<Desc/Clms Page number 1>
Dampfkraftanlage mit Wärmespeicher.
Die Erfindung bezieht sich auf Dampfkraftanlagen mit einem oder mehreren Wärmespeichern, die ganz oder teilweise mit Wasser gefüllt sind und denen Dampf zum Antrieb einer Kraftmaschine entnommen wird.
Bei derartigen Anlagen, insbesondere bei Höchstdruckanlagen, wurden bisher die Dampfspeicher in das Niederdruckgebiet verlegt. So führt z. B. Dr. Münzinger in seinem bekannten Buch über Höchstdruckdampf auf Seite 87 und 88 aus, dass es aus konstruktiven, thermischen und finanziellen Gründen zweckmässig sei, die Kesselwasserräume in weitgehendem Masse durch Wärmespeicher im Niederdruckgebiet zu ersetzen. Die Anlagekosten für dieselbe Speicherleistung seien im Niederdruckgebiet viel günstiger als im Hochdruckgebiet, da die Speicherfähigkeit von 1 mg Wasser bei dem für Ruthsspeicher in Frage kommenden Druckgebiet (15 atü) weit grösser als bei M-100 a (M ist. Ausser diesen wirtschaftlichen Vorteilen hebt Dr.
Münzinger noch die betriebstechnischen und konstruktiven Vorzüge derartiger Niederdruckspeicher hervor.
Das Bestreben, Wasserräume im Hochdruckgebiet zu vermeiden, hat sich immer mehr durchgesetzt und z. B. dazu geführt, dass bei gewissen Kesselkonstruktionen, wie der Einrohrkessel von Sulzer und der Bensonkessel, überhaupt auf jeden Wasserraum verzichtet wurde. Bei Anlagen mit derartigen Kesseln sind dann in der Regel Speicherbehälter im Niederdruckgebiet vorgesehen. Der Höchstdruck von ausgeführten Dampfspeicheranlagen und Kraftwerken hat bisher 16 atü nicht überschritten.
In einem Sonderfalle wurde ausnahmsweise ein Druck von 24 atü vorgesehen. Am bekanntesten von diesen Anlagen ist die Speicheranlage im Elektrizitätswerk Charlottenburg, deren Höchstdruck 13 alibi. beträgt. Die vor kurzem im Elektrizitätswerk Amsterdam aufgestellte Speicheranlage hat einen Höchstdruck von 15 atü.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Dampfspeicher mit höherem als Kesseldruck zu betreiben. Ein Vorschlag geht dahin, bei einer Kesselanlage von 12 Atm. den Speicher für einen Höchstdruck von 30 Atm. zu bemessen. Nach einem andern Vorschlag ist ein Kesseldruck von 110 Atm, und ein Speicherhöchstdruck von 225 Atm. vorgesehen. Es war aber bisher noch nicht erkannt worden, dass Hochdruckspeieheranlagen für Dampfkraftwerke, insbesondere Elektrizitätswerke, nur in einem ganz bestimmten Druckgebiet wirtschaftlich sind.
Erfindungsgemäss soll der Speicherhöchstdruck zwischen 100 und 200 atü liegen, wobei der der Speicheranlage entnommene Dampf auf den Eintrittsdruck der Kraftmaschine herabgedrosselt wird und als Kraftmaschine eine normale Frischdampfturbine ohne besondere Einlässe für den Speicherdampf verwendet wird.
Nach. dem bisherigen Stand der Technik nimmt die Wirtschaftlichkeit der Speicheranlage mit steigendem Höchstdruck ab. Nach der durch die Erfindung gegebenen Lehre dagegen nimmt die Wirtschaftlichkeit bei Höchstdrücken von über 60 Atm. zu, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Der Hochdruckspeicher ist ausserdem aus andern, später zu erörternden Gründen der bisherigen Speicherung im Niederdruckgebiet überlegen.
In dem Diagramm Fig. 1 sind die Kosten der Hochdruck-und Niederdruckspeieherung miteinander verglichen. Dabei ist in beiden Fällen gleiche Leistung und gleicher Lieferungsumfang angenommen. Auf der Abszisse sind die Höchstdrücke und auf der Ordinate die Anschaffungskosten der Speicheranlage eingetragen. Da die Preise sich je nach der Marktlage ändern können und es nicht auf die absoluten Werte, sondern auf das Verhältnis der Preise zueinander ankommt, sind nur relative Werte eingetragen.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
für Hoehdruckspeicher mit zunehmendem'Höchstdmck sinken.
Wird die Speicheranlage bis auf 15 atü entladen, so beginnt die Überlegenheit des Hochdruckspeichers über den Niederdruckspeicher bei einem Höchstdruck von 60 atü.
Eine Drucksteigerung über 200 alü hinaus brin-t k-inen Vorteil. Die Prei, kurve K40 steigt
EMI2.2
laden werden, da er aus später noch zu erörternden Gründen bei einem solchen Druck bereits restlos ausgedampft ist.
Bei Entladedrückpn von etwa 20 Atm. aufwärts liegt das Optimum zwischen 100 und 200 atü.
