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Dampfkraftanlage mit Vorwärmung des Speisewassers durch Anzapf- oder Gegendruckdampf.
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einer Kraftmaschine zur Vorwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere Kesselspeisewasser, verwendet wird.
Bei den Anlagen nach der Erfindung erfolgt die Dampferzeugung des Kessels unabhängig vom jeweiligen Dampfbedarf der Maschinen. Für den Ausgleich zwischen den Belastungsschwankungen wurde bisher vorgeschlagen, die Dampfentnahme aus der Maschine nach der Belastung zu richten und den entnommenen Dampf, soweit er den Bedarf für die Speisewasservorwärmung überstieg, zu speichern.
Bei Mangel an Vorwärmedampf sollte der Speicher entladen werden. Gemäss der Erfindung wird der Ausgleich dadurch herbeigeführt, dass bei geringer Belastung oder bei Dampfüberschuss unter gleichzeitiger Vermehrung der Dampfentnahme eine grössere Flüssigkeitsmenge, bei hoher Belastung oder bei Dampfmangel unter gleichzeitiger Verringerung der Dampfentnahme eine geringere Flüssigkeitsmenge vorgewärmt und dass der Unterschied zwischen der anfallenden und der benötigten vorgewärmten Flüssigkeitsmenge durch einen Speicher ausgeglichen wird. Mit dem durch den Anzapf-oder Gegendruckdampf vorgewärmten Speisewasser wird der Kessel gespeist.
Die für die Vorwärmung zu entnehmende Dampfmenge kann durch die Grösse der Flüssigkeitszufuhr zu den Vorwärmern bestimmt werden. Das geschieht bei hintereinander geschalteten Vorwärmern erfindungsgemäss nur an einer Stelle vor oder zwischen den Vorwärmstufen. Es ist aber auch mit Hilfe
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In den Dampfleitungen zu den Vorwärmern brauchen keine Regelvorrichtungen vorhanden zu sein.
Ausser der Regelung der Flüssigkeitszufuhr kann erfindungsgemäss auch eine Regelung der Anzapfdampfmenge, z. B. durch Regelventile, derart stattfinden, dass die zugeführte Dampfmenge der Wasserzufuhr entspricht.
Den Unterschied zwischen dem anfallenden und dem benötigten vorgewärmten Speisewasser gleicht ein Speicher aus, aus dem der Kessel gespeist wird. Bei hoher Belastung der Kraftanlage wird die Dampfentnahme für die Vorwärmung verringert und der Kessel aus dem Heisswasserspeicher gespeist.
Bei niedriger Belastung wird hingegen die Dampfentnahme vergrössert und der Heisswasserspeicher durch erhöhte Zufuhr vorgewärmten Wassers geladen.
Ausser den Dampfvorwärmern können auch Abgasvorwärmer Verwendung finden, die z. B. vor und hinter den Dampfvorwärmern eingeschaltet sind.
Wenn die Vorwärmung mit Anzapf-oder Gegendruekdampf nicht auf gleichbleibende Temperatur erfolgt, so kann sie erfindungsgemäss durch Frischdampf bis zur bestimmten, gleichbleibendenTemperatur weiter betrieben werden. Dies ist z. B. für die Speisewasservorwärmung erwünscht und kann erfindungsgemäss so durchgeführt werden, dass die Entnahme von Dampf hohen Druckes durch ein Ventil geregelt wird, dessen Einstellung von der Speisewassertemperatur abhängig ist. Die Dampfentnahme in den Stufen niedrigen Druckes kann ohne die Regelung durch ein Dampfventil erfolgen.
Die Vorwärmung kann im Speicher erfolgen bzw. der Vorwärmer kann als Speicher ausgebildet sein. Sie kann auch so durchgeführt werden, dass einzelne Stufen auf gleichbleibenden Druck bzw. gleichbleibende Temperatur geregelt werden. Dies geschieht dadurch, dass entweder die Dampfzufuhr oder die Zufuhr des anzuwärmenden Mittels oder beider zu einer solchen Vorwärmstufe in Abhängigkeit von dem dort herrschenden Druck bzw. von der Temperatur geregelt wird.
