AT160631B

AT160631B - Anlage zur Erzeugung oder Speicherung von Hochdruckdampf.

Info

Publication number: AT160631B
Authority: AT
Original assignee: Wiener Lokomotivfabrik Ag
Publication date: 1941-09-10

Description

Anlage zur Erzeugung oder Speicherung von Hochdruckdampf.

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

Die Elektrodampfkessel üblicher Bauart haben bei hohen Drücken unter anderem den Nach- teil, dass die Stromdurchführungen an den Kesseln nicht betriebssicher sind und hohe Kosten verur- sachen. Ausserdem besteht bei der Elektrodenheizung die Gefahr der Bildung von Wasserstoff, der sich insbesondere bei Speicheranlagen im Wasser anreichert und zu gefährlichen Korrosionen der Anlage führen kann. Auch die Heizung mit Heizpatronen bietet neben den hohen Kosten und der geringen
Lebensdauer Schwierigkeiten, da leicht örtliche Überhitzungen der wärmeübertragenden Heizflächen eintreten können.

Erfindungsgemäss werden obige Nachteile dadurch vermieden, dass zwischen einer elektrischen
Heizeinrichtung und einem Wärmeaustauscher ein Ventilator oder Kompressor angeordnet ist, der
Luft im Kreislauf zwischen der Heizeinrichtung und dem Wärmeaustauscher umwälzt, wobei der Luft- kreislauf in der elektrischen Heizeinrichtung Wärme aufnimmt und im Wärmeaustauscher an das Kessel-oder Speieherwasser wieder abgibt.

Der Luftkreislauf arbeitet vorteilhaft mit atmosphärischem oder mit wesentlich höherem als atmosphärischem Druck. Ersteres hat den Vorteil grösster Einfachheit, da die Kanäle des Luftkreis- laufes nicht druckfest ausgebildet sein müssen. In diesem Falle ist der Luftkreislauf zweckmässig an einer Stelle mit der Aussenluft verbunden, vorteilhaft auf der Saugseite des Ventilators.

Wird der Luftkreislauf mit höherem als atmosphärischem Druck betrieben, so wird mit einem
Hilfskompressor oder einer ähnlichen Einrichtung der Kreislaufdruck erzeugt oder aufrechterhalten, wobei dies vorteilhaft selbsttätig erfolgt. Der höhere Kreislaufdruck bietet den Vorteil, dass wegen des bedeutend grösseren Wärmeüberganges vom Luftkreislauf auf die Wärmeaustauschflächen diese einer- seits klein gehalten werden können, wobei anderseits auch die Ventilator-oder Kompressorleistung geringer wird.

Der Luftkreislauf ist dadurch gegen eine Überschreitung der höchstzulässigen Lufttemperatur gesichert, dass mittels einer an sich bekannten Einrichtung (z. B. Kontaktthermometer, Thermostat, mechanischer Temperaturzeiger usw. ) bei Überschreiten der höchstzulässigen Temperatur die elek- trische Heizeinrichtung selbsttätig abgeschaltet oder auf eine kleinere Heizleistung geschaltet wird.

Die elektrische Heizeinrichtung, die dem Luftkreislauf die Wärme zuführt, ist derart ausgebildet, dass die wärmeentwickelnden elektrischen Widerstände direkt im Luftstrom angeordnet sind und die Wärme dadurch unmittelbar auf diesen übertragen. Dies hat, abgesehen von den niedrigeren
Kosten, den Vorteil, dass die Widerstände ausgezeichnet gekühlt sind und daher hoch belastet werden können und eine hohe Lebensdauer erreichen.

In den Zeichnungen sind Schaltungen des Luftkreislaufes und der Wärmeaustausehflächen einer Anlage nach der Erfindung dargestellt.

In der Fig. 1 ist eine Ausführung einer erfindungsgemässen Anlage schematisch dargestellt.

Es bezeichnet 1 die elektrische Heizeinrichtung,'2 den Ventilator, der den Luftkreislauf aufrechterhält,
3 den Wärmeaustauscher, der in diesem Ausführungsbeispiel ähnlich einem Zwangsdurchlaufkessel ausgebildet und zum Luftkreislauf im Gegenstrom geschaltet ist. Die Speisepumpe 4 führt dem Wärmeaustauscher 3 das Speisewasser zu. Bei a wird der Dampf entnommen und den Verbrauchern oder

der Speicheranlage zugeführt. Der Ventilator 2 ist zweckmässig an der kältesten Stelle des Luftkreislaufes, d. i. hinter dem Wärmeaustauscher 3, oder vor der elektrischen Heizeinrichtung 1 angeordnet.

