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Verfahren zur Erzeugung von Dampf.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf solche Dampferzeugungsverfahren, bei denen Dampf, wie Abdampf oder Niederdruckdampf, in einen Absorber eingeleitet wird, der eine Lösung mit erhöhtem
Siedepunkt enthält, die imstande ist, den Dampf zu absorbieren, wobei die durch die Absorption des Dampfes in der Lösung entwickelte Wärme zum Erzeugen von Dampf von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in einem mit dem Absorber zusammenwirkenden Dampferzeuger ausgenutzt wird.
Um bei derartigen bekannten Verfahren die Konzentration im Absorber aufrechtzuerhalten, wurde die Lösung zum Umlaufen zwischen dem Absorber und einem Verdampfer gebracht, in welchem eine der im Absorber absorbierten Dampfmenge entsprechende Dampfmenge, beispielsweise in der
Form von Hochdruckdampf, mittels von aussen zugeführter Wärme ausgetrieben wurde, ehe die
Lösung dem Absorber wieder zurückgeführt wurde.
Um den Verlauf eines derartigen Verfahrens beim Dampferzeugen näher auseinanderzusetzen, wird in der beiliegenden Zeichnung eine schematische Darstellung einer Dampferzeugungsanlage dargestellt, die auf obige Weise arbeitet.
1 bezeichnet einen Eindampfer für die Absorptionsflüssigkeit, die gleichzeitig als Dampferzeuger, beispielsweise für Hochdruckdampf, ausgebildet ist. Dieser wird auf zweckmässige Weise durch von aussen zugeführte Wärme erhitzt, wobei Hochdruckdampf durch die Leitung 2 abgeht und an eine
Kraftanlage, z. B. eine Dampfturbine 3, geleitet wird, deren Abdampf durch die Leitung 4 in den
Absorber 5 eingeleitet wird. Der Absorber enthält eine zweckmässige Lösung mit erhöhtem Siedepunkt, der imstande ist, einen Dampf des Lösungsmittels von niedrigerer Temperatur als die der Lösung unter
Freimachung der latenten Wärme des Dampfes zu absorbieren. Die bei der Kondensation des Dampfes freigemacht Wärme wird grösstenteils zum Erzeugen von Dampf, beispielsweise Niederdruckdampf, in einem mit dem Absorber 5 zusammengebauten Dampferzeuger 6 ausgenutzt.
Der erzeugte Dampf wird durch die Leitung 7 an (nicht dargestellte) Dampfverbraucher abgeleitet. Sind diese reine Wärme- verbraucher, wird auch die durch Kondensation freigemacht latente Wärme des Niederdruckdampfes ausgenutzt, wonach der kondensierte Dampf sich als Speiseflüssigkeit zum Dampferzeuger 6 durch die Leitung 8 zurückführen lässt.
Beim Kondensieren des Abdampfes im Absorber 5 würde die Lösung in demselben verdünnt werden. Um das Verfahren kontinuierlich in Gang halten zu können, ist es deshalb notwendig, die
Lösung einer der Verdünnung entsprechenden fortlaufenden Konzentrierung zu unterwerfen, welche im Verdampfer 1 stattfindet. Zu diesem Zwecke wird die Lösung im fortdauernden Umlauf zwischen dem Absorber 5 und dem Verdampfer 1 versetzt. Die Lösung wird dabei durch die Leitung 9 mittels einer Pumpe 10 dem Verdampfer 1 zugeführt und konzentrierte Lösung wird vom Verdampfer an den Absorber durch die Leitung 11 und das Drosselventil 12 zurückgeleitet, wobei ein Wärmeaus- tauscher 13 zwischen den Leitungen 9 und 11 angeordnet ist.
