DE1157430B

DE1157430B - Method and device for extracting heat from the hot exhaust gases of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE1157430B
Application number: DEB55488A
Authority: DE
Inventors: Alan Norris
Original assignee: BP Shipping Ltd
Current assignee: BP Shipping Ltd
Priority date: 1958-11-10
Filing date: 1959-11-10
Publication date: 1963-11-14

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Entnehmen von Wärme aus den heißen Abgasen einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entnehmen von Wärme aus dez heißen Abgasen einer Brennkraftmaschinc, z. B. eines Schiffsdieselmotors, bei dem heißes, von einem Kessel kommendes Wasser in indirek:en Wärmtausch mit den heißen Abgasen gebracht und anschließend zum Kessel zurückgeführt wird. Die Erfi-idung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Unter ::Dieselmotor,; wird hierbei allgemein ein Motor verstanden, der eine Verdichtungszündung aufweist. Hierbei sind auch Gasturbinenmotoren und Freikolbenmotoren eingeschlossen. Mit der steigenden Verwendung von großen Dieselmotoren wurde es immer wichtiger, eine Optimalverwendung der in den Abgasen enthaltenen Wärme durchzuführen, die sonst an die Atmosphäre nutzlos abgegeben wird. Es ist offenbar, daß eine maximale Ausnutzung der Wärme nur dann erreicht werden kann, wenn die Temperatur der das System verlassenden Abgase auf das niedrigste Maß reduziert wird, bei der eine Korrosion des Auspuffsystems vermieden wird. Die von den Abgasen entnommene Wärme kann zur Erzeugung von Dampf verwendet werden, der seinerseits wieder als Hilfskraftantrieb oder zur Heizung benutzt werden kann. Eine wichtige Hilfskraft stellt die Elektrizität dar, und diese kann von einem durch eine Dampfmaschine angetriebenen Generator erzeugt werden. Der Wirkungsgrad einer Dampfmaschine kann durch Verwendung von Hochdruckdampf erhöht werden, und es ist deshalb erwünscht, die Wärme der Abgase zur Erzeugung von Hochdruckdampf auszunutzen (unter Hochdruck werden Überdrücke von vorzugsweise über ungefähr TfJ3 k(y.,cm= bis ungefähr 21,09 kg/cm= verstanden). Hierbei ist dem Fachmann auch geläufig, daß bei Anlagen der hier in Frage stehenden Art die Abgase nicht auf eine unterhalb des Taupunktes liegende Temperatur abgekühlt werden dürfen.Method and device for extracting heat from the hot exhaust gases an internal combustion engine The invention relates to a method for removing Heat from dez hot exhaust gases from an internal combustion engine, e.g. B. a marine diesel engine, with the hot water coming from a boiler in indirect heat exchange with the brought hot exhaust gases and then returned to the boiler. The discovery further relates to a device for carrying out such a method. Under :: diesel engine ,; In this context, an engine is generally understood to have compression ignition having. This also includes gas turbine engines and free piston engines. With the increasing use of large diesel engines, it became more and more important to make optimal use of the heat contained in the exhaust gases, which would otherwise uselessly released into the atmosphere. It is evident that maximum utilization The heat can only be achieved when the temperature is leaving the system Exhaust gases are reduced to the lowest level at which corrosion of the exhaust system is avoided. The heat extracted from the exhaust gases can be used to generate steam can be used, which in turn can be used as an auxiliary power drive or for heating can be used. An important auxiliary force is electricity, and this can be generated by a generator driven by a steam engine. The efficiency of a steam engine can be increased by using high pressure steam and it is therefore desirable to use the heat of the exhaust gases to generate high pressure steam (under high pressure, overpressures of preferably over approximately TfJ3 k (y., cm = up to about 21.09 kg / cm = understood). The person skilled in the art is also familiar with that in systems of the type in question here, the exhaust gases are not on a below the temperature below the dew point may be cooled.