Der Wärmeaustauscher 3 kann ausser mit den in solchen Fällen üblichen Mitteln noch dadurch gegen teilweises oder gänzliches Ausbleiben des Speisewassers gesichert sein, dass der Wärmeaustauscher 3 mit Rücksicht auf die durch den Ventilator 2 umgewälzte Luftmenge so bemessen ist, dass die Temperatur des Luftkreislaufes normalerweise die für den Werkstoff des Wärmeaustauschers 2 zulässige Höchsttemperatur nicht überschreitet. Wenn nun infolge einer Störung der Speisewasserzufuhr die Wärmeaufnahme des Wärmeaustauschers bei gleichbleibender elektrischer Heizung sinkt, so steigt dadurch das Temperaturniveau des Luftkreislaufes und kann nunmehr selbsttätig die elektrische Heizeinrichtung abgeschaltet werden.

In der Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Anlage nach der Erfindung dargestellt.

Die von der elektrischen Heizeinrichtung 1 an den Luftkreislauf abgegebene Wärme wird mittels eines Wärmeaustauschers 5 auf das Kessel-oder Speicherwasser übertragen, das von der Umwälzpumpe 6 aus der Kessel-oder Speichertrommel entnommen und durch die Wärmeaustauscher dieser zugeführt wird. Der Speisewasseranschluss b ist an dem Wasserkreislauf vor dessen Eintritt in den
Wärmeaustauscher 5 angeschlossen.

Um einen solchen Wärmeaustauscher mit besonderem Effekt auch als Speisewasservorwärmer verwenden zu können, wird dieser gemäss der Fig. 3 ausgeführt. Der Wasserinhalt der Kessel-oder
Speichertrommel 7 fliesst durch natürliche Zirkulation durch den Wärmeaustauscher 5, wobei der
Anschluss e für den Wasserzufluss zwischen dem Speisewassereintritt c und dem Austrittsanschluss aus dem Wärmeaustauscher d angeordnet ist. Solange mittels der Speisepumpe 4 Speisewasser zugeführt wird, wirkt der zwischen dem Speisewassereintritt c und dem Wasserzulauf e liegende Teil des Wärme- austauschers als Vorwärmer. Wird, die Speisung abgestellt, so wird auch dieser Teil des Wärmeaus- tauschers 5 zur Verdampfung des zirkulierenden Kessel-oder Speicherwassers selbsttätig herange- zogen, da sich der Wärmeaustauscher 5 mit Wasser füllt.

Die in der Fig. 3 schematisch dargestellte Ausbildung des Wärmeaustauschers 5 ist besonders vorteilhaft bei der Verwendung von nur chemisch aufbereitetem Speisewasser, da der Austauscher
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kanal.

Eine weitere Ausbildung einer Anlage nach der Erfindung ist in der Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Ausführung wird das Regeln oder Abstellen des Speisewasservorwärmers dadurch erzielt, dass die Luftströmung durch den Vorwärmer mittels eines eigenen Ventilators 8 erzeugt wird, der einen Teil der Luft des Kreislaufes regelbar durch den Vorwärmer 9 drückt, wogegen der Rest der Luft durch eine Umgehungsleitung 10 mittels des Ventilators 2 wieder zur Heizeinrichtung 1 geleitet wird. Diese Anordnung ergibt geringeren Kraftverbrauch für den Luftkreislauf, dafür den Vorwärmer nur ein Bruchteil der gesamten umgewälzten Luftmenge benötigt wird.

In der Fig. 5 ist eine Ausführung einer Anlage nach der Erfindung schematisch dargestellt, die besonders für die Ladung von Dampf speichern hohen Druckes geeignet ist. Es sind zwei vollständig getrennte Luftkreislaufsysteme mit gesonderten elektrischen Heizeinrichtungen 1 und l'angeordnet.

