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Sammelbehälter für Wärmekraftanlagen In Wärmekraftanlagen werden vielfach
Sammelbehälter zur Aufnahme, insbesondere Speicherung, von Speisewasser, Kondensat
und anderen Flüssigleiten benötigt. Vielfach ist es nicht möglich oder nicht wünschenswert,
auf den Flüssigkeitsspiegel solcher Behälter ein Dampfpolster zu legen, so daß der
über dem Flüssigkeitsspiegel schwankender Höhe befindliche Raum mit der Außenluft
in Verbindung steht. Beim Auffüllen oder Entleeren strömt dann die Außenluft durch
ein oder mehrere Be- und Entlüftungsrohre in den Behälter ein oder aus diesem ab.
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Es hat sich nun gezeigt, daß das Eindringen atmosphärischer Luft vielfach
schädliche Folgen besitzt.
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Bei jeder Entleerung, auch bei teilweiser Entleerung, eines Speicherbehälters
dringt zwangläufig atmosphärische Luft in den Behälter ein, die normalerweise etwa
0,03 Volumprozent Kohlensäure enthält. Diese Kohlensäure wird bekanntlich von salzarmen
Wässern begierig aufgenommen und insbesondere dann, wenn es sich um ein alkalisches
oder amoniakalisches Wasser handelt, chemisch gebunden. Es ist zwar iiblich, das
Kesselspeisewasser vor. Einleitung in den Kessel thermisch zu entgasen, so daß normalerweise
die Bestandteile der Luft entfernt werden; dabei verbleibt aber die Luftkohlensäure,
die durch Alkalien chemisch gebunden ist, als gebundene Kohlensäure im Speisewasser.
Erst im Kessel findet bei höheren Temperaturen und längerer Verweilzeit eine hydrolytische
Zersetzung der entstandenen Karbonate statt. Das Kohlendioxyd wird wieder frei und
geht mit dem Dampf über die Turbine wieder in das Kondensat, wo wiederum eine chemische
Bindung stattfindet, falls das Kondensat alkalisch genug ist. Bei häufiger Füllung
und Entleerung des Speicherbehälters kann somit eine langsame Anreicherung an freier
bzw. gebundener Kohlensäure im Wasser- und Dampfkreislauf stattfinden.
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Durch die Erfindung soll eine derartige Anreicherung von Kohlensäure
im Wasser- und Dampfkreislauf vermieden werden.
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Bei einem bekannten Kesselspeisewasserbehälter schließt einAbsorptionsfilter
den Speisewasserbehälter nach oben hin ab. Bei dieser Vorrichtungsläßt es sich nicht
vermeiden, daß mit der das Filter durchströmenden Luft auch Feuchtigkeit in dieses
eindringt. Die Feuchtigkeit wird von den hygroskopischen Chemikalien begierig aufgenommen
und teilweise im Filter angelagert. Bei Überschreitung der Aufnahmegrenze des Filters
für die Feuchtigkeit gelangt diese in flüssiger Form in den Behälter und nimmt dabei
auch die Absorptionschemikalien in gelöster Form zum Teil mit in das Speisewasser.
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Ein solches Einfließen der Filtersalze in das Speisewasser ist aber
bei den heutigen Anforderungen an den
Reinheitsgrad von Kesselspeisewasser nicht
mehr zulässig, so daß die bekannte Vorrichtung diesen Anforderungen an die Speisewasseraufbereitung
nicht mehr gewachsen ist Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung
des Zutritts von in der Luft enthaltener Kohlensäure mittels Absorptionsstoffen
zu- Sammelbehältern von Speisewasser, Kondensat oder ähnlichen Flüssigkeiten von
Wärmekraftanlagen mit einem über dem sich ändernden Flüssigkeitsspiegel befindlichen
Luftraum und mit einem oder mehreren der zur Be-und Entlüftung dienenden Rohre,
die mit der Außenluft in Verbindung stehen.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein besonderer Reaktionsbehälter
in der Luftleitung angeordnet ist, der das Absorptionsmittel enthält. Auf diese
Weise gelingt es, den Zutritt von Luftkohlensäure zum Wasser in Speicherbehältern
zu verhindern.
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Es ist zweckmäßig, in den Reaktionsbehältern Alkalien, insbesondere
Kalilauge oder Natronlauge, vorzusehen. Als Bindemittel für die Luftkohlensäure
eignen sich mehr oder weniger alle alkalisch wirkenden Chemikalien, die sich leicht
mit Kohlensäure umsetzen. Als solche können auch die zum Teil stark alkalisch wirkenden
Ablaugen aus Kesseltrommeln oder Verdampfern dienen.
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Es ist vielfach vorteilhaft, zur Anzeige der Aktivität bzw. des Erschöpfungszustandes
des Reaktionsmittels geeignete Indikatoren zu verwenden. So kann, um die Erschöpfung
der Reaktionslösung rechtzeitig erkennen zu können, bei im Behälter verbleibenden
Füllungen diesen ein Indikator zugegeben werden, durch dessen Farbumschlag sich
ein Abfallen des p-Wertes anzeigt. Als Indikator eignet sich beispielsweise Nitramin,
dessen Umschlag von Braun nach
Farblos bei einem pH-Wert zwischen
14 und 12 liegt.