Es ist bekannt, die in den Dieselabgasen enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf bei Atmosphärendruck zu benutzen. In einem bekannten System wird Wasser eines Kessels dazu verwendet, um die Abgase mit Hilfe eines Wärmetauschers zu kühlen. Wenn ein solches System bei Atmosphärendruck arbeitet, so ist das Wasser auf einer Temperatur von ungefähr 100° C und wird auch in Dampf von dieser Temperatur umgewandelt. Eine typische Abgastemperatur sind ungefähr 299' C. Damit wird Wärme den auf einer Temperatur von ungefähr 299°C befindlichen Gasen durch Wasser von einer Temperatur von ungefähr 100° C entzogen. Wenn nun dieses einfache System dazu verwendet wird, um Dampf von hohem Druck, beispielsweise von ungefähr 14,06 kg/cm°, zu erzeugen, so ergibt sich folgendes: Bei diesem Druck kocht das Wasser von ungefähr 1981 C, so daß bei Verwendung dieses Systems die Abgase von ungefähr 299° C durch Wasser von ungefähr 19ä° C abgekühlt werden. Es ist möglich, die Abgase auf etwa ungefähr 149' C abzukühlen, ehe Korrosion einsetzt. Es ist offensichtlich unmöglich, dies zu erreichen, wenn Wasser von einer Temperatur von ungefähr 198° C verwendet wird. Ein solches System kann daher keine ausreichende Kühlung bewirken, wenn Hochdruckdampf erzeugt werden soll. Ziel der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen.It is known to use the heat contained in the diesel exhaust gases to generate steam at atmospheric pressure. In one known system, water from a boiler is used to cool the exhaust gases with the aid of a heat exchanger. When such a system works at atmospheric pressure, the water is at a temperature of about 100 ° C and is also converted into steam at this temperature. A typical exhaust gas temperature is around 299 ° C. This removes heat from the gases at a temperature of around 299 ° C by means of water at a temperature of around 100 ° C. If this simple system is now used to generate steam of high pressure, for example of about 14.06 kg / cm °, the following results: At this pressure the water boils at about 1981 C, so that when this System the exhaust gases of about 299 ° C are cooled by water of about 19 ° C. It is possible to cool the exhaust gases to around 149 ° C before corrosion sets in. Obviously it is impossible to achieve this when using water at a temperature of around 198 ° C. Such a system cannot therefore provide sufficient cooling when high pressure steam is to be generated. The aim of the invention is to provide a remedy here.

Gemäß der Erfindung wird dem vom Kessel kommenden heißen Umlaufwasser vor der Durchführung des indirekten Wärmetausches mit den heißen Abgasen Wärme entzogen, wobei diese Wärme entweder dem Kreislauf an anderer Stelle wieder zugeführt wird oder zum Antrieb von Hilfseinrichtungen der Anlage verwendet wird. Das Speisewasser, das in den Kessel eintritt, vermischt sich mit dessen Inhalt und entzieht diesem Wärme, bis eine beiden Medien gemeinsame Temperatur erreicht worden ist. Je kälter das Speisewasser am Eintritt in den Kessel ist, um so niedriger sind das mittlere Temperaturniveau, der Kesseldruck und die erzeugte Dampfmenge. Eine wesentliche Erhöhung der Speisewasserendtemperatur beim Eintritt in den Kessel wird durch die erfindungsgemäße Einschaltung von Beheizungseinrichtungen für das Speisewasser in den Speisewasserkreislauf erreicht. In gleicher Weise kann man die Temperatur des Umlaufwassers beim Eintritt in den zur Durchführung des Wärmeaustausches zwischen dem Wasser und den Abgasen dienenden Wärmetauscher so regulieren, daß sie sich immer oberhalb der erforderlichen Mindesthöhe befindet, wobei man nur die Menge und die Umlaufgeschwindigkeit des Umlaufwassers erhöhen muß. Die neue Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann z. B. zwischen dem Kessel und dem Wärmetauscher, in dem der indirekte Wärmetausch stattfindet, Kühleinrichtungen und hierbei zweckmäßigerweise verschiedene in Reihe und/oder parallel angeordnete Kühleinrichtungen enthalten, die jeweils eine Kühlstufe für das Umlaufwasser darstellen. Vorteilhaft sind hierbei Steuerorgane vorgesehen, mit deren Hilfe die Menge des durch die Kühleinrichtungen oder durch eine der Kühleinrichtungen hindurchlaufenden Umlaufwassers geändert werden kann und die z. B. als Nebenschlußventile ausgebildet sein können, die alle im Umlaufwasserkreislauf und parallel zu den entsprechenden Kühleinrichtungen angeordnet sein können. Zweckmäßig besteht hierbei mindestens eine der Kühleinrichtungen aus einem Kesselspeisewasservorwärmer.According to the invention, the hot circulating water coming from the boiler heat is extracted from the hot exhaust gases before the indirect heat exchange is carried out, this heat is either fed back into the circuit at another point or is used to drive auxiliary equipment in the system. The feed water, that enters the cauldron, mixes with its contents and withdraws from it Heat until a temperature common to both media has been reached. The colder the feed water is at the inlet to the boiler, the lower the average Temperature level, the boiler pressure and the amount of steam generated. An essential one Increase in the feed water end temperature when entering the boiler is caused by the according to the invention Activation of heating devices for the Feed water reached in the feed water circuit. In the same way one can use the Temperature of the circulating water when entering the heat exchange between the water and the exhaust gases serving heat exchangers regulate so that they is always above the required minimum height, whereby only the amount and must increase the circulation speed of the circulating water. The new device to carry out the method according to the invention can, for. B. between the boiler and the heat exchanger in which the indirect heat exchange takes place, cooling devices and here it is expedient to have different ones arranged in series and / or in parallel Contain cooling devices, each representing a cooling stage for the circulating water. Control organs are advantageously provided here, with the help of which the amount of passing through the cooling devices or through one of the cooling devices Circulating water can be changed and the z. B. designed as bypass valves can be, all in the circulating water circuit and in parallel with the corresponding Cooling devices can be arranged. Appropriately there is at least one of the cooling devices from a boiler feed water preheater.