Der eine Luftkreislauf überträgt die Wärme auf Wasser der Speichertrommel 7 mittels des Wärmeaustauschers 5, der bei diesem Beispiel in der Speichertrommel 7 angeordnet ist, der andere Luftkreislauf überträgt die Wärme durch den Wärmeaustauscher 3 auf das mittels der Pumpe 4 zugeführte Speisewasser, das vorgewärmt, zweckmässigerweise auch verdampft und eventuell überhitzt und darauf der Speichertrommel 7 zugeführt wird. Das erste System wird mit Vorteil für kleine Heizleistungen ausgeführt und ist für langsames Laden, Nachladen oder Warmhalten des Speichers bestimmt, wogegen das zweite System hauptsächlich für rasches Aufladen des Speichers in Betracht kommt.

Der Hauptvorteil dieser Anordnung ist der, dass für den Betrieb der Speicheranlage zwei voneinander vollständig unabhängige Ladeeinrichtungen vorhanden sind, wobei jede für sich für verschiedene Betriebsfälle bestimmt ist, aber bei Störungen eine die andere weitgehend ersetzen kann.

Die im Luftkreislauf angeordneten Ventilatoren oder Kompressoren setzen fast die ganze im Antriebsmotor aufgenommene elektrische Leistung in Wärme um, die vom Luftkreislauf aufgenommen wird, arbeiten also für diesen Zweck mit bestem Wirkungsgrad. Es kann nun der Ventilator oder Kompressor so bemessen sein, dass die Leistungsaufnahme seines Antriebsmotors der ganzen Heizleistung des Luftkreislaufsystems entspricht, so dass dann jede besondere Heizeinrichtung für den Luftkreislauf entfällt. Eine solche Ausführung ist in der Fig. 6 schematisch dargestellt. Der Kompressor oder Ventilator 2 wälzt die Luft im Kreislauf durch den Wärmeaustauscher 5, in dem das Wasser der Kessel- oder Speichertrommel 7 zirkuliert. Die Speisewasserzufuhr erfolgt durch die Speisepumpe 4.

Im Luftkreislauf, vorzugsweise auf der Druckseite des Ventilators 2, ist ein Drosselorgan angeordnet, mit dem

die Luftmenge des Luftkreislaufes und damit die Leistungsaufnahme des Kompressors und damit die Wärmeleistung eingestellt oder geregelt wird.

Die Regelung der Leistungsaufnahme durch den Ventilator oder Kompressor und damit der Heizleistung kann-jedoch auch dadurch erfolgen, dass beispielsweise der Druck des Luftkreislaufes erhöht oder erniedrigt wird, wodurch sich gleichzeitig die Heizleistung vergrössert oder verringert.

Die Betätigung des Regulierorganes 11 erfolgt mit Vorteil in Abhängigkeit vom Temperaturniveau des Luftkreislaufes, wobei die Anlage gegen dessen Überschreitung fallweise durch entsprechende Drosselung des Organes 11 gesichert ist. Es kann vom selben Organ die Einstellung der Leistungsaufnahme und die Temperatursicherung durchgeführt werden.

Für Anlagen nach dem Erfindungsgedanken zur elektrischen Aufladung von Dampfspeichern hohen Druckes kann mit Vorteil die Anordnung so getroffen sein, dass für kleine Heizleistungen (z. B.

Warmhaltung der Speicheranlage) nur die Leistungsaufnahme des Ventilators oder Kompressors herangezogen wird, für grosse Heizleistungen jedoch (z. B. rasches Laden der Speicheranlage) eine zusätzliche elektrische Heizeinrichtung im Luftkreislauf eingeschaltet wird,
Erfindungsgemäss kann die Wärmeaustauschfläche, die die Wärme des Luftkreislaufes auf die Anlage überträgt, auch ähnlich oder gleich einer bekannten Bauart eines feuerbeheizten Dampfkessels ausgebildet sein. Mit besonderem Vorteil wird eine solche Ausführung zu einer Kombination der elektrischen Heizung nach der Erfindung mit einer feuerbeheizten Anlage verwendet.