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Wenn weniger Wasser im Vorwärmer auf die bestimmte Temperatur gebracht werden kann, als zur Vorwärmung anfällt, dann wird erfindungsgemäss das kalte Wasser aufgespeichert. Wenn weniger heisses Wasser, z. B. durch Kesselspeisung, verbraucht, als vorgewärmt wird, dann wird das warme Wasser gespeichert. Es kann also abwechselnd kaltes oder vorgewärmtes Speisewasser in einem oder mehreren Behältern zur Speicherung kommen. Dieses Verfahren wird z. B. für das in Zeiten hoher Belastung anfallende, überschüssige Kondensat der wechselnd belasteten Maschine angewandt, das in einem Kaltwasserspeicher aufgespeichert wird, aus dem es in Zeiten niedriger Belastung entnommen, durch Anzapfdampf erhitzt und einem Heisswasserspeicher zugeführt wird.
Wenn nur ein Behälter mit schichtenweiser Speicherung von kaltem und heissem Wasser Verwendung findet, dann wird erfindungsgemäss das kalte Kondensat bei hoher Belastung der Maschine dem Speicher unten zugeführt. Bei niedriger Belastung wird es dann dort entnommen, durch Anzapfdampf vorgewärmt und dem Speicher oben als heisses Wasser wieder zugeführt.
Wenn die im Kessel trotz Heissspeisung erzeugte Dampfmenge den Bedarf nicht deckt, so kann dem Speicher Dampf unter Druckabfall entnommen werden.
Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Ausführungsbeispiele der fünf Figuren. Darin bedeuten : a Dampferzeuger, b Dampfverbraucher, c Heisswasserverbraucher, (Z, d Dampfvorwärmer für Speisewasser, e, lh, e2, e3 Speisewasserspeicher, k Maschinendampfkondensator, n Ventil in der Wasserleitung zum Vorwärmer oder Speicher, o Ventil in der Speicherladeleitung, p Ventil vor der Hochdruckstufe der Dampfmaschine, r Ventil zwischen der Anzapfstelle und der nachfolgenden Maschinenstufe, Si, s2, 83 Dampfmaschinen oder Dampfmaschinenstufen, tl, t3 Speisewasserpumpen, u Druck- minderventil.
In Fig. 1 wird der im Kessel a erzeugte Dampf in einer zweistufigen Anzapfmaschine Si, S2 zur Krafterzeugung ausgenutzt. Der Dampf zur Vorwärmung des Speisewassers wird der Stufe 81 entnommen und in den Vorwärmer cl geleitet. Die Niederdruckstufe arbeitet auf den Kondensator k, aus dem das Kondensat durch die Pumpe t1 zur Vorwärmung entnommen wird. Die Wasserzufuhr zum Vorwärmer cl wird durch das Ventil n in Abhängigkeit vom Frisehdampfdruck in der Weise geregelt, dass sie bei steigendem Druck vergrössert und bei sinkendem Druck vermindert bzw. ganz abgestellt wird.
Wenn bei steigendem Frischdampfdruck, also bei Dampfüberschuss, mehr kaltes Wasser in den Vorwärmer d geleitet wird, so sinkt daselbst sowie auch in der Anzapfleitung der Druck und die Temperatur, so dass das als Überstromventil ausgebildete Regelventil1'die Dampfzufuhr zur Niederdruckstufe der Maschine vermindert. Dies hat eine Abnahme der Drehzahl und somit ein stärkeres Öffnen des Geschwindigkeitsreglers vor der Hochdruckstufe zur Folge, so dass der Überschüssige Dampf aus dem Hochdrucknetz über die Hochdruckstufe der Maschine zur Speisewasservorwärmung in den Vorwärmer d geleitet wird.
Bei grosser Belastung ist also die vorzuwärmende Speisewassermenge gering, die anfallende Kondensatmenge dagegen gross und umgekehrt bei geringer Belastung. Zum Ausgleich dieser Schwankungen wird auch das kalte Wasser aufgespeichert. Im Ausführungsbeispiel ist der Speicher mit dem Vorwärmer zu einem Behälter vereinigt und in drei Abteilungen e1, e2 und e3 unterteilt, die durch Überläufe miteinander in Verbindung stehen.
Wenn bei grosser Belastung die Pumpe t1 mehr Kondensat absaugt, als durch das Ventil n in den Vorwärmer d geleitet wird, so wird das überschüssige kalte Wasser in den unteren Teil des Speicherbehälters e1 geleitet, so dass das darin enthaltene Wasser durch den Überlauf in den unteren Teil des Behälters e2fliesst, wodurch das im oberen Teil dieses Behälters befindliche Heisswasser in den Behälter e3 verdrängt wird. Ist umgekehrt die anfallende Kondensatmenge geringer als die vorzuwärmende Flüssigkeitsmenge, so saugt die Pumpe t2 zum Teil das kalte Wasser aus dem Speicher e1 und drückt es in den Vorwärmer d, so dass nunmehr das kalte Wasser durch das vorgewärmte Wasser verdrängt wird.