In einem mit überatmosphärischem Druck arbeitenden System kann das Umlaufwasser in einem oder mehreren Wasserverdampfern gekühlt werden, die zusätzlich oder anstatt der Kesselspeisewasservorwärmer verwendet werden. Ein Wasserverdampfer hat ein Gehäuse, das Wasser bei einem Druck unterhalb des Druckes im Kessel enthält, und eine mit dem Wasser im Gehäuse im Wärmetausch stehende Heizschlange. Jeder Verdampfer ist dabei so angeschlossen, daß das Umlaufwasser durch seine Heizschlange hindurchfließt. Wenn Verdampfer zusätzlich zu Kesselspeisewasservorrichtungen verwendet werden, können die Heizschlangen entweder in Reihen oder parallel oder reihenparallel mit den Speisewasservorwärmern verwendet werden. Wenn ein Wasserverdampfer in Reihe mit einem Speisewasservorwärmer angeordnet ist, kann er so angeschlossen sein, daß das Umlaufwasser durch die Heizschlange des Verdampfers entweder vor oder nach dem Durchgang durch den Speisewasservorwärmer hindurchfließt. Auf jeden Fall müssen die Verdampfer so verbunden sein, daß das durch ihre Heizschlangen hindurchfließende Wasser durch sie hindurchströmt, bevor es in indirekten Wärmetausch mit den heißen Abgasen kommt. In einem Verdampfer wird das Umlaufwasser gekühlt, und das Wasser im Gehäuse des Verdampfers wird erwärmt und in Dampf bei einem Druck übergeführt, der unterhalb des Druckes im Kessel ist. Dieser Dampf kann für Heizzwecke, beispielsweise zum Heizen von Betriebsstofföltanks, Mannschaftsquartieren, Destilliereinheiten zur Herstellung von Frischwasser aus Seewasser, oder sonstwie verwendet werden. Die Einrichtung wird vorteilhaft so gebaut, daß sie bei überatmosphärischen Drücken von beispielsweise ungefähr 7,03 bis ungefähr 21,09 kg/cm2 betrieben werden kann.In a system operating at superatmospheric pressure, the circulating water can be cooled in one or more water evaporators that are used in addition to or in place of the boiler feed water preheaters. A water evaporator has a housing that contains water at a pressure below the pressure in the boiler, and a heating coil that exchanges heat with the water in the housing. Each evaporator is connected in such a way that the circulating water flows through its heating coil. When evaporators are used in addition to boiler feed water devices, the heating coils can be used either in series or in parallel or in series with the feed water preheaters. When a water evaporator is placed in series with a feed water preheater, it can be connected so that the circulating water flows through the heating coil of the evaporator either before or after passing through the feed water preheater. In any case, the evaporators must be connected in such a way that the water flowing through their heating coils flows through them before it comes into indirect heat exchange with the hot exhaust gases. The circulating water is cooled in an evaporator and the water in the housing of the evaporator is heated and converted into steam at a pressure which is below the pressure in the boiler. This steam can be used for heating purposes, for example for heating fuel oil tanks, crew quarters, distillation units for the production of fresh water from seawater, or otherwise. The device is advantageously constructed so that it can be operated at superatmospheric pressures of, for example, about 7.03 to about 21.09 kg / cm 2.

