niederdruckspeicher notwendig sind. Der Erfindung gemäss wird der überschüssige Kesseldampf im Hochspannungsspeicher V aufgespeichert und über die Turbine T an die Verbrauchsstellen für Niederdruckdampf abgegeben. Sowohl die Zufuhr des Hochspannungsdampfes als auch insbesondere die Entnahme können hiebei, wie durch die Pfeile x und y angedeutet ist, an beliebigen
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Arbeitsverrichtung auf die jeweils erforderliche Spannung herabgesetzt.
Das Prinzip, den Bedarf an Niederdruckdampf durch den Abdampf der Kraftmaschine oder durch Entnahme aus einer Niederdruckstufe der Turbine zu decken, ist zwar bereits bekannt ; da jedoch der Hochspannungsdampfspeicher fehlte, musste der überschüssige Hochspannungsdampf in einem Niederdruckspeicher gesammelt werden und konnte daher nicht auf die gleiche Weise wirtschaftlich verwertet werden wie gemäss der Erfindung.
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und des Behälter V mit Speisewasser wirkt, den jeweiligen Betriebsverhältnissen entsprechend, auf folgende
Weise : Bei vollem Gleichgewicht zwischen der Leistung des Kessels K und dem Dampf verbrauch wird das Frischwasser nur in den Kessel geleitet und desgleichen, wenn der Behälter V intensiv als Dampf- erzeuger wirken soll.
Wenn dagegen der Behälter in geringerem Masse als Speicher wirken soll, wird das
Frischwasser nur in den Behälter V oder zugleich auch in den Kessel K geleitet ; im ersteren Fall gelangt das Speisewassèr über den Behälter V in den Kessel K.
Bei der Ausführungsform der Erfindung nach der Fig. 2 ist mehreren Kesseln K ein einziger
Behälter V zugeordnet ; die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsfonn, bei der mehrere Kessel K mit mehreren Behältern V kombiniert sind. In beiden Fällen sind die Behälter V und die Kessel K in der gleichen Weise miteinander verbunden wie bei der Anlage nach Fig. l, und sie können durch in den Verbindungsleitungen angeordnete Ventile gegenseitig ab-und zugeschaltet werden.
Durch die Veibindung eines Hochspannungsspeichers mit einem Kessel beliebiger Bauart, z. B. einem Röhrenkessel, gemäss der vorliegenden Erfindung werden ohne Preisgebung der Vorteile der betreffenden Kesseltype die Vorteile eines Grosswasserraumkessels, für kürzere Zeit sogar die Vorteile zweier Dampfkessel erzielt, da der Behälter V als unabhängiger Dampferzeuger wirken kann ; ferner wird eine wirtschaftliche Ausnutzung auch des überschüssigen Kesseldampfes bei der Deckung des Spitzenbedarfs an Niederdruckdampf erzielt und es werden die bekannten grossen Niederdruckspeicher erspart.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Dampfanlage für stark schwankenden Verbrauch mit einem unter dem Kesseldruck stehenden und von der Feuerung nicht bestrichenen Wärmespeicher, bei der die Wasserräume des Kessels mit den Wasserräumen des Speichers und die Dampfräume des Kessels mit den Dampfräumen des Speichers durch Leitungen (c, e) verbunden sind, und der Speicher mit dem Kessel parallel und unmittelbar auf eine Hochdruckmaschine arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass in die genannten Leitungen nur Absperroder Regelorgane (d, t) eingebaut sind u. zw. derart, dass je nach der Einstellung dieser Absperrorgane Dampf oder Wasser aus dem Kessel (K) in den Speicher (V) und umgekehrt strömen kann.