AT158732B

AT158732B - Verfahren zur Erzeugung oder Speicherung von Hochdruckdampf mittels elektrischen Stromes.

Info

Publication number: AT158732B
Authority: AT
Original assignee: Wiener Locomotiv Fabriks Actie
Priority date: 1936-11-16
Filing date: 1936-11-16
Publication date: 1940-05-10

Description

Verfahren zur Erzeugung oder Speicherung von Hochdruckdampf mittels elektrischen
Stromes.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfanlage, in der Hochdruckdampf mittels elektrischen
Stromes erzeugt werden soll.

Elektrodampfkessel für hohe Drücke haben den Nachteil, dass die Stromdurchführungen an den Kesseln schwer dicht zu halten sind und grosse Kosten verursachen. Ausserdem besteht besonders bei Kesseln mit Elektrodenheizung die Gefahr, dass sich Wasserstoff bildet, der zu gefährlichen Kor- rosionen in der Anlage führen kann. Auch die Heizung mit Heizpatronen bietet grosse Schwierigkeiten, da leicht örtliche Überhitzungen eintreten können, abgesehen von den hohen Kosten und der geringen
Lebensdauer.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden und besteht darin, dass der elektrische
Strom eine Überhitzereinriehtung erwärmt, durch die Dampf niedrigeren Druckes als der zu erzeugende
Dampf überhitzt wird und dass Überhitzungswärme dieses Niederdruckdampfes durch einen Wärme- austauscher an Wasser des Hochdruckkessels abgegeben wird. Bei einer solchen Anlage ist es zweckmässig, den Niederdruckdampf durch einen Verdichter zwischen dem elektrischen Überhitzer und dem Wärmeaustauscher im Kreislauf umzuwälzen.

Die Hochdruckdampferzeugung erfolgt also indirekt mittels Überhitzungswärme von hoher
Temperatur. Die vom elektrischen Strom beheizte Überhitzereinrichtung kann-da sie nur zur Überhitzung von Niederdruckdampf dient-für verhältnismässig geringe Drücke ohne konstruktive
Schwierigkeiten gebaut werden. Da in der elektrisch beheizten Einrichtung eine Dampferzeugung nicht stattfindet, so sind alle damit verbundenen Gefahren vermieden, wie z. B. Kesselsteinbildung, Wasserstoffbildung, örtliche Überhitzung infolge Dampfblasenbildung usw. Die elektrische Enrichtung zur Überhitzung des Dampfes kann in einfacher Weise mit geringen Kosten ausgeführt werden.

Der Niederdruckdampf, welcher die durch den elektrischen Strom erzeugte Wärme aufnimmt und mit Hilfe eines Wärmeaustauschers an das Hochdruckwasser abgibt, kann aus dem Dampfnetz einer beliebigen Anlage entnommen werden, so dass ein besonderer Dampferzeuger nicht erforderlich ist. Dadurch wirken sich Volumsänderungen der kreisenden Dampfmenge nicht in Drucksteigerungen bzw. Drucksenkungen aus.

Bei Anlagen, die kein entsprechendes Niederdrucknetz besitzen, wird mit Vorteil an das Kreislaufsystem des Niederdruckdampfes ein Wasserbehälter angeschlossen, dessen Dampfraum an irgendeiner Stelle mit dem Kreislaufsystem verbunden wird. Der Wasserbehälter dient zur Erzielung eines konstanten Druckniveaus und ist darnach seine Speicherfähigkeit zu bemessen. Er kann auch mit einer Heizvorrichtung versehen sein, um Dampf bei der Inbetriebsetzung zu erzeugen bzw. die Isolationsverluste und Stopfbüchsenverluste der Umwälzpumpe zu decken.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung ergibt sich für die Ladung von Dampfspeichern hohen Druckes. Der Wärmeaustauscher wird an die Speicheranlage angeschlossen und die Überhitzungswärme des Niederdruckdampfes ladet den Speicher durch Wärmezufuhr an das Wasser auf Drücke von beispielsweise 100 bis 200 Atm. Die Dampfentnahme aus dem Speicher erfolgt unter Druckabfall, indem das in der Speicheranlage aufgespeicherte heisse Wasser infolge der Druckabsenkung verdampft.

Der elektrische Überhitzer kann bei einer Speicheranlage auch dazu verwendet werden, die Abkühlungsverluste der Speicheranlage zu decken. Die Aufladung des Speichers kann sich auf mehrere Stunden, vorzugsweise bei Nacht, erstrecken, die Entladung der Speicheranlage kann in sehr kurzer

Zeit erfolgen, so dass sieh eine solche Anlage besonders für Momenta. nreserve in Elektrizitätswerken eignet.