Ein oder mehrere Nebenschlußventile, die automatisch vom Kesseldruck gesteuert werden können, können parallel mit einigen oder allen Mitteln verbunden sein, die zur Kühlung des Umlaufwassers dienen. Die Steuerung dieser Ventile ist derart, daß die Ventile offen, und zwar entweder gleichzeitig oder vorzugsweise nacheinander sind, wenn der Druck im Kessel über den gewünschten Arbeitsdruck ansteigt. Ein hoher Druck im Kessel verursacht daher einen geringeren Durchgang von Umlaufwasser durch mindestens eine Kühleinrichtung, und im besonderen kann dies verursachen, daß weniger Umlaufwasser durch einen oder mehrere Speisewasservorwärmer fließt. Eine Reduktion der Umlaufwassermenge, die in Wärmeaustausch mit dem Kesselspeisewasser kommt, setzt die Höhe des Wärmetausches zwischen dem Speisewasser und dem Umlaufwasser herab. Dies hat zwei Ergebnisse: 1. Die Temperatur des den Speisewasseivorwärmer verlassenden Speisewassers wird so herabgesetzt, daß die dem Kessel und dem Speisewasser zugeführte Wassermenge reduziert wird.One or more bypass valves that are automatically controlled by the boiler pressure can be controlled, can be connected in parallel by some or all means be used to cool the circulating water. The control of these valves is such that the valves open, either simultaneously or preferably are in succession when the pressure in the boiler rises above the desired working pressure. A high pressure in the boiler therefore causes less passage of circulating water by at least one cooling device, and in particular this can cause that less circulating water flows through one or more feed water preheaters. A reduction in the amount of circulating water that is in heat exchange with the boiler feed water comes, sets the level of heat exchange between the feed water and the circulating water down. This has two results: 1. The temperature of the feed water preheater leaving feed water is reduced so that the boiler and the feed water the amount of water supplied is reduced.

2. Die Temperatur des den Speisewasservorwärmer verlassenden Umlaufwassers wird erhöht. Damit wird die Temperatur des Umlaufwassers erhöht, das in indirekten Wärmetausch mit den Abgasen kommt. Damit wird weniger Wärme von den Abgasen entnommen und dem Umlaufwasser zugeführt. Dies bedeutet, daß der Gewinn an Wärmegehalt im Umlaufwasser während des Wärmetausches mit den Abgasen abnimmt, wenn die Anfangstemperatur des Umlaufwassers erhöht wird, auch wenn der gesamte Wärmeinhalt des Umlaufwassers leicht erhöht wird. (Das Umlaufwasser wird teilweise während des Wärmetausches verdampft; das Wort »Wasser« schließt daher sowohl die flüssige als auch die Dampfphase mit ein. Die Gesamtwirkung, wie sie durch Öffnen eines Nebenschlußventils parallel zu der Kühleinrichtung hervorgerufen wird, besteht also darin, daß die gesamte dem Kessel im Kesselspeisewasser und im Umlaufwasser zugeführte Wärme herabgesetzt wird. Damit können Nebenschlußventile zur Steuerung des Kesseldruckes verwendet werden.2. The temperature of the circulating water leaving the feed water preheater will be raised. This increases the temperature of the circulating water, which is in indirect Heat exchange occurs with the exhaust gases. This means that less heat is extracted from the exhaust gases and fed to the circulating water. This means that the gain in heat content in the Circulating water during the heat exchange with the exhaust gases decreases when the initial temperature of the circulating water is increased even if the total heat content of the circulating water is increased slightly. (The circulating water is partially evaporated during the heat exchange; the word "water" therefore includes both the liquid and the vapor phase a. The overall effect as paralleled by opening a bypass valve the cooling device is caused, is that the entire dem Boiler in the boiler feed water and in the circulating water heat supplied is reduced. This means that bypass valves can be used to control the boiler pressure.

Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erreicht werden, daß automatisch gesteuerte Nebenschlußventile so angebracht werden, daß das Kesselspeisewasser an den Speisewasservorwärmern vorbeigeführt werden kann. Bei beiden Anordnungen ist die Wirkung einiger oder aller Nebenschlußventile derart, daß das Umlaufwasser und das Kesselspeisewasser teilweise aus dem Wärmetauscher entfernt werden und so der Druck im Kessel wie beschrieben gesteuert wird. Vorteilhaft ist es, Nebenschlußventile nicht im Speisewasserkreis, sondern vielmehr im Umlaufwasserkreis vorzusehen, da weniger Wasser im Speisewasserkreis fließt und dieses Wasser eine niedrigere Temperatur als das Umlaufwasser hat. Nebenschlußventile können gegebenenfalls sowohl im Umlaufwasser als auch im Speisewasserstromkreis vorgesehen sein.The same effect can also be achieved automatically controlled bypass valves are attached so that the boiler feed water can be routed past the feed water preheaters. Both arrangements are the effect of some or all of the bypass valves such that the circulating water and the boiler feed water is partially removed from the heat exchanger and so the Pressure in the boiler is controlled as described. It is advantageous to use shunt valves not to be provided in the feed water circuit, but rather in the circulating water circuit, there Less water flows in the feed water circuit and this water has a lower temperature than the circulating water has. Shunt valves can optionally both in the circulating water as well as in the feed water circuit.