Im Verdampfer 1 wird mittels von aussen zugeführter Wärme eine Menge Hochdruckdampf pro Zeiteinheit ausgetrieben, die der Menge im
Absorber pro Zeiteinheit absorbierenden Abdampfes gleich ist. Auf diese Weise wird die Konzentration sowohl im Absorber wie auch im Verdampfer bei ihren vorbestimmten Werten aufrechterhalten. Wenn für jedes Kilogramm absorbierten Abdampfes a kg Lösung durch die Leitung 9 mit der im Absorber herrschenden Konzentration weggeleitet wird, so muss gleichzeitig a-1 kg von im Verdampfer konzentrierter Lösung dem Absorber durch die Leitung 11 zurückgeführt werden, damit Gleich-
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gewicht in der Anlage stattfinden soll. Im Verdampfer herrscht somit höhere Konzentration als im
Absorber wie auch höherer Druck und höhere Temperatur.
Bisher gemachte Vorschläge zur Ausnutzung des oben beschriebenen Verfahrens waren haupt- sächlich auf die Verwendung von Kaliumhydrat-oder Natriumhydratlösungen als Absorptions- flüssigkeit gerichtet, u. zw. wegen der sehr vorteilhaften thermischen Eigenschaften dieser Lösungen im Vergleich mit andern vorgeschlagenen Lösungen. Bei den vorhandenen hohen Temperaturen und
Konzentrationen greifen aber Natrium-und Kaliumhydratlosungen so schnell und in so hohem
Masse alle Stoffe an, die in der Apparatur zur Verwendung gelangen können, dass die Verwendung dieser Lösungen in der Praxis ganz ausgeschlossen ist. Infolgedessen liess sich auch das obige Verfahren bisher im praktischen Betriebe nicht durchführen.
Die vorliegende Erfindung hat zum Zwecke, das obige Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass einerseits sich solche Lösungen als Absorptionsflüssigkeit verwenden lassen, deren Angriff an verwendbare Stoffe sich wenigstens innerhalb praktisch annehmbaren Grenzen halten lässt, und dass anderseits solche Lösungen trotzdem, dass sie so vorteilhafte thermische Eigenschaften wie Kalium- und Natriumhydrat nicht besitzen, sich doch im praktischen Betriebe unter Erreichung befriedigender
Ergebnisse verwenden lassen sollen, die sich, je nach den Eigenschaften der verwendeten Absorptions- flüssigkeit, sogar zu voller Gleichwertigkeit mit den Ergebnissen nähern, deren Erreichung man früher mit Kalium-oder Natriumhydrat erwartet hätte, wenn nicht ihre Benutzung in der Praxis wegen ihrer zerstörenden Angriffe gegen jedes verwendbare Material unermöglicht gewesen wäre.
Der Dampf, der in dem mit dem Absorber zusammenwirkenden Dampferzeuger erzeugt wird, lässt sich für. Kraftzwecke oder für Heizzwecke verwenden. Im vorigen Falle geht die Dampferzeugungs- wärme durch Kondensation verloren. Um diesen Verlust herabzusetzen, sind die Verhältnisse dither derart abzupassen, dass die im erwähnten Dampferzeuger erzeugte Dampfmenge möglichst klein wird, und dass man den Hochdruckdampf bis zum möglichst niedrigen Druck expandieren lässt. Im letzteren
Falle dagegen tritt die Schwierigkeit auf, den für Heizzwecke benutzten Dampf im Verhältnisse zum
Hochdruckdampf des Eindampfers so abzupassen, dass man sowohl den nötigen Hochdruckdampf als auch nötigen Heizdampf in derselben Anlage gleichzeitig entnehmen kann.
In gewissen Industrien, wie der Papier-, Zellulose-, Zucker-, Brauerei-, Textilindustrie usw., liegen beispielsweise gleichzeitig ein grosser Kraftbedarf und ein gewisser Bedarf an Niederdruekdampf für Heizzwecke vor. In derartigen Industrien wird gegenwärtig der erforderliche Niederdruckdampf gewöhnlich in der Form von Abdampf von mittels Hochdruckdampf getriebenen Krafterzeugern, z. B. Dampfturbinen, entnommen, in denen man den Hochdruckdampf bis auf den erwünschten Druck des Niederdruckdampfes (Heizdampfes) expandieren lässt.