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Es lassen sich naturgemäß auch andere Indikatoren verwenden, deren
Farbumschlag bei niedrigeren p-Werten liegt.
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Für die Bindung der Kohlensäure eignen sich in besonderer Weise Kali-
oder Natronlaugen in einer Konzentrationen von etwa 10 bis 20°/o. Zur Bindung der
in einem m3 Luft enthaltenen Kohlensäure sind etwa 5 m3 200/oige Natronlauge erforderlich.
Die Größe des Reaktionsbehälters richtet sich daher nach der Größe des Speicherbehälters,
nach dem Intervall zwischen Füllung und Leerung und der gewünschten Betriebszeit
zwischen zwei Neufüllungen des Reaktionsbehälters. Bei Verwendung von Kessel-oder
Verdampferlauge ist die Größe des Reaktionsbehälters außerdem noch von der Menge
der zur Verfügung stehenden Abfallauge und ihrer Alkalität abhängig. Beide Größen
müssen dabei mit der Menge der in der Zeiteinheit zu bindenden Luftkohlensäure in
Einklang gebracht werden, damit die restlose Bindung der Kohlensäure auf alle Fälle
gewährleistet ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung sollen an Hand der Zeichnungen näher
erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung
wesentlichen Teilen in stark vereinfachter Darstellung.
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In Fig. list eine Vorrichtung mit im Behälter verbleibender Chemikalienlösung
unter Verwendung eines getrennten Reaktions- und Ausgleichsbehälters veranschaulicht.
Der Speicherbehälter ist mit 1 bezeichnet und zum Teil mit Wasser 2 gefüllt. Am
oberen Ende des Speicherbehälters befindet sich ein zur Be- und Entlüftung dienendes
Rohr 3. Dieses steht mit dem oberen Ende eines Reaktionsbehälters 4 in Verbindung,
der etwa bis zur Höhe 5 mit einer geeigneten Reaktionslösung gefüllt ist. Mit Hilfe
eines Schauglases 6 läßt sich der Stand der Reaktionsflüssigkeit iiberwachen, gegebenenfalls
kann bei einem Indikator mit Farbumschlägen der Erschöpfungszustand der Reaktionsflüssigkeit
überwacht werden.
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Im unteren Teil des Reaktionsbehälters, der noch mit einem Entleerungsstutzen
7 mit Ventil 8 versehen ist, befindet sich ein Düsenrohr 9, das beispielsweise eine
Vielzahl feiner Öffnungen enthält. Das Düsenrohr 9 ist von oben her in einen Ausgleichsbehälter
10 eingeführt und mündet in einer bestimmten Höhe 11 vom Boden dieses Behälters.
Der Ausgleichsbehälter wird über die Einfüllvorrichtung 12, in der sich ein Ventil
13 befindet, etwa zur Hälfte mit der Reaktionslösung gefüllt. Ein Höhenstandsanzeiger
14 gestattet, diesen Flüssigkeitsstand zu überwachen. Ein zur Be-und Entlüftung
dienendes Rohr 15 steht mit der Außenluft in Verbindung. Zur Inbetriebsetzung wird
der Ausgleichsbehälter 10 über die Einfüllvorrichtung 12 bei geöffnetem Ventil 13
zur Hälfte mit der Reaktionslösung gefüllt. Das Ventil 13 wird anschließend wieder
geschlossen.
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Bei Entleerung des Speicherbehälters wird die Reaktionslösung zunächst
in den Reaktionsbehälter gesaugt. Die durch das Belüftungsröhrchen 15 einströmende
Luft geht über den Ausgleichsbehälter 10 und das Düsenrohr 9, durch das eine feine
Verteilung der Luftblasen erfolgt. Die Luft geht weiterhin durch die Reaktionslösung
hindurch längs des Rohres 3 in den Speicherbehälter. Bei der Berührung mit der Reaktionslösung
werden die Kohlensäurebestandteile der Luft chemisch gebunden.
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Wenn nun der Speicherbehälter 1 gefüllt wird, so wird die Reaktionslösung
aus dem Reaktionsbehälter 4 über das Düsenrohr in den Ausgleichsbehälter ver-
drängt.
WeitereLuftmengen aus dem Speicherbehälter können jetzt über das Düsenrohr durch
die Reaktionslösung in den Ausgleichsbehälter durch das Entlüftungsrohr 15 abgeführt
werden.
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Durch die beiden Höhenstandsanzeiger 6 und 14 kann ein Farbumschlag
des Indikators rechtzeitig erkannt werden. Zeigt der zugegebene Indikator die Erschöpfung
der Reaktionslösung an, so kann diese über das Entleerungsventil 8 abgelassen und
anschließend durch die Einfüllvorrichtung 12 durch eine neue ersetzt werden.