Aus dem Vorwärmer d gelangt das Speisewasser mit Hilfe der Pumpe t3 in den Kessel.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 erfolgt die Vorwärmung mittels Dampf aus den Stufen 81 und Sa, während an die Stufe 83 der Kondensator 7c angeschlossen ist. Die Dampfentnahme von der ersten Anzapfstelle zu den nächsten Maschinenstufen wird hier durch ein vom Kesseldruck gesteuertes Ventil r geregelt, das bei steigendem Kesseldruck die Durchflussmenge verringert und bei sinkendem Kesseldruck vergrössert. Die Wasserzufuhr zu den Vorwärmern cl1 und d erfolgt durch ein zwischen beiden Vorwärmern angeordnetes Ventil n, welches vom Druck an der ersten Anzapfstelle gesteuert wird und bei steigendem Druck den Wasserdurchfluss vergrössert und umgekehrt.
Steigt bei geringer Belastung der Druck im Kessel bzw. in der Frischdampfleitung, so verringert das Ventil l'die Dampfzufuhr zur Stufe 82 der Maschine. Infolgedessen nimmt die Drehzahl etwas ab, so dass der Geschwindigkeitsregler mehr öffnen muss und den Überschussdampf über den Hochdruckteil der Maschine in den Vorwärmer d führt. Infolge der dabei auftretenden Druckerhöhung in der Anzapfleitung wird die Wasserzufuhr durch das Ventil n vergrössert und der Anzapfdampf niedergeschlagen.
Bei grosser Belastung und sinkendem Frischdampfdruck wird das Ventil r mehr geöffnet und die Wasserzufuhr verringert bzw. ganz abgestellt. Wenn auch bei ganz abgestellter Wasserzufuhr die Dampfmenge zur Deckung der Belastung nicht ausreicht, so wird dem Speicher Dampf entnommen und in die zweite Stufe der Maschine geleitet.
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Die Speicherung des noch nicht vorgewärmten Wassers erfolgt hier in derselben Weise wie bei der Anlage nach Fig. 1, nur ist hier der Einfachheit halber nur ein Speicherbehälter e angenommen.
In Fig. 3 erfolgt die Dampfzufuhr zur Hochdruckstufe der Maschine durch ein Überströmventil p, während die Drehzahl durch einen zwischen beiden Stufen angeordneten Geschwindigkeitsregler geregelt wird. Die Wasserzufuhr zum Vorwärmer cl erfolgt in Abhängigkeit vom Druck an der Anzapfstelle.
Die Dampfzufuhr zum Vorwärmer wird durch ein vom Druck oder der Temperatur im Vorwärmer gesteuertes Ventil o geregelt, so dass im Vorwärmer und im Speicher ein niedrigerer Druck gehalten wird als an der Entnahmestelle.
Das Überströmventil hält den Kesseldruck auf gleicher Höhe. Ein Sinken der Belastung äussert sich in einem Ansteigen des Druckes an der Entnahmestelle. wenn der Geschwindigkeitsregler den Dampfabfluss zum Niederdruekteil verringert. Infolge des Druckanstieges wird durch das Ventil m eine grössere Kaltwassermenge in den Vorwärmer geleitet, woselbst der Druck bzw. die Temperatur sinkt, was ein verstärktes Öffnen des Ventils o und somit die Niederschlagung des Anzapfdampfes zur Folge hat.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird die Dampfzufuhr zur Hoehdruckstufe der Maschine durch ein vom Anzapfdruck gesteuertes Ventil p, die Wasserzufuhr zum Vorwärmer in Abhängigkeit vom Frischdampfdruck geregelt. Bei steigendem Frischdampfdruck wird mehr kaltes Wasser in den Vorwärmer gepumpt, so dass der Druck in der Anzapfleitung etwas sinkt, was eine Vergrösserung der zum Hochdruckteil strömenden Dampfmenge durch das Ventil p zur Folge hat. Die hinter dem Hochdruckteil vorhandene, überschüssige Anzapfdampfmenge wird im Vorwärmer niedergeschlagen und der Druck an der Entnahmestelle und im Speicher auf gleicher Höhe gehalten. Die Aufrechterhaltung der Drehzahl erfolgt durch den zwischen den beiden Stufen angeordneten Geschwindigkeitsregler. An die Anzapfleitung sind bei b noch andere Dampfverbraucher angeschlossen.
