CH114977A - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf. - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf.    Die Erfindung betrifft ein Verfahren  zur Erzeugung von Dampf, bei dem die  Wärmezuführung zu zwangsläufig in Um  lauf versetztem Wasser und die Dampf  bildung durch Druckverminderung in ge  trennten Elementen erfolgt. Es ist bekannt,  Dampf in der Weise zu erzeugen, dass die  Dampfbildung in einem Heizkörper dadurch  verhindert wird, dass das zwangsläufig in  Umlauf versetzte Wasser unter so hohen  Druck gesetzt wird, dass die Dampfbildung  nicht eintreten kann. Die Dampfbildung  wird dann an beliebiger Stelle dadurch er  möglicht, dass durch Drosselung der Druck  unter den der Wassertemperatur entsprechen  den     Sättigungsdruck    verringert wird.

   Der  Dampf kann zu beliebigen     Zwecken    verwen  det werden, während das nicht verdampfte  Wasser von neuem umgewälzt wird.  



  Ein derartiges Verfahren hat den Nach  teil, dass durch die Drosselung eine erheb  liche Arbeitsfähigkeit verloren geht.  



  Erfindungsgemäss besteht nun das Neue  des     vorliegenden    Verfahrens darin, dass die       Druckverminderung    und     Dampfbildung    im    Umlaufwasser unter Ausnutzung der der  Entlastung entsprechenden Arbeitsfähigkeit  des entstehenden     Dampfwassergemisches    er  folgt. Der dabei zu erzielende Energiegewinn  kann grösser sein als der zur Druckerhöhung  des Umlaufwassers erforderliche Kraftbedarf  einer     Umwälzpumpe.    Dieses neue Verfahren  kann mit gleichem Vorteil sowohl für die  Verwertung von Abwärme, wie für die  Dampferzeugung aus Feuergasen in einem  Kessel Anwendung finden.

   In letzterem Fall  kann das Wasser entweder über die ganze  oder nur über einen Teil der Kesselheiz  fläche unter erhöhtem Druck umgewälzt  werden, wobei im übrigen Teile des Kessels  das Wasser in der bisher üblichen Weise  verdampft wird. Der Druck in einem     Heiz-          röhrensystem,    über welches das Wasser     mit-          telst    einer Pumpe umgewälzt wird, kann da  bei beliebig hoch, also     zum    Beispiel auf 60  bis 80 Atmosphären Überdruck, beziehungs  weise auf den kritischen Druck oder darüber  hinaus gesteigert werden.

   Dampfbildung in  dem Kesselteil, in welchem das Wasser     mit-          telst    der Pumpe     umgewälzt    wird, kann durch      Regelung der Umlaufwassermenge, des Was  serdruckes oder durch Regelung der Wärme  zufuhr verhindert werden.

   Insbesondere kann  von Hand oder selbsttätig bei Versagen der  Pumpe die Brennstoffzufuhr abgestellt wer  den, oder aber es kann durch Öffnen von  einer oder mehreren     L?mgehungsleitungen     der Pumpe und einer zur     Ausnützung    der  Arbeitsfähigkeit des     Dampfwassergemisehes     bestimmten Kraftmaschine der natürliche       MTasserumlauf    bei Kesseldruck hervorgerufen  werden, wobei dann die Dampferzeugung im  ganzen Kessel in der bisher üblichen Weise  vor sich geht.  



  In den Umgehungsleitungen können hier  zu feiler- oder gewichtsbelastete Ventile oder       Rückschlagkla.ppen    angeordnet werden, die  durch ihr Eigengewicht oder Gewichts  belv     stung        bezw.    durch Federdruck geöffnet  werden und nur in     Abhängigkeit    von dem  Arbeiten der Pumpe etwa durch den erhöh  ten     @Vasserdrucli#    beschlossen gehalten wer  den. In dem unter höherem Druck stehen  den Kesselteil können natürlich besondere       Sieherheitsventile    vorgesehen werden.

   Um       @        t'ärmeverluste    durch Abblasen zu verhüten,  können diese so eingerichtet     werden,        dass    sie  einen     Normaldruckteil    etwa unter Wasser  einblasen. Die zur Ausnutzung der Arbeits  fähigkeit dienende Kraftmaschine kann mit  der Pumpe, die zur Erhöhung des Druckes  und zur Förderung des     LTmwälzw        assers    dient,  direkt gekuppelt sein.

