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Verfahren zur Erzeugung von Frischdampf durch Einleiten von Abdampf in geeignete Flüssigkeiten.
Zur Schaffung von feuerlosen Lokomotiven ist bereits versucht worden, den Abdampf in Natron- lauge einzuleiten und die entstehende Wärme, welche mit hoher Temperatur auftritt, zur Erzeugung von Frischdampf zu verwenden. Dies Verfahren hat in Sonderheit den Nachteil, dass die Erzeugung von
Frischdampf infolge der allmählichen Sättigung der Lauge nur kurze Zeit hintereinander möglich ist.
Dampft man die Lauge nachher durch eine besondere Feuerung wieder ein, so erhält man in dem hiebei entstehenden Dampf und in der hoch erhitzten Flüssigkeit zusätzliche Wärmemenger, die man im Kreis- prozess. nicht wieder nutzbar machen kann.
Nun ist weiterhin vorgeschlagen worden, die Eindampfung der durch Abdampf verdünnten Lauge nicht durch eine Feuerung, sondern mittelbar wiederum durch Abdampf zu bewirken. Hiebei geht jedoch die ganze Wärmemenge, welche bei der Eindampfung der Lauge zur Dampferzeugung aufgewandt werden muss, dem Arbeitsprozess verloren.
Diese Nachteile vermeidet die vorliegende Erfindung dadurch, dass die beim Verdünnen der Lauge durch Einleiten von Abdampf freiwerdende Mischungswärme zum Eindampfen der Lauge benutzt wird.
Die für die Eindampfung erforderliche Wärmemenge besteht aus der Wärme, welche zur Steigerung der Temperatur der einzudampfenden Lauge erforderlich ist, und weiterhin aus der zur Dampferzeugung aufzuwendenden Wärme. Für erstere ist die eingedampfte Lauge der Wärmeträger (Flüssigkeit"wärme), für letztere der erzeugte Mschdampf (Dampfwärme). Beide Wärmemengen werden dem Kreisprozess wieder-zugeführt, die Dampfwärme natürlich nach Abzug der entnommenen Nutzleistung.
Diese Nutzleistung entspricht dem Unterschied zwischen dem Wälmewert des Frischdampfes und dem des Abdampfes und es lässt sich daher die Erzeugung hochgespannten Dampfes aus niedrig gespanntem Dampf durch eine Feuerung, welche-abgesehen von unvermeidbaren Wärmeverlusten - lediglich den Unterschied im Wärmewert zwischen Frisehdampf und Abdampf ersetzt, beliebig lange durchführen. Es lassen sich bei diesem Verfahren die auftretenden Wärmemengen so gegeneinander abgleichen, dass die erzeugte Frischdampfmenge voll wieder von der Lauge aufgenommen werden kann.
Die konzentrierte Lauge kann vor dem Zusammentreffen mit dem Abdampf in der eigenen Large (Latgc irit tieferem Siede- punkt) oder durch Druckentlastung gekühlt werden. In beiden Fällen dient ihre Wärme zum Eindampfen der Lauge und kommt so in vollem Umfang dem Kreisprozess zugute.
Führt man das Eindampfen der Lauge nicht ganz unter Hochdruck durch, sondern teilweise untei höherem, teilweise unter geringerem Druck als dem Abdampfdruck, so kann eine Feuerung unter Umständen überhaupt entfallen. Natürlich erhält man dann erheblich weniger Hochdampfdruck, als man Abdampf zuführt, da man ja den Abdampf gewissermassen in höher gespannten und in niedriger gespannten Dampf spaltet.
Von Bedeutung ist auch, dass die Erzeugung von hochgespanntem Dampf aus Abdampf ohne Anwendung mechanischer Energie erfolgt (Wärmepumpe), welche ja ihrerseits wieder mit grossen Verlusten aus Wärmeenergie erzeugt werden muss, sowie ohne ein Aufladen von Zeit zu Zeit, indem sich der ganze Vorgang in einem geschlossenen Kreisprozess abspielt.