Es wäre auch denkbar, den Dampf des Kessels bzw. des Speichers direkt umzuwälzen, doch bringt dies den Nachteil mit sich, dass die Überhitzer-und Umwälzpumpe auf hohen Druck bemessen werden müssen und bei letzterer sieh der Stopfbüchsenverlust unangenehm bemerkbar macht. Das Verfahren nach der Anmeldung bringt ganz besondere Vorteile in Verbindung mit Dampfspeiehern, da die Umwälzpumpe und der Überhitzer hiebei mit konstantem Druck arbeiten, während im andern Falle der grosse Unterschied zwischen dem Druck des Speichers im geladenen und entladenen Zustand grosse Schwierigkeiten bereiten würde sowohl wegen der Kühlung des Überhitzers als auch wegen der Forderung der Umwälzpumpe.

Die grössere Leistungsaufnahme der Umwälzpumpe stellt hier bei elektrischer Heizung im Gegensatz zur Feuerbeheizung keinen Nachteil dar, da diese Leistung genau so in Wärme umgesetzt wird wie im elektrisch beheizten Überhitzer.

In Fig. 1-3 sind Ausführungsbeispiele dargestellt.

In Fig. 1 ist ein elektrisch beheizter Überhitzer 1, eine Wärmeaustauschvorrichtung 2 und ein Dampfverdichter 3 an einen Dampfverteiler 4 angeschlossen. Der Verdichter 3 drückt den Nieder- druekdampf im Kreislauf durch den Überhitzer und den Wärmeaustauscher. Wird mehr Dampf benötigt, so strömt dieser aus dem Verteiler zu, steigt infolge der Überhitzung das Dampfvolumen im Kreislauf, so strömt der Überschuss in den Verteiler zurück. An den Wärmeaustauscher : 2 ist eine Trommel 5 angeschlossen, von der das Wasser durch die Pumpe 6 in den Wärmeaustauscher gedrückt wird.

Das erhitzte Wasser oder der erzeugte Dampf strömen durch die Leitung 7 in die Trommel 5 zurück, in deren Wasserraum ein gelochtes Rohr od. dgl. zur Verteilung des Dampfes angeordnet ist.

Der erzeugte Dampf strömt über den "Überhitzer 8, der beispielsweise durch elektrischen Strom beheizt wird, zu den Verbrauchern. Die Wärmeaustauscheinrichtung 2 kann in einfacher Weise als Mantel,
EMI2.1
kann auch in Form einer Heizschlange durch den Wasserraum der Trommel 5 geführt werden, insbesondere bei kleineren Anlagen. Dabei entfällt Pumpe 6 und Leitung 7.

Bei geringen Leistungen und entsprechendem Höhenunterschied zwischen Trommel 5 und Wärmeaustauscher 2 kann ebenfalls die Pumpe 6 entfallen und die natürliche Zirkulation ausgenutzt werden. Auch bei grossen Leistungen kann für Zeiten geringer Inanspruchnahme, z. B. Warmhalten, die Anordnung so getroffen werden, dass in diesem Falle die Pumpe stillgelegt wird und durch Umgehung- leitungen die natürliche Zirkulation vor sieh geht.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist an das Kreislaufsystem des Niederdruckdampfes
EMI2.2
besitzt, an den dem Behälter 9 entnommenen Sattdampf abzugeben. Dadurch wird vermieden, dass die Überhitzungstemperatur des zurückströmenden Dampfes verlorengeht. Es müsste sonst der Überhitzer 1 um diese Überhitzungswärme unnötig mehr elektrische Energie aufnehmen, die dem Wärmeaustauscher 2 nicht zugute käme. Durch den Behälter 9 wird ein Ausgleich in dem Niederdrueksystem erreicht. Mit Hilfe dieses Behälters und des Dampfkühlers 10 ist es möglich, Temperatur und Druck im Niederdrucksystem zu regeln, z. B. mit Hilfe des Ventils 11 in der Umgehungsleitung zu dem Dampfkiihler 10.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie eine solche Anlage mit einem Hoehdruckspeieher verbunden werden kann. In dem Niederdrucksystem arbeiten Überhitzer , Wärmeaustauseher 2 und Pumpe 3 im Kreislauf, ähnlich Fig. 1. Der Behälter 9 ist hier beispielsweise an die Saugleitung der Pumpe angeschlossen, er kann aber ebensogut an irgendeiner Stelle des Kreislaufes einmünden. Die Abkühlungsverluste des Behälters ebenso die Stopfbüehsenverluste der Umwälzpumpe werden durch die Heizschlange 14 gedeckt, welche durch das Regulierventil j ! 3 mehr oder weniger angestellt werden kann. Diese Beaufschlagung kann auch automatisch nach dem Druck im Kreislaufsystem geregelt werden.