Dabei hat es sich herausgestellt, dass, wenn man auch den ganzen Bedarf der Industrieanlage an Niederdruckdampf auf diese Weise in der Form von Abdampf von Krafterzeugern entnimmt, der ganze erforderliche Kraftbedarf jedoch bei weitem nicht durch die Leistung gedeckt werden kann, die der Hochdruckdampf bei der Expansion erzeugt, sogar nicht, wenn der Druck des Hochdruckdampfes bis auf die Grössenordnung von 100Atm. erhöht wird. Deshalb ist es in derartigen Industrien notwendig gewesen, den noch übrigen Kraftbedarf auf andere und selbstverständlich kostspieligere Weise zu decken, z. B. mittels besonderer Kondensierungsturbinen oder mit elektrischer Kraft usw.
Bei bisher vorhandenen gewöhnlichen Abdampfkraftanlagen, in denen der Heizdampf in der
Form von Abdampf von Krafterzeugern entnommen wird, ist man auf eine Kraftmenge von nur 0-08-0-12 oder im Durchschnitt 0-1 kW pro Kilogramm Heizdampf gelangt, was bei weitem nicht hinreichend ist, um in derartigen Industrien den ganzen erforderlichen Kraftbedarf in einer und derselben Anlage erhalten zu können.
Dies ist aber beim Verwenden des obigen Verfahrens möglich, wo man den Hoehdruckdampf bis auf den im Absorber herrschenden Druck expandieren lässt, wenn dieser
Druck möglichst niedrig gehalten wird und die Verhältnisse im übrigen derart abgepasst werden, dass die im Dampferzeuger des Absorbers erzeugte Dampfmenge möglichst klein im Verhältnis zur Menge
Hochdruckdampf gemacht wird, oder in andern Worten, dieselben Bedingungen, die zur Erreichung 'eines möglichst hohen thermischen Wirkungsgrades vorausgesetzt wurden, wenn der Niederdruek- dampf nur zur Krafterzeugung benutzt wurde, sollen auch für den Fall erreicht werden, wenn der
Niederdruckdampf für Heizzwecke benutzt wird.
In früher gemachten Vorschlägen, das oben beschriebene Verfahren unter Benutzung von Kalium- oder Natriumhydratlösung zu verwenden, war man bestrebt, ein hohes Wärmegefälle des Hochdruck- ) dampfes dadurch zu erreichen, dass die Konzentration und somit auch die Siedetemperatur im Ein- dampfer so hoch wie möglich gehalten wurde. Da aber die Angriffe der Lösungen gegen alle verwend- baren Baustoffe sowohl mit der Konzentration wie auch mit der Temperatur wachsen, ist dieser Weg einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad oder ein günstigeres Verhältnis zwischen den Mengen
Hochdruckdampf und Niederdruckdampf (Heizdampf) zu erreichen, verwerflich.
Die vorliegende ) Erfindung hat den Zweck, einen andern Weg auszufinden, um dasselbe günstige Ergebnis zu erzielen, ohne dass Konzentration und Temperatur im Eindampfer solche Grenzen überschreiten brauchen, dass die benutzte Absorptionsflüssigkeit den Baustoff mehr als praktisch zulässig mit Bezug auf die
Lebensdauer der Apparatur angreift.
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Die Erfindung bezweckt daher, eine Methode ausfindig zu machen, wodurch das obige Verfahren mit befriedigendem Ergebnis bei Benutzung von solchen Absorptionsflüssigkeiten durchgeführt werden kann, die mit Hinsicht zu ihren chemischen Angriffen geeignet sind und deren Konzentration im Eindampfer höchstens so gross ist, dass der Siedepunkt der Absorptionsflüssigkeit bei dieser Konzentration höchstens 200 C bei Atmosphärendruck ist. Das Mittel, worauf sich die Erfindung zur Erreichung des Erfolges gründet, besteht in der Erhöhung der Menge der zwischen dem Absorber und dem Eindampfer umlaufenden Lösung, u. zw. erheblich darüber hinaus, was früher bei Verwendung des Verfahrens als erforderlich oder zweckmässig erachtet wurde.
Die Möglichkeit, auf den thermischen Verlauf des Prozesses durch Veränderung der Umlaufmenge einwirken zu können, wurde früher überhaupt nicht beachtet. Die bisher vorgeschlagenen Umlaufmengen waren verhältnismässig klein, was in den Fällen, wo die Umlaufmenge nicht direkt mit Ziffern angegeben wurde, indirekt daraus hervorgeht, dass der Unterschied zwischen den Konzentrationen im Verdampfer und im Absorber beträchtlich war.