Das Verfahren wird auf der Zeichnung an Hand einiger schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In der Fig. 1 ist eine Eindampfungsanlage dargestellt, bei welcher der Abdampf des Heizkessels 1 dem Wärmetransformator W zugeleitet wird, welcher seinerseits die im Abdampf enthaltene Wärmemenge in Form von Frischdampf dem Heizkessel wieder zuleitet, wobei der Frischdampf sich in der Rohrschlange 2 niederschlägt und damit den Kessel beheizt. Die Wirkungsweise des Wärmetransformators ist dabei folgende :
In dem Kessel 3 wird Natronlauge eingedampft. Im oberen Teile ist die Siedetemperatur der Lauge der geringen Konzentration entsprechend niedrig, während sie weiter unten mit zunehmender Konzentration immer höher wird.
Durch das Rohr 4 wird die heisse konzentrierte Lauge abgeführt, kühlt sich in der Rohrschlange 5 in der dünnen Lauge ab, entspannt sich im Ventil 6 auf den Druck des
Abdampfes'des Heizkessels 1 und vereinigt sich mit dessen Abdampf im Mischer 7 unter erheblicher Wärmeentwicklung. Die entstehende Wärme (Mischungswärme) wird in den Rohrschlangen 8, 9 und 10
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Der Mischer ist so gebaut, dass die durch das Ventil 6 strömende, gekühlte konzentrierte Lauge nacheinander die Rohrschlangen 8, 9 und 10 durchläuft, wobei ihr jedesmal vor Eintritt in eine neue Rohrschlange ein weiterer Teil des Abdampfes beigemischt wird.
Es wird hiedurch erreicht, dass die Lauge zunächst wesentlich höhere Temperaturen annehmen kann, ohne zu sieden, als sie dies tun könnte, wenn sogleich eine weitgehende Verdünnung vorgenommen würde, da der Siedepunkt mit der Verdünnung sinkt. Die Laugentemperatur ist in 8 also höher, als in 9, und in 9 ist sie höher als in 10.
Durch die Pumpe 11 wird die verdünnte Lauge in den Natronkessel 3 gepumpt, wo sie unter höherem Druck ausgedampft wird. Der entstehende Laugendampf wird wiederum in der Rohrschlange 2 niedergeschlagen, während die konzentrierte Lauge nach Kühlung in der Rohrschlange 5 wieder dem Mischer zuströmt.
Da der Druck im Natronkessel 3 höher ist als der Druck im Mischer 7 kann die Misehungswärme nur unter bestimmten Verhältnissen zur Ausdampfung der Lauge im Natronkessel3 herangezogen werden.
Die Siedetemperatur der Natronlauge steigt mit dem Druck, im stärkeren Masse aber noch mit der Konzentration. Die Verhältnisse müssen daher so gegeneinander abgeglichen werden, dass die Konzentration der Lauge in den Rohrschlangen 8, 9 und 10 grösser ist, als die Konzentration der jeweils ausserhalb dieser Rohrschlangen befindlichen einzudampfenden Lauge des Laugenkessels 3. Die Konzentrationen müssen also in der Weise gegeneinander versetzt werden, dass eine Ausdampfung über die in der Rohrschlange 8 herrschende Konzentration hinaus im untersten Teil des Laugenkessels 3 durch Feuerung 12 von aussen her bewirkt wird. bewirkt wird. im Mischer 7 sinkt die Temperatur mit zunehmender Verdünnung.
Die bei der letzten Phase der Verdünnung freiwerdende Wärme kann nicht mehr zur Verdampfung der Lauge unter höherem Druck Verwendung finden, da dünnere Lauge nicht vorhanden ist, an welche sie ihre Wärme abgeben könnte.
Es kann sich daher empfehlen, einen Teil des Verdampfers unter geringen Druck zu setzen, (z. B. durch Niederschlagen des entstehenden Dampfes in einem Kondensator JJ) und so den Teil des Mischers 7, der durch die Verschiebung der Konzentrationen im Mischer und Verdampfer gegeneinander in Fig. 2 nach oben übersteht, seine Wärme an denjenigen Teil des Verdampfers 3 abgeben zu lassen, welcher nach unten übersteht. Die letzte Phase der Verdünnung gibt dann also ihre Wärme an die letzte Phase der Verdickung ab. Zwischen dem oberen und unteren Teil des Behälters 3 ist eine Öffnung vorgesehen, die zweckmässig regelbar ist, da in beiden Teilen des Behälters 3 verschiedener Druck herrscht.