Der Behälter 9 wird entsprechend mit einer Speiseeinrichtung versehen und es wird mit Vorteil diesem Behälter auch das Speisewasser für den Speicher entnommen, wodurch eine Verbesserung der Speisewasserqualität für den Speicher erzielt wird.

Anstatt eine Heizschlange 14 zu verwenden, kann auch Dampf, geregelt durch das Ventil 13, in den Behälter 9 direkt eingeblasen werden.

Die Speicheranlage besteht aus dem Ladespeicher 15 und den drei Speieherbehältern j ! 6. Die Entladung der Speicheranlage wird durch das Ventil 17 geregelt. Die der Speicheranlage entnommene Dampfmenge wird in einem im Ladespeicher 15 angeordneten Überhitzer überhitzt. Zur Inbetriebnahme des Niederdrueksystems kann Dampf aus der Speicheranlage über Ventil 18 in das Niederdrucksystem eingelassen werden.

Der Druck im Niederdrucksystem kann z. B. 15-35 Atm. betragen und der elektrische Überhitzer kann den Dampf auf beispielsweise 400-500 überhitzen. Der Höchstdruck der Speicheranlage ist beispielsweise 120-200 Atm. und der tiefste Entladedruek kann 30-50 Atm. betragen.

In jenen Fällen, in welchen der Speicher auf ein vorhandenes Dampfnetz arbeitet und bis auf diesen Druck entladen wird, wird mit Vorteil dieser Druck als Niederdruck des Heizkreislaufes gewählt.

Der Behälter 9 kann auch dadurch ersetzt werden, dass ein Überströmventil aus dem Speicher selbsttätig den Druck im Kreislauf nicht unter ein gewisses Mass sinken lässt und ein Sicherheitsventil im Kreislauf die Überschreitung eines gewissen Grenzdrucks vermeidet.

Der von der Umwälzpumpe 6 erzeugte Kreislauf kann in vielen Fällen sich nicht nur auf den Ladebehälter 15, sondern mit Vorteil auch auf die Behälter 16 miterstreeken, indem die Saugleitung an den in der Entladerichtung letzten Behälter 16/1 oder - um mit Sicherheit auch im entladenen
Zustand Wasser zu bekommen-vorletzten Behälter 16'angeschlossen wird. Dies ist besonders bei sehr hohen Speicherdrücken wichtig, weil sich die Isolationsverluste infolge der geringen Verdampfungs- wärme in einem sehr starken Wasserüberschuss bemerkbar machen, welcher auf diese Weise durch Führen des Wassers im Kreis vermieden wird.

Zur Verringerung der umzuwälzenden Dampfmenge und damit der Leitungs-und Pumpen- dimensionen wird mit Vorteil hinter den Wärmeaustauscher 2 ein Speisewasservorwärmer 19 geschaltet, in dem das Speisewasser des Speichers bei a im Gegenstrom eintritt und bei b erwärmt oder sogar teil- weise verdampft in den Wasserkreislauf derartig eingeschaltet wird, dass auch dort noch eine gewisse Gegenstromwirkung erreicht wird, falls der Vorwärmer nicht bis zur Sättigungstemperatur gearbeitet hat.

Der Abdampf der Umwälzpumpe 3, der aus der oder den Stopfbuchsen austritt, kann zur Speise- wasservorwärmung für das Speieherspeisewasser in einer oder mehreren Druckstufen verwendet werden, in den niedrigen Stufen insbesondere für Entgasung.

Das so vorgewärmte Speisewasser wird dann mit Vorteil in den Vorwärmer 19 bei a eingeführt und dadurch erreicht, dass eine Unterkühlung bzw. Kondensation im Heizkreislauf eintritt.

Der elektrische Überhitzer 1 wird, ähnlich unserem österr. Patent Nr. 127521, gegen Über- schreitung der Rohrwandtemperatur und auch gegen Überschreitung der Überhitzungstemperatur auf mechanischem Wege dadurch gesichert, dass zuerst die elektrische Heizung teilweise oder ganz abgestellt und bei weiterem Steigen der Temperatur ein Abblaseventil Dampf ins Freie führt, wobei ein Rückschlagventil hinter dem Überhitzer 1 dafür sorgt, dass dieser Dampf den Überhitzer kühlt.