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In Fig. 2 ist eine Vorrichtung veranschaulicht, bei der ein zusätzlicher
Ausgleichsbehälter im Gegensatz zu der Vorrichtung nach Fig. 1 nicht notwendig ist.
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In Übereinstimmung mit Fig. 1 sind in dieser Figur und den folgenden
Figuren für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Gegensatz zur
in Fig. 1 veranschaulichten Vorrichtung erfolgt die Entlüftung des Speicherbehälters
1 durch ein am Rohr angebrachtes Rückschlagventil 16, das jedoch nur einen minimalen
Gegendruck haben darf. Die Einfüllung der Reaktionslösung erfolgt über die Einfüllöffnung
17 am Reaktionsbehälter 4. Dabei kann die verdrängte Luft über das Rückschlagventil
16 und das Entlüftungsrohr 18 entweichen.
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Beim Entleeren des Speicherbehälters wird die Kohlensäure der Luft
wiederum mit Hilfe des Durchsaugens der Luft über das Düsenrohr 9 durch die Reaktionslösung
entfernt. Bei dieser Vorrichtung kommt es darauf an, daß das Rückschlagventil einwandfrei
arbeitet und vor allem beim Entleeren des Speicherbehälters absolut dicht schließt.
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In Fig. 3 ist eine Vorrichtung veranschaulicht, die sich insbesondere
für die Fälle eignet, in denen Ablaugen verwendet werden sollen. In Übereinstimmung
mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung ist wiederum ein Rückschlagventil 16 vorgesehen.
An Stelle der in Fig. 2 vorgesehenen Einfüllöffnung 17 am Reaktionsbehälter 4 ist
hier ein Zuflußrohr 19 vorgesehen, durch welches Ablauge aus dem Verdampfer oder
dem Kessel zugeleitet wird. Diese Flüssigkeit kann kontinuierlich seitlich in den
Reaktionsbehälter eintreten und aus diesem über einen Schwanenhals20 wieder abfließen.
Das Düsenrohr 9 steht in ähnlicher Weise wie bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung
über ein Belüftungsrohr 21 mit der Außenluft in Verbindung. Bei der in Fig. 3 veranschaulichten
Vorrichtung ist lediglich zu berücksichtigen, daß das Ablaufrohr lang genug ist,
damit die Saugwirkung beim Entleeren des Speicherbehälters nicht größer ist als
die erforderliche Saugwirkung über das Düsenrohr.
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In Fig. 4 ist eine Vorrichtung veranschaulicht, bei der ein Rückschlagventil
vermieden ist. Diese Vorrichtung kann ähnlich wie die in Fig. 3 veranschaulichte
Vorrichtung mit kontinuierlich fließender Ablauge arbeiten. Der Eintritt der Verdampfer-
oder Kessellauge erfolgt von unten her durch das Rohr 22 in den Reaktionsbehälter
4. Über ein seitlich angebrachtes U-förmig und schwanenhalsförmig gestaltetes Rohr
23 wird die Lauge wieder abgelassen. Das Ablaufrohr-23 wird zweckmäßig mit einer
größeren inneren Weite gewählt als das Zuflußrohr. Beim Entleeren des Speicherbehälters
strömt die Luft wiederum über das Düsenrohr 9, durch die Reaktionslösung hindurch.
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Es ist wiederum darauf zu achten, daß die Saugwirkung beim Entleeren
des Speicherbehälters nicht größer ist als die erforderliche Saugwirkung über das
Düsenrohr.
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Die U-förmige Gestaltung des Ablaufrohres 23 ist erforderlich, damit
keine Nebenluft über dieses Rohr
in den Reaktionsbehälter gelangen
kann. Bei unmittelbarem Ablauf wäre dieses infolge der größeren Nennweite möglich.
Durch die gewählte Form wird jedoch die sich im oberen Bogen ansammelnde Luft stets
wieder durch die Reaktionslösung mitgerissen.
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Beim Füllen des Speicherbehälters kann die verdrängte Luft zusammen
mit der Ablauge über das U-förmige gebogene Ablaufrohr 23 abgeführt werden; wegen
der gleichzeitigen Abführung von Luft und Lauge ist eine größere Bemessung dessen
Rohrweite günstig.
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PATENTANSPROCHE: t. Vorrichtung zur Verhinderung des Zutritts von
in der Luft enthaltener Kohlensäure mittels Absorptionsstoffen zu S ammelbehältern
von Speisewasser, Kondensat oder ähnlichen Flüssigkeiten für Wärmekraftanlagen mit
einem über dem sich ändernden Flüssigkeitsspiegel befindlichen Luftraum und mit
einem oder mehreren zur Be- und
Entlüftung dienenden Rohre, die mit der Außenluft
in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein besonderer Reaktionsbehälter
in der Luftleitung angeordnet ist, der das Absorptionsmittel enthält.