Die konzentrierte Lauge wird nach der Ausdampfung durch eine Pumpe wieder auf Atmosphärendruck gebracht und in den Mischer geleitet. Da sie bei geringem Druck ausgedampft ist, ist sie in manchen Fällen bereits kühl genug, in andern wird man sie zwecks Kühlung z. B. in der in Fig. 1 angegebenen Weise in geringer konzentrierterer Lauge des Verdampfers kühlen.
Eine weitere Möglichkeit, die Mischungswärme der dünnsten Laugenteile des Mischers auszunutzen, besteht darin, dass man der Lauge vor Eintritt in den Verdampfer z. B. durch eine Leitung 14 in Fig. 3 Zusatzwasser beimischt, welches durch die äussere Feuerung 12 wieder ausgedampft werden muss, damit die Lauge immer mit derselben Konzentration in den Mischer 7 eintritt.
Gestattet der Druck des Abdampfes die Verwendung eines Dampfinjektors, so kann die Anordnung nach Fig. 4 getroffen werden. Der Mischer besteht hiebei aus einem Injektor mit anschliessender Rohr-' schlange. Am Stutzen 15 tritt der Abdampf, am Stutzen 16 die gekühlte Natronlauge in den Injektor.
Im Injektor wird die Lauge zugleich verdünnt und unter Druck gesetzt, so dass sie eine sehr hohe Tempeperatur annehmen kann, ohne zu verdampfen. Ihre Wärme gibt sie in der Rohrschlange 18 an den Verdampfer 19 ab und entspannt sich im Ventil 20 auf den im Innern des Natronkessels 19 herrschenden Druck, unter welchem sie ausgedampft wird. Die konzentrierte dicke Lauge wird in der Rohrschlange 21 gekühlt und darauf dem Injektor 17 wieder zugeführt. Soll die volle Ausdampfung der Lauge ohne Feuerung von aussen erfolgen, so kann man den in Fig. 4 zwischen die Rohrschlange 21 und den Injektor 17 eingeschalteten Apparat 22 verwenden. In ihm wird die konzentrierte dicke Lauge unter geringeren Druck als den Abdampfdruck gebracht, so dass ein entsprechender Wasserteil noch ausdampft.
Vom Behälter 22 muss die Lauge eventuell zum Injektor 17 gedrückt werden.
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Fig. 5 zeigt eine Anordnung des Wärmetransformators, welche alle Heizflächen vermeidet. Der Injektor 17, welchem bei 15 Dampf und bei 16 konzentrierte gekühlte Lauge zuströmt, drückt diese unter Mischung mit dem Dampf und unter Wärmeentwicklung in den Zwischenbehälter 23, welchen sie durch die Düse 24 mit hoher Temperatur wieder verlässt. Beim Ausströmen aus der Düse 24 entspannt sich die Lauge bis auf den gewünschten Frischdampfdruck, wobei ein Teil des in ihr enthaltenen Wassers durch ihre eigene Flüssigkeitswärme ausgedampft wird. Der Rest kann durch Feuerung von aussen her oder in der bei Fig. 4 beschriebenen Weise durch ein nochmaliges weiteres Entspannen ausgedampft werden.
Die Anwendung der Erfindung ist natürlich nicht auf die Verwendung an Eindampfanlagen beschränkt. Der Wärmetransformator kann ebenso gut beim Betrieb von Dampfkraftanlagen Verwendung finden, wie überhaupt allgemein zur Verwertung von Wärmemengen, welche wegen ihrer niedrigen Temperatur schwer verwertbar sind, indem er deren Temperatur hinaufsetzt und dadurch die Wärme verwendbar macht. Der aus der Lauge ausgedampfte Dampf kann dabei selbst als Energieträger auftreten, oder auch seine Wärme. zunächst an einen Zwischenträger z. B. an Wasser abgeben.
'PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Frischdampf durch Einleiten von Abdampf in geeignete Flüssigkeiten, z. B. Natronlauge, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Verdünnen der Lauge durch Einleiten von Abdampf freiwerdende Mischungswärme zum Eindampfen der Lauge benutzt wird.