Die Gründe für das üb ? rraschende Ergebniz, dass in Kraftwerken Hochdruckspeicher über 60 Atm. wirtschaftlicher sind als Niederdruckspeicher, liegen vor allem darin, dass bei der'Speicherung in derartig grossem Druckgebiet der Behälter selbst einen erheblichen Anteil der aufzuspeichernden Wärme aufnimmt und bei der Entladung abgibt. Diese in den Speicherwandungen aufgespeicherteEisenwärme hat zur Folge, dass die Speicherfähigkeit ganz erheblich vergrössert wird.
Über diese Verhältnisse gibt Fig. 2 Aufschluss. Die eingetragenen Kurven a und b stellen die Speicherfähigkeit pro mu Speicherinhalt dar für eine Anlage, die auf einen bestimmten Druck von etwa 20 bis 30 Atm. entladen wird, u. zw. stellt die Kurve a die der Speicheranlage entnommene Dampf-
EMI2.3
anlage einschliesslich der Eisenwärme bezeichnet. Aus dem Verlauf der Kurve a ergibt sich, dass die Steigerung der Kapazität pro Atm. Anfangsdruck mit steigendem Drucke immer kleiner wird und dass im oberen Druckgebiet durch eine Vergrösserung des Höchstdruckes die Kapazität kaum vergrössert werden kann. Ganz anders ist der Verlauf der Kapazität unter Berücksichtigung der Eisenwärme.
Die auf die Eisenwärme zurückzuführende Kapazitätssteigerung pro Atm. Drucksteigerung nimmt mit steigendem Höchstdruck zu, so dass unter Berücksichtigung beider Faktoren Wasser-und Eisenwärme die Speicherfähigkeit der Anlage mit steigendem Höchstdruck zunimmt.
Ausser den durch die Eisenwärme gegebenen Vorteilen ist die Verminderung des Dampfverbrauches der Kraftmaschine ein weiterer Faktor für die wirtschaftliche Überlegenheit des Hochdruckspeichers gegenüber dem Niederdruckspeicher. Über den Dampfverbrauch der Speicheranlage Charlottenburg hat Herr Dr. Wellmann in der Zeitschrift des VDI, Heft 23,1930, angegeben, dass dieser im Mittel 8'37 Xg/kWt beträgt. Bei einer Kraftanlage mit Hochdruckspeicher wird der dem Speicher entnommene Dampf auf die Eintrittsspannung an der Kraftmaschine herabgedrosselt und überhitzt. Der Dampfverbrauch wird dadurch wesentlich verbessert und dürfte etwa 4'8 kg/kWh betragen. Dieser Umstand trägt ebenfalls in erheblichem Masse dazu bei, dass die Kapazität in kWh im Hochdruckgebiet wesentlich besser ist als im Niederdruckgebiet.
Die-Erfindung ist auch für fahrbare Kraftanlagen, wie z. B. feuerlose Lokomotiven, von besonderer Bedeutung. Alle die vorangeführten Vorteile sind auch hier massgebend, so insbesondere die Ausnutzung des Dampfes gleich als Frischdampf in der Kraftmaschine mit vollem Druck der Maschine und der wesentlich geringere Dampfverbrauch sowie die einfache Einrichtung der Maschine.
So ist der Dampf verbrauch von feuerlosen Lokomotiven mit normalem Druck von 12-15 Atm. zirka 20 pro PS/Stunden, der Dampf verbrauch einer Anlage nach der Erfindung dagegen nur zirka 8-10 kg pro PS/Stunden.
Bei solchen Anlagen wird der Speicher mit dem 3-4fachen Druck des Druckes an der Kraftmaschine ausgeführt, z. B. 120 Atm. Speicherdruck gegenüber einem Druck von 15-20 Atm. an der Kraftmaschine.
Der Betrieb mit überhitztem Dampf, den der Speicher liefert, ist mit ein Grund für den geringen Dampfverbrauch.
Die Maschine erhält dann richtig dimensionierte Zylinder gegenüber den überdimensionierten Zylindern der mit fallendem Eintrittsdruck arbeitenden bisherigen feuerlosen Lokomotiven.
Die Kapazität solcher Lokomotiven beträgt bei gleichem Gewicht das Drei-bis Sechsfache der bisherigen Lokomotiven.
Schliesslich spielt auch eine gewisse Rolle, dass der kg-Preis von geschmiedeten Trommeln etwas günstiger ist als der kg-Preis der für Niederdruckspeicher verwendeten Behälter.
Alle diese Gründe führen dazu, dass, wie in Fig. 1 dargestellt, die Anschaffungskosten einer Kraftwerkspeicherung im Hochdruckgebiet die Kosten der Speicherung im Niederdruckgebiet erreichen und diese in einem bestimmten Druckgebiet auch unterschreiten.
Neben den geringen Anschaffungskosten besteht aber noch eine Reihe weiterer Vorteile, die für den Hochdruckspeicher von ausschlaggebender Bedeutung sind.
Bei Kraftwerken mit Niederdruckspeichern macht es gewisse Schwierigkeiten, die Kraftmaschine mit Speicherdampf zu betreiben, da der Druck des Speicherdampfes mit fortschreitender Entladung abnimmt. Es sind daher besondere Massnahmen an den Speichermaschinen notwendig. So müssen besondere Einlässe für den Speicherdampf an der Kraftmaschine vorgesehen werden. Auch erfordert
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.