In Fig. 5 wird der im Kessel a erzeugte Dampf in den Maschinenstufen 81 und 82 zur Krafterzeugung ausgenutzt. An die Maschinenstufe 82 ist über ein Druckminderventil u ein Dampfverbraucher b angeschlossen. Das Speisewasser wird durch die Pumpe t1 den Vorwärmer und d2 sowie dem Speicher e zugeführt, von wo es durch die Pumpe t2 in den Kessel gedrückt wird. Eine weitere Vorwärmung des Speisewassers erfolgt in dem als Speicher ausgebildeten Vorwärmer e durch Frischdampf.
Die Regelung der Dampf-und Wassermengen erfolgt in folgender Weise. Der Kessel liefert eine Dampfmenge, die dem mittleren Bedarf der Maschine 8b 82'des Dampfverbrauchers b und der Speisewasservorwärmung entspricht. Ist der Dampfbedarf geringer als die erzeugte Dampfmenge, so lässt der Geschwindigkeitsregler wenig Dampf in die Maschine strömen, so dass der Dampfdruck in der Frischdampfleitung etwas ansteigt. Dieser Druckanstieg pflanzt sich durch eine Impulsleitung auf das Wasserventil n fort und bewirkt eine Vergrösserung des Wasserdurchflusses. Es fliesst also jetzt mehr kaltes Wasser durch die Vorwärmer d1 und d2, so dass daselbst eine grössere Dampfmenge niedergeschlagen wird.
Die Drehzahl beginnt etwas zu sinken, so dass der Geschwindigkeitsregler die Dampfzufuhr zur Maschine wieder mehr öffnet und so den überschüssigen Dampf zur Vorwärmung des Speisewassers aus dem Hochdrueknetz abfliessen lässt.
Wenn umgekehrt die Belastung der Maschine grösser wird, so wird die Wasserzufuhr infolge des sinkenden Druckes in der Frischdampfleitung vermindert bzw. ganz abgestellt. Es wird jetzt weniger Dampf in den Vorwärmer niedergeschlagen und eine grössere Dampfmenge in der Maschine verarbeitet.
Der Unterschied zwischen der vorgewärmten und der vom Kessel benötigten Speisewassermenge wird jeweils durch den Speisewasserspeicher ausgeglichen.
Da die Dampfzufuhr zu den Vorwärmern nicht durch besondere Regelorgane überwacht wird, so wird der Druck und die Temperatur des Dampfes nicht immer auf gleicher Höhe gehalten werden.
Infolgedessen wechselt auch die Temperatur des in den Speicher fliessenden Speisewassers. Um eine dauernd gleichbleibende Speisewassertemperatur zu erhalten, erfolgt noch eire weitere Vorwärmung im Speicher selbst, wobei die erforderliche Dampfmenge aus dem Frischdampfnetz entnommen und durch das Ventil o in der Weise vom Speieherdruek oder der Speichertemperatur geregelt wird, dass sie bei steigender Temperatur vermindert und bei sinkender Temperatur vergrössert wird, so dass das Speisewasser im Speicher immer auf gleicher Temperatur gehalten wird. Ausser zur Kesselspeisung kann dem Speicher auch Heisswasser für einen Warmwasserverbraueher c entnommen werden.
In allen Ausführungsbeispielen können auch zwei Maschinen oder nur eine einstufige Maschine Verwendung finden, mit deren Ab-bzw. Anzapfdampf eine oder mehrere Flüssigkeiten auf die gleiche oder verschiedene Temperaturen erwärmt werden. Die Vorwärmung der Flüssigkeiten kann in beliebig vielen Stufen vor sieh gehen, und vor allem kann statt des mit dem Speicher verbundenen Vorwärmers d stets ein von ihm getrennter Vorwärmer Verwendung finden. Es ist vorteilhaft, in den Stufen niedrigen Druckes Oberflächen-und in den Stufen höheren Druckes Mischvorwärmung zu benutzen.
Der Kessel a wird im allgemeinen nach Bedarf, gegebenenfalls gleichmässig, mit dem vorgewärmten Wasser gespeist.
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