   In diesem Falle kann       mit.    der Kraftmaschine noch eine andere,  zum Beispiel in einem elektrischen Generator  bestehende Vorrichtung verbunden sein, die  im Normalbetriebe zur     Ableitung    von     tiber-          schüssiger    Energie der Kraftmaschine und  beim Anfahren zum Antreiben der Pumpe  dient.  



  Die Entspannung des Wassers     bezw.    die  Bildung des     Dampfwassergemisches    kann in  der Kraftmaschine selbst oder vor dieser er  folgen. Da die     Abseheidung    des Dampfes  von dem Wasser ganz oder teilweise in der       Maschine    erfolgen kann, kann diese mit ent  sprechenden Vorrichtungen, wie zum Bei  spiel einem den     obern    Teil der -Maschine bil-         denden    Dampfdom und einem oder mehre  ren den untern Teil der Maschine bildenden  Schlammsammlern versehen werden.

   Die  Abführung des Dampfes     bezw.    Wassers  kann dementsprechend in einer gemeinsamen  oder auch in getrennten Leitungen erfolgen;  in dem halle, in welchem das Wasser bereits       vor    der Maschine entspannt wird, wie zum  Beispiel bei Verwendung von Freistrahl  turbinen, muss die Turbine in der Regel höher  stehen als ein Sammler, in welchem der  Dampf und das nicht verdampfte Wasser  angesammelt wird, da das aus der Turbine  austretende Wasser sich im     Verdampfungs-          zusta.nde    befindet und nicht angesaugt wer  den kann.

   Muss der Sammler trotzdem     höher     aufgestellt werden, so wird in die Dampf  leitung aus der Turbine zum     Sammler    zweck  mässig eine Drosselvorrichtung mit selbst  tätiger Steuerung     eingeschaltet,    wodurch  künstlich ein Überdruck in der Maschine       gegenüber    dem Sammler erzeugt und somit  ein Anfüllen der     Turbine    mit Wasser wäh  rend des Betriebes verhindert wird. Um nach  Betriebspausen das sich in der Turbine sam  melnde Wasser entfernen zu können, kann  eine     Wasserstra.hlpumpe    vorgesehen werden,  wobei das Speisewasser als Treibflüssigkeit  dienen kann.

   Das Speisewasser kann auch  in die     Zula.ufleitung    der den zwangsläufigen  Umlauf bewirkenden Pumpe eingeleitet  werden.  



  Wie oben bereits angeführt, kann der  Wasserumlauf geregelt werden. Das kann  bei Anwendung einer Kreiselpumpe mit fla  cher Pumpencharakteristik durch Drosselung  oder durch Regelung der Drehzahl der Pumpe  und damit der     Umwälzwassermenge    in der  Weise geschehen, dass die Temperaturerhö  hung des Umlaufwassers bei verschiedenen  Belastungen möglichst unverändert bleibt.  Diese Anordnung hat den Vorteil, dass bei  Regelung durch Drosselung die zum Antrieb  der Pumpe dienende Kraftmaschine mit kon  stanter Drehzahl     getrieben        -,verden    kann, und  bei gleichzeitiger Kupplung mit einem elek  trischen Generator stets Strom     gleicher     Spannung     bezw.    gleicher     Frequenz    abgibt.

        Bei grossen Förderhöhen ist die Charakteri  stik der Pumpe jedoch in der Regel sehr  steil. so dass eine Regelung auf konstante       Temperaturf#rhöhung    unverhältnismässig grosse  Pumpen und grosse Energieverluste mit sich  bringen     wiii-de.    Man wird daher vorteilhaft auf  l;

       oii#,t        ant        (@        Druckei        fferenz    zwischen     Sättiguugs-          @lrn@l;        mid    Druck im Wasserkreislauf     bezw.          uul'        l;un@tantc    Temperaturdifferenz zwischen       (1(.i-        di@m    Wasserdruck entsprechenden     Sätti-          (rungstemperatur'        uncl    der Wassertemperatur  regeln.

   In diesem Falle ist es zweckmässig,  auch bei der Kraftmaschine eine Drehzahl  änderung zuzulassen und bei     Stromerzeugung     Spannung     bezw.    Frequenz durch     Regelung     des Generators konstant zu halten, die ge  gebenenfalls mit der Regelung der Pumpe  gekuppelt sein kann.  