Der Behälter 9 wird vorteilhaft als Speicher ausgebildet, absperrbar vom Kreislauf, wobei er vor Abschluss des Kreislaufes auf höchsten Druck gebracht und dann abgesperrt wird. Auf diese Weise dient er bei Wiederaufnahme des Kreislaufes zu dessen Inbetriebsetzung.

Besonders vorteilhaft lässt sich der Erfindungsgedanke anwenden, indem der Verdichter so dimensioniert wird, dass er die in der Anlage umzusetzende elektrische Energie selbst verbraucht und in Wärme umsetzt. Es entfällt somit der Überhitzer, und die vom Verdichter nun erzeugte wesentlich grössere Druckdifferenz und grössere umgewälzte Dampfmenge lassen die Wärmeaustauscherfläche wesentlich kleiner werden.

Der Platzbedarf einer derartigen Anlage wird wesentlich geringer und die Bedienung einfacher.

Besonders vorteilhaft ist, dass der elektrische Strom nun mit hoher Spannung direkt im Motor ver- arbeitet werden kann und damit der bei allen andern Heizeinrichtungen notwendige Transformator entfällt.

Der Verdichter braucht nicht auf besten Wirkungsgrad ausgelegt zu sein, sondern man wird vorteilhaft die billigste Bauweise wählen. Unter Umständen kann ausser dem Verdichter noch eine besondere Maschine oder Stufe zur Umsetzung der Reibungswärme verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt. Der Anschluss des Dampfsammlers -1 erfolgt vorteilhaft vor dem Verdichter c, wodurch das Druckniveau gehoben wird. Anstatt eines Verdichters können auch zwei oder mehrere verwendet werden und ebenso anstatt eines Wärmeaustauschers auch zwei oder mehrere. Entweder arbeitet jeder Verdichter auf einen Wärmeaustauscher oder es sind die
Wärmeaustauscher gegen die Verdichter umschaltbar eingerichtet.

Die Regelung der Leistungsaufnahme des Verdichters erfolgt durch ein Organ 20, das mit Vorteil als Drosselventil vor dem Verdichter ausgebildet wird. Dadurch wird erreicht, dass bei Drosselung der
Fördermenge und damit der Leistung des Verdichters der Verdichter auch in einem dünneren Medium arbeitet und damit noch weniger Leistung aufnimmt. Die Regelung des Temperaturniveaus des Kreis- laufes, insbesondere die Sicherung gegen Temperaturüberschreitungen, erfolgt durch einen Regler, der die Leistungsaufnahme des Verdichters beeinflusst, wobei für diese und die vorbesehriebene Regelung das gleiche Organ mit getrennten Impulsen verwendet werden kann.

Die leichte Regelung der Leistungsaufnahme ohne Stufentransformator und ohne Abschaltung von Heizflächen od. dgl. ist ein besonderer Vorteil dieser Ausführung. Als Antriebsmotor für den Ver- dichter kann ein ausser Dienst gestellter Generator des Werkes verwendet werden, da es auf den Wir- kungsgrad nicht besonders ankommt.

**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

PATENT-ANSPRÜCHE : l. Verfahren zur Erzeugung oder Speieherung von Hochdruckdampf mittels elektrischen Stromes, dadurch gekennzeichnet, dass Niederdruckdampf durch mittels elektrischen Stromes erzeugte Wärme überhitzt und durch die Überhitzungswärme des Niederdruckdampfes das zu verdampfende oder aufzuspeichernde Wasser unter höherem Druck als dem Druck des überhitzten Niederdruckdampfes erhitzt wird. <Desc/Clms Page number 4>

2. Dampfanlage zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektrische Heizvorrichtung (1), durch die der Niederdruckdampf überhitzt wird, und eine Wärmeaustauschvorrichtung dz der einerseits der überhitzte Niederdruekdampf und anderseits das zu erhitzende Wasser zugeführt wird.

3. Dampfanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Fördervorriehtung (3) (Verdichter od. dgl.), durch die der Niederdruckdampf zwischen dem elektrischen Überhitzer (1) und dem Wärmeaustauscher (2) im Kreislauf umgewälzt wird.

4. Dampfanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung (3) vor dem Überhitzer (1) bzw. hinter dem Wärmeaustauscher (2) angeordnet ist.

5. Dampfanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckdampfkreislauf an ein vorhandenes Dampfnetz (4) zwecks Druckausgleich angeschlossen ist.

6. Dampfanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Fördervorrichtung (3) (Verdichter od. dgl. ) für Niederdruekdampf im Niederdruckkreislaufsystem und einen Warmwasserbehälter (9), dessen Dampfraum an dieses System angeschlossen ist.

7. Dampfanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Warmwasserbehälter (9) EMI4.1 die Beheizung des Warmwasserbehälters z. B. durch Reglerorgane (11 oder 13) im Sinne einer Konstanthaltung des Druckes im Niederdrucksystem geregelt wird.

9. Dampfanlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung, durch die ins- EMI4.2

10. Dampfanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Wärmeaustauscher (2) auf der Hochdruckseite eine oder mehrere Trommeln (5 bzw. 16) derart angeschlossen sind, dass Wasser bzw. Dampf im Kreislauf zwischen dem Wärmeaustauscher und der oder den Trommeln strömt und dass der Hoehdruckdampf aus der oder den Trommeln entnommen wird.

11. Dampfanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der oder den Trommeln (5 bzw. 16) entnommene Hochdruckdampf mittels elektrischen Stromes überhitzt wird.

12. Dampfanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel oder die Trommeln (5 bzw. 16) als Wärmespeicher ausgebildet und gegen Wärmeverlust geschützt sind und dass dem Wärmespeicher Dampf unter Druckabfall entnommen wird.

13. Verfahren zum Betrieb einer Dampfanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Anfahren der Niederdruckanlage erforderliche Dampf aus dem Wärmespeicher (5 bzw. 16) entnommen oder mit Hilfe der in dem Speicher aufgespeicherten Wärme erzeugt wird.

14. Dampfanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung, durch die gegebenenfalls über ein selbsttätiges Reduzierventil (18) Dampf aus dem Hochdrucksystem in das Niederdrucksystem übergeführt werden kann, wobei in dem Niederdrucksystem ein Sicherheitsventil gegen unzulässige Drucksteigerungen vorgesehen sein kann (Fig. 3).

15. Dampfanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Niederdrucksystem hinter dem Wärmeaustauscher (2) ein Speisewasservorwärmer (19), der vorzugsweise nach dem Gegenstromprinzip arbeitet, eingeschaltet ist (Fig. 3).

16. Dampfanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (2) derart ausgebildet ist, dass das zu erhitzende Wasser im Gegenstrom zu dem Niederdruckdampf geführt ist.

17. Verfahren zum Betrieb einer Dampfanlage nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aus den Stopfbuchsen der Fördervorrichtung (3) austretende Leckdampf in einer oder mehreren Stufen zur Vorwärmung des Hochdruekspeisewassers oder zur Entgasung herangezogen wird.

18. Dampfanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Sicherheitsvorrichtung an dem elektrischen Überhitzer, durch die bei Übersehreiten der höchstzulässigen Rohrwandtemperatur oder Überhitzungstemperatur des Dampfes die elektrische Beheizung vermindert oder abgeschaltet wird.

19. Dampfanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Überhitzer (1) eine Abzweigleitung mit einem Abblaseventil vorgesehen ist, durch das bei Überschreiten der höchstzulässigen Temperatur Dampf abgelassen wird, und dass in der Niederdruekleitung hinter der Abzweigleitung ein Rückschlagventil eingeschaltet ist.

20. Dampfanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Speichern hohen Druckes mehrere oder alle Behälter, soweit es der tiefste Wasserstand zulässt, in den Kreislauf einbezogen werden.

21. Dampfanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisewasser für den Hochdruckkessel bzw. Hochdruckspeicher aus dem Warmwasserbehälter (9) entnommen wird.

22. Verfahren zum Betrieb einer Dampfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzung des Niederdruckdampfes durch Verdichtung erreicht wird, wobei die Verdichtungarbeit durch elektrischen Strom geleistet wird (Fig. 4). <Desc/Clms Page number 5>

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahme des Niederdruckdampfes durch Änderung der Leistungsaufnahme des Verdichters (3) geregelt wird (Fig. 4).

24. Dampfanlage zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verdichter ein Regelorgan vorgesehen ist, das die Leistungsaufnahme des Verdichters in Abhängigkeit von der Temperatur des Dampfes im Niederdrucksystem regelt.

25. Dampfanlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das gleiche Regelorgan Leistungsaufnahme und Temperatursicherung durchführt.

26. Dampfanlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelorgan ein Drosselventil (20) vorzugsweise vor dem Verdichter (3) verwendet wird. EMI5.1