In der Fig. 7 ist eine solche Kombination schematisch dargestellt. Durch die elektrische Heizeinrichtung 1 wird Luft mittels des Ventilators 2 im Kreislauf umgewälzt. Die wärmeaufnehmende Austauschfläche ist im gezeichneten Beispiel die Heizfläche eines Steilrohrkessels 5. Dem Speisewasser- vorwärmer 3 wird das Speisewasser mittels der Speisepumpe 4 zugeführt. Aus der Obertrommel 7 wird der Dampf entnommen und über den Überhitzer 12 den Verbrauchern oder, wenn die Anlage zur Ladung von Speichern bestimmt ist, dem Dampfspeicher zugeführt. Die Heizflächen 5, 3 und 12 können im gezeichneten Beispiel auch mittels einer Feuerung geheizt werden. In der Fig. 7 ist eine Wanderrostfeuerung dargestellt, es kann jedoch ebenso eine beliebige andere Feuerungsart verwendet werden.

Die Feuerbeheizung kann zusätzlich zur elektrischen Heizung oder auch wahlweise neben dieser angewendet werden. Vorteilhaft wird derselbe Ventilator 2, der den Luftkreislauf im Gang hält, bei Einschalten der Feuerbeheizung als Saugzugventilator geschaltet. Durch Umschaltklappe 13 und 13'kann der Luftstrom zur Heizeinrichtung. 1 geleitet werden oder aber der Rauchgasstrom durch den Rauchgaskanal 1 in den Schornstein geführt werden. Die Frischluftklappe 14 wird bei Ingangsetzen der Feuerung geöffnet.

In der Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das besonders für
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2 Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator oder Kompressor (2) im Luftkreislauf hinter dem Wärmeaustauscher (3 oder 5) oder vor der elektrischen Heizeinrichtung (1) angeordnet ist und dass der Wärmeaustauscher an die Speiseleitung (Fig. 1) oder/und an den Kessel oder Speicher mittels Zulauf- und Rücklaufleitung angeschlossen ist.

3. Anlage nach Anspruch 1, bei welcher der Wärmeaustauscher mit einer Zulauf-und einer Rücklaufleitung mit der Kessel-oder Speichertrommel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Speisewasserzulauf (b) an die Zulaufleitung zwischen der Trommel (7) und dem Wärmeaustauscher (5) angeschlossen ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kessel-oder Speichertrommel räumlich über dem Wärmeaustauscher (5) angeordnet ist, wodurch sich bei Beheizung des Wärmeaustauschers (5) ein selbsttätiger Wasserkreislauf zwischen der Trommel (7) und dem Wärmeaustauscher (5) einstellt.

5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zulaufleitung zwischen der Trommel (7) und dem Wärmeaustauscher (5) eine Umwälzpumpe (6) angeordnet ist, die einen zwang- läufigen Wasserumlauf zwischen der Trommel (7) und dem Wärmeaustauscher (5) bewirkt.

6. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Wärmeaustauschers (5) aus Wasserrohren, wobei das zu erhitzende oder zu verdampfende Wasser durch die Rohre umgewälzt wird und der Luftkreislauf die äussere Rohroberfläche beheizt.

7. Anlage nach Anspruch a, dadurch geKennzelehnet, daH die von aer-lrommei (-i) Kommenae Zulaufleitung an einer Stelle (e) des Wärmeaustauschers (5) angeschlossen ist, die zwischen dem Anschluss des Speisewassers (e) und dem Austritt für das erhitzte Wasser oder den gebildeten Dampf (d) liegt (Fig. 3).

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche des Wärmeaustauschers (5) in einer oder in mehreren Kessel-oder Speichertrommeln angeordnet ist (Fig. 5).

9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche des Wärmeaustauschers in eine Vorwärmerheizfläche (9) zur Vorwärmung des Speisewassers und in eine Verdämpfungsheiz- fläche (5) unterteilt ist (Fig. 4).

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Beheizung des Vorwärmers (9 die diesen Vorwärmer durchströmende Luftmenge geändert wird, derart, dass durch einen Umgehungskanal die Luft in regelbarer Menge den Vorwärmer (9) umgeht.

11. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem den Vorwärmer (9) beheizenden Luftstrom oder in dem Umgehungskanal zum Vorwärmer ein besonderer, von der Umwälzvorrichtung (2) für die übrige Luft getrennter Ventilator (8) vorgesehen ist.

12. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei getrennte Luftkreisläufe, wobei der eine Luftkreislauf die Wärme auf das zwischen der Trommel und dem Wärmeaustauscher (5) umlaufende Wasser überträgt, wogegen der andere Luftkreislauf die Wärme an das Speisewasser des Kessels oder Speichers überträgt (Fig. 5).

13. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Wärmeübertragung an das umlaufende Kessel-oder Speicherwasser vorgesehene Luftkreislauf für eine kleine, der zur Wärmeübertragung an das Speisewasser bestimmte jedoch für eine grosse Heizleistung bemessen ist.

14. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkreislauf an einer Stelle, vorzugsweise auf der Saugseite des Ventilators, mit der Aussenluft in Verbindung steht.

15. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Luftkreislauf druckfest ausgebildet ist und an denselben ein Kompressor angeschlossen ist, welcher den Arbeitsdruck des Kreislaufes vorzugsweise selbsttätig auf einem wesentlich höheren als dem atmosphärischen Druck hält.

16. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Temperaturreglers im Luftkreislauf, welcher bei Überschreiten der höchstzulässigen Temperatur die elektrische Heizeinrichtung auf schwächere Leistung schaltet oder abschaltet.

17. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung der elektrischen Heizeinrichtung (1) als direkt im Luftstrom des Luftkreislaufes angeordnete elektrische Widerstände.

18. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung der Kreislaufluft teilweise oder gänzlich durch Kompression der Luft mittels des Ventilators oder Kompressors (2) erfolgt, wobei die Kompressionsarbeit durch elektrischen Strom geleistet wird (Fig. 6).

19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftkreislauf vor oder hinter dem Kompressor (2) eine Drosseleinrichtung (11) angeordnet ist, durch die die Leistungsaufnahme des Kompressors und damit die Wärmeaufnahme des Luftkreislaufes geregelt wird.

20. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftkreislauf ein Temperatur- regler angeordnet ist, der das Temperaturniveau dadurch konstant hält oder gegen Überschreitung sichert, dass der Regler den Luftkreislauf drosselt, wenn die Temperatur des Luftkreislaufes ansteigt. <Desc/Clms Page number 5>

21. Anlage nach den Ansprüchen 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das gleiche Drosselorgan (11) sowohl zur Regelung der Leistungsaufnahme als auch in Verbindung mit einem Temperaturregler zur Sicherung des Luftkreislaufes gegen Temperaturüberschreitung eingerichtet ist.

22. Betriebsverfahren für Anlagen nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Regelung der Leistungsaufnahme des Kompressors (2) und damit der Wärmezufuhr zum Luftkreislauf durch Änderung des Druckniveaus im Luftkreislauf.

23. Betriebsverfahren für Anlagen nach den Ansprüchen 1 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass für geringe Heizleistung (z. B. Warmhalten einer Speicheranlage) dem Luftkreislauf nur Kompressionswärme des Kompressors (2) zugeführt wird, während für grosse Heizleistungen (z. B. Aufladen einer Speicheranlage) dem Luftkreislauf zusätzlich Wärme durch eine Heizeinrichtung (1) zugeführt wird.

24. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschflächen (3, 5) an eine Feuerung derart angeschlossen sind, dass wahlweise dem Kessel oder Speicher von dieser Feuerung erzeugte Wärme zugeführt werden kann.

25. Anlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der für den elektrisch geheizten Luftkreislauf vorgesehene Ventilator (2) mittels Klappen (13 und 13') auf die Feuerung schaltbar ist und in diesem Falle als Saugzugventilator arbeitet (Fig. 7).

26. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Luftkreislauf und dem Kessel oder Speicher ein selbsttätiger oder zwangläufiger Kreislauf von verdampfendem Wasser und kondensierendem Dampf eingeschaltet ist (Fig. 8).

27. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Heizfläche des Dampfwasserkreislaufes in eine Vorwärmer- (16) und in eine Verdampferheizfläche (15) aufgeteilt ist, die im Luftkreislauf vorzugsweise im Gegenstrom geschaltet sind (Fig. 8).

28. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeabgebenden Heizflächen des zwischengeschalteten Dampfwasserkreislaufes in eine Verdampfung- (18) und in eine V orwärmerheizfl che (19) unterteHt sind.

29. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den wärmeabgebenden Heizflächen (18 und 19) des zwischengeschalteten Dampfwasserkreislaufes ein Ausgleichsbehälter (20) angeordnet ist, in dem sich das Kondensat der Verdampfungsheizfläehe sammelt und aus dem es durch die Vorwärmerheizfläche (19) der Umwälzpumpe (17) zufliesst.