  Wie oben schon erwähnt ist, ist es auch  möglich, die Dampferzeugung nach dem vor  liegenden Verfahren mit der gewöhnlichen  Dampferzeugung zu kombinieren; hierbei  kann der gesamte     Wärmeiibertragungskörper     konstruktiv einheitlich sein und ein Teil  zum Erzeugen von Wasserdampf bei natür  lichem     Wasserumlauf    dienen, während ein  Teil unter erzwungenem Umlauf, erhöhtem  Druck und Arbeitsrückgewinnung nach dem  vorliegenden Verfahren arbeitet. Hierbei  kann der mit natürlichem Wasserumlauf ar  beitende Teil dem andern in bezug auf die  Richtung der     Feuergasströmung    vor- oder       nachgeschaltet    sein.  



  Die Zeichnung veranschaulicht in einer  beispielsweisen Ausführungsform eine Vor  richtung zur Ausübung des Verfahrens.  



       Fig.    1 zeigt die Vorrichtung in schema  tischer Darstellung, während       Fig.    2 Einzelheiten darstellt.  



  Gemäss     Fig.    1. wird das Wasser durch  die Pumpe 1 aus dem Sammler 2 entnommen  und nach Druckerhöhung dem Heizkörper       bezw.        Heizkörpersystem        ä    zugeführt. Nach  Erwärmung in diesem gelangt es zur Kraft  maschine 4, in welcher es unter Ausnutzung  der     Arbeitsfähigkeit    entspannt wird. Der  bei dieser Entspannung sich bildende Dampf  wird durch die Leitung 5 und das nicht ver-    dampfte Wasser durch die Leitung 6 dem  Sammler 2 zugeführt. Der Dampf kann     zti     beliebigen Zwecken dem Sammler entnom  men werden, und- das Wasser fliesst der  Pumpe zu und wird von neuem umgewälzt.  



  In     Fig.    2 ist ein Hochdruckkessel dar  gestellt. Das Wasser     wird    durch die Lei  tung 1 aus der Trommel 2, zum Beispiel  unter einem Druck von 20 Atmosphären  Überdruck entnommen, durch die Pumpe 3  auf einen Druck von beispielsweise 80 Atmo  sphären     Überdruck    gebracht und durch die  Leitung 4 dem Röhrensystem 5 des beispiels  weise nach Art eines     Wasserrohrkessels    aus  gebildeten und in gewöhnlicher Weise be  heizten Kessels zugeführt, in welchem es  etwa auf 280' bis<B>290'</B> erwärmt wird.

    Die     Strömungsquerschnitte    der einzelnen  Heizrohre können dabei so bemessen sein,  dass trotz verschiedener Wärmezuführung  infolge der an den einzelnen Rohren ver  schiedenen Temperatur der Heizgase die  Temperaturerhöhung des Wassers in den  einzelnen Rohren gleich ist. Von hier ge  langt es über     Leitung    6 zu der Kraft  maschine 7, wo es wieder auf 20 Atmosphä  ren Überdruck     entspannt    und dabei teilweise  verdampft wird. Der sich bildende Dampf  wird über Leitung 8 in dem Dampfteil der  Trommel 2 geleitet und gelangt von dort  in den     Überhitzer    9, aus dem er zu einer  Verbrauchsstelle strömt.

   Das nicht ver  dampfte Wasser sammelt sich unter der  Kraftmaschine in dem Behälter 10 und ge  langt von da zurück in die Trommel 2 oder       unmittelbar    in die Pumpe 3, um von neuem       umgew4.lzt    zu werden. Die Kraftmaschine 7  und die Pumpe 3 sind beispielsweise direkt  miteinander gekuppelt; ausserdem sind sie  mit einem Motorgenerator 11 verbunden, der  im Normalbetrieb als Generator läuft, beim  Anfahren dagegen zum Antrieb der Pumpe 3  dient. Zur Umgehung der Kraftmaschine  sind Ventile 12 vorgesehen, die bei Versagen  der Pumpe geöffnet werden.