Die Einwirkung der Erhöhung der Umlaufmenge auf den thermischen Verlauf in einer Anlage, die nach dem obigen Verfahren arbeitet, ist hauptsächlich wie folgt :
Je mehr die Umlaufmenge erhöht wird, um so mehr nähert sich die Konzentration im Absorber der Konzentration im Eindampfer. Wenn die letztere konstant gehalten wird, so folgt daraus, dass die Konzentration im Absorber mit steigender Umlaufmenge erhöht wird. Der Siedepunkt der Lösung wird seinerseits mit der Konzentration der Lösung erhöht unter der Voraussetzung, dass der Druck konstant ist. Im Absorber wünscht man aber, von einem gegebenenfalls erwünschten Regeln abgesehen, eine vorausbestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten, die von dem vorausbestimmten erwünschten Druck des im Dampferzeuger des Absorbers erzeugten, gesättigten Dampfes abhängig ist.
Da der letztere Druck bestimmt ist, so ist auch die Temperatur des Dampfes und somit auch die Temperatur im Absorber vorausbestimmt. Da der Siedepunkt einer gewissen Lösung mit bestimmter Konzentration mit dem Drucke fällt, so folgt somit daraus, dass man die im Absorber vorausbestimmte erwünschte Temperatur, wenn die Konzentration bei erhöhter Umlaufmenge steigt, nur durch Herabsetzen des Druckes im Absorber im entsprechenden Masse aufrechterhalten kann, oder mit andern Worten, durch Erhöhung der Umlaufmenge kann man den Druck im Absorber in entsprechendem Masse herabsetzen, was gemäss dem obenerwähnten eben nachzustreben ist, weil dadurch das Wärmegefälle des Hochdruckdampfes erhöht wird.
Erhöhung der Umlaufmenge über das hinaus, was früher vorgeschlagen wurde, bildet somit ein neues Mittel, die oben aufgestellten Bedingungen für einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad bzw. für die Herbeiführung eines besseren Verhältnisses zwischen den Mengen Hochdruckdampf und Niederdruckdampf (Heizdampf) in einer Anlage zu erfüllen, die nach obigem bekannten Verfahren arbeitet, ohne dass es notwendig ist, die Konzentration und die Temperatur so hoch zu halten, dass die Angriffe der Lösungen gegen den benutzten Baustoff zu kräftig werden, und ermöglicht gleichzeitig die Benutzung von solchen Lösungen, beispielsweise Zinkchloridlösung od.
dgl., deren Angriffe erheblich kleiner sind als die des Kalium-oder Natriumhydrates, und trotzdem Ergebnisse zu erreichen, die mit denjenigen ganz gleichgestellt sind, die man sich theoretisch gedacht hätte, mit den letzteren erreichen zu können.
Man könnte sich vorstellen, dass die Wärmeübertragung vom Absorber zu dem Eindampfer mit steigendem Umlauf steigen würde, weil die vom Absorber abgehende Lösung höhere spezifische Wärme als die vom Eindampfer zurückkommende mehr konzentrierte Lösung hat.
Unter Voraussetzung, dass der Wärmeaustauscher derart gebaut ist, dass die an den Absorber zurückkehrende konzentrierte Lösung dieselbe Temperatur wie die vom Absorber abgehende hat, zeigt eine ausgeführte Berechnung, dass die pro Kilogramm im Absorber absorbierten Dampfes vom Absorber an den Eindampfer übertragene Wärmemenge nur der Flüssigkeitswärme von 1 kg Wasser bei der im Absorber herrschenden Temperatur gleich ist, unabhängig von der Grösse des Umlaufes. Selbstverständlich wird in der Praxis die Temperatur der an den Absorber zurückkehrenden Lösung etwas höher als die Temperatur im Absorber, es ist aber nicht notwendig, sie höher zu halten, als dass man die vom Absorber an den Verdampfer übertragene Wärmemenge, unabhängig von der Grösse der Umlaufmenge, als praktisch konstant ansehen könnte.