   In diesem Falle  läuft dann der ganze Kessel wie ein ge  wöhnlicher Kessel mit 20     Atmosphären     Überdruck, in welchem durch die     Differenz         der spezifischen Gewichte ein natürlicher  Wasserumlauf stattfindet. Im vorliegenden  Falle erfolgt dieser Umlauf gleichsinnig wie  der erzwungene; jedoch kann bei entsprechen  der Kesselbauart auch umgekehrter Umlauf  eintreten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE I. Verfahren zur Erzeugung von Dampf, bei dem die Wärmezuführung zu zwangsläufig in Umlauf versetztem Wasser und Verdampfung durch Druck verminderung in getrennten Elementen vor sich geht, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckverminderung und Dampf bildung im Umlaufwasser unter Aus nutzung der der Entlastung entsprechen den Arbeitsfähigkeit des entstehenden Dampfwassergemisches erfolgt. II. Vorrichtung zur Ausübung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass nur ein Teil eines Heizkörpers zur Erwärmung von zwangsläufig in Umlauf versetztem Wasser herangezogen wird, während ein anderer Teil zur Erzeugung von Wasser dampf bei natürlichem Umlauf des Was sers dient.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass bei Versagen des unter erhöhtem Druck vor sich gehenden erzwungenen Umlaufes die Brennstoffzufuhr zu einer Feuerung ab gestellt wird. ?. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass bei Versagen des erzwungenen Umlaufes ein natür licher Umlauf eintritt. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass zur Herbeiführung eines natür lichen Umlaufes ein oder mehrere Um gehungswege einer zum Erzeugen des erzwungenen Wasserumlaufes dienenden Pumpe und einer Kraftmaschine geöffnet werden,, :I. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Umlauf wassermenge einer Pumpe so geregelt wird, dass die Temperaturerhöhung des 'Umlaufwassers bei verschiedenen Be lastungen möglichst unverändert bleibt. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Wasser umlauf in der Weise geregelt wird, dass der Unterschied zwischen dem Druck, un ter welchem das Umlaufwasser steht, und dem seiner Temperatur entsprechenden Sättigungsdruck, beziehungsweise zwi schen der Wassertemperatur und der seinem Druck entsprechenden Sättigungs temperatur konstant oder nahezu kon stant gehalten wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch I und Untera.nsprucli 5, dadurch gekennzeich net, dass bei Schwankungen in der Wärmezufuhr die Drehzahl einer Kraft maschine geändert wird, die eine Pumpe zum Erzeugen des Wasserumlaufes an treibt. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 5 und 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Drehzahl der Kraftmaschine durch Regelung einer mit ihr gekuppelten Maschine geändert wird. B. Vorrichtung nach Patentanspruch Il, zur Ausübung des Verfahrens nach Pa tentanspruch I und Unteransprüchen 2 und 0, dadurch gekennzeichnet, dass Ab schlussorgane in Umgehungsleitungen ge öffnet sind, jedoch bei Arbeiten der Pumpe in Abhängigkeit hiervon geschlos sen gehalten werden. 9.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, da.ss die in @ den Umgehungs leitungen vorgesehenen Abschlussorgane infolge Gewichtsbelastung geöffnet sind. 10. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 8, dadurch gekenu- zeichnet, dass die in den Umgehungs leitungen vorgesehenen Abschlussorgane infolge von Federbelastung geöffnet sind, 11.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die in den Umgehungs leitungen vorgesehenen Abschlussorgane infolge von Druckwirkung auf die Ab schlussorgane geöffnet sind. 12. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass Sicherheits ventile des unter erhöhtem Druck ste henden Teils in der Weise wirken, dass sie in einen Normaldruckteil unter Was ser ausblasen. 18.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Erzeugung des erzwungenen Wasser umlaufes erforderliche Pumpe und eine zur Ausnützung der Arbeitsfähigkeit des Dampfwassergemisches dienende Kraft maschine miteinander gekuppelt und ausserdem mit einer Einrichtung verbun den sind, die bei Normalbetrieb über schüssige Energie der Kraftmaschine ableitet. 14. Vorrichtung nach Patentanspruch TI und Unteranspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, da.ss die zur Kraftabnahme während des normalen Betriebes dienende Einrichtung während der Anfahrperiode zum Antrieb der Pumpe dient.

   15. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil einer zur Ausnutzung der Arbeits- fähigkeit des Dampfwassergemisches die nenden Kraftmaschine nach Art eines Dampfdomes ausgebildet ist, der untere Teil dagegen als Schlammsammler. 16.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, bei der eine Freistrahlturbine Verwen dung findet, die tiefer steht , als der Wasserspiegel in einem Sammler, an den die Turbine durch eine Dampfleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeich net, dass das Anfüllen der Turbine mit Wasser während des Betriebes dadurch verhindert wird, dass in die Dampf leitung zwischen der Turbine und dem Sammler ein Drosselventil mit selbst tätiger Steuerung eingeschaltet ist. 17.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, dass das in Betriebspausen sich im Gehäuse der Freistrahlturbine an sammelnde Wasser durch eine Wasser strahlpumpe in den Sammler gepumpt werden kann, wobei das Speisewasser als Treibflüssigkeit dient: 18. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Speise wasser der Dampferzeugungsanlage in die Zuleitung der den zwangsläufigen Umlauf bewirkenden Pumpe eingeleitet wird.