Deswegen wird auch die Berechnung der mit dem erhöhten Umlauf verbundenen Veränderungen bezüglich Druck, Temperatur und Konzentrationen in hohem Masse vereinfacht.
Gemachte Versuche und ausgeführte Berechnungen haben nachgewiesen, dass zur Erreichung der oben angegebenen Ergebnisse unter Benutzung von solchen Lösungen bzw. solchen Temperaturen, dass der Baustoff der Apparatur nicht mehr als praktisch zulässig korrodiert wird, die Menge Lösung, die pro Zeiteinheit dem oder den Eindampfern vom Absorber zugeführt wird, mindestens sechsmal grösser sein soll als die im Absorber in der Lösung pro Zeiteinheit absorbierte Menge Niederdruckbzw. Abdampf.
Die Abmessung der Grösse der Umlaufmenge in einem gewissen gegebenen Falle wird natürlich von den Aufgaben der Dampfanlage wie der Beschaffenheit der als Absorptionsflüssigkeit benutzten Lösung abhängig. Ausgeführte Versuche und Berechnungen haben dabei nachgewiesen, dass zur Erreichung befriedigender Ergebnisse bei Verwendung von beispielsweise Zinkehloridlösung oder anderer
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damit in thermischer Hinsicht vergleichbaren, nicht allzuviel angreifenden Lösung soll die obige Umlaufmenge mindestens achtmal grösser sein als die im Absorber pro Zeiteinheit absorbierte Menge Niederdruck-bzw. Abdampf.
Wird in einer gegebenen Anlage die Grösse der Umlaufmenge verändert, so werden, wie oben hervorgehoben wurde, die Konzentration und der Druck im Absorber und demgemäss auch das Wärmegefälle des Hochdruckdampfes und die Menge des im Dampferzeuger des Absorbers erzeugten Dampfes verändert. In einer Veränderung der Umlaufmenge liegt somit ein einfaches Mittel zum Regeln der Erzeugung von Hochdruckdampf im Verhältnisse zum Niederdruekdampf der Dampfanlage, so dass die Anlage sich nach wechselnden Betriebsverhältnissen angepasst bzw. auf eine einfache Weise für ein erwünschtes bestimmtes Betriebsverhältnis genau eingestellt werden kann.
Wünscht man beispielsweise bei einer Anlage für sowohl Krafterzeugung als Heizdampferzeugung die Menge erzeugten Heizdampfes im Verhältnisse zu einem wechselnden Bedarf regelbar zu machen, aber gleichzeitig eine konstante Krafterzeugung aufrechtzuerhalten, so muss offenbar die äussere Wärmezufuhr zu dem oder den Eindampfern in einem der Veränderung des Wärmegefälles des Hochdruckdampfes entsprechenden Masse geregelt werden, und in solchem Falle wird erfindungsgemäss ein Regeln der Umlaufmenge mit einem entsprechenden Regeln der an dem Eindampfer von aussen zugeführten Wärmemenge verbunden.
Die hiezu erforderliche Regelvorrichtung kann von jeglicher zweckmässiger Art sein und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Dampferzeugung durch Einleiten von Niederdruckdampf bzw. Abdampf in einen Absorber, der eine Lösung enthält, die imstande ist, den Dampf zu absorbieren, und Ausnutzung von bei der Dampfabsorption entwickelter Wärme zum Erzeugen von Dampf von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in einem mit dem Absorber zusammenwirkenden Dampferzeuger und Aufrechterhalten der Konzentration im Absorber durch Umlaufen der Lösung zwischen dem Absorber und einem oder mehreren Eindampfern, in welchem oder welchen eine der im Absorber absorbierten Dampfmenge entsprechende Menge Dampf pro Zeiteinheit mittels von aussen zugeführter Wärme ausgetrieben wird, ehe die Lösung an den Absorber zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge Lösung, die pro Zeiteinheit dem oder den Eindampfern vom Absorber zugeführt wird,
mindestens sechsmal grösser ist als die im Absorber in der Lösung pro Zeiteinheit absorbierte Menge Niederdruck- bzw. Abdampf.