Gegebenenfalls kann auch überhitzter Dampf erhalten werden, indem der vom Kessel kommende Hochdruckdampf in einen indirekten Wärmetausch mit den Abgasen gebracht wird. Wenn auf diese Weise überhitzter Dampf erzeugt wird, so ist es zweckmäßig, den indirekten Wärmetausch zwischen dem vom Kessel kommenden Dampf und den Abgasen als ersten Wärmetausch vorzusehen, dem die Abgase nach ihrem Verlassen des Motors ausgesetzt werden: In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein System gemäß der Erfindung zum Entnehmen von Wärme aus heißen Abgasen in schematischer Darstellung, Fig.2 bis 4 Abwandlungen des Systems nach Fig. 1 in schematischer Darstellung.Optionally, superheated steam can also be obtained by the high-pressure steam coming from the boiler in an indirect heat exchange with the exhaust gases is brought. When superheated steam is produced in this way, it is useful to the indirect heat exchange between the steam coming from the boiler and the exhaust gases to be provided as the first heat exchange, which the exhaust gases after they leave the engine are exposed: In the drawing, an embodiment of the invention is shown. It shows Fig. 1 shows a system according to the invention for removing Heat from hot exhaust gases in a schematic representation, Fig. 2 to 4 modifications of the system according to FIG. 1 in a schematic representation.

Im folgenden wird zuerst das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben.In the following, the embodiment of FIG. 1 will first be described.

Das Umlaufwasser wird aus dem Wasserraum eines Kessels 11 entnommen, der auch durch äußere Mittel geheizt sein kann. Dieses Wasser wird durch eine Umlaufpumpe 12 einem Kesselspeisewasservorwärmer 14 zugeführt, wo seine Temperatur durch einen indirekten Wärmetausch mit dem Kesselspeisewasser herabgesetzt wird, das über die Leitung 29 zugeführt und über die Leitung 30 abgeführt wird. Das Speisewasser wird in den Kessel 11 durch eine Speisepumpe 22 über den Speisewasservorwärmer 14 hineingepumpt. Beim Verlassen des Speisewasservorwärmers 14 strömt das Umlaufwasser einem Wärmetauscher 17 zu, durch den die von einer Verbrennungskraftmaschine erzeugten Abgase auch unter indirektem Wärmetausch mit dem Umlaufwasser hindurchfließen. In mindestens einem Teil des Wärmetauschers 17 ist ein Gegenfluß der Abgase und des Umlaufwassers vorgesehen. Da ein Gegenfluß schwieriger als ein Gleichfluß zu erreichen ist, ist bei einer günstigen Anordnung der Gegenfluß nur beim anfänglichen Erwärmen des Umlaufwassers vorgesehen (was vorzugsweise dem letzten Abkühlen der Abgase entspricht). Ein ähnlicher oder gleicher Fluß, im folgenden Gleichfluß genannt, ist für die endgültige Erwärmung des Umlaufwassers vorgesehen (das vorzugsweise dem anfänglichen Kühlen der Abgase entspricht).The circulating water is taken from the water space of a boiler 11, which can also be heated by external means. This water is pumped through a circulation pump 12 fed to a boiler feed water preheater 14, where its temperature by a indirect heat exchange with the boiler feed water is reduced, which via the Line 29 is supplied and discharged via line 30. The feed water is pumped into the boiler 11 by a feed pump 22 via the feed water preheater 14. When leaving the feedwater preheater 14, the circulating water flows through a heat exchanger 17 to, through which the exhaust gases generated by an internal combustion engine also under indirect heat exchange with the circulating water. In at least one Part of the heat exchanger 17 is a counterflow of the exhaust gases and the circulating water. Since a counterflow is more difficult to achieve than a steady flow, is with one favorable arrangement of counterflow only when initially heating the circulating water provided (which preferably corresponds to the last cooling down of the exhaust gases). A similar one or equal flow, hereinafter referred to as constant flow, is for final heating of the circulating water (preferably the initial cooling of the exhaust gases is equivalent to).

In der Zeichnung ist derjenige Teil des Wärmetauschers 17, in dem ein Gegenfluß vorhanden ist, durch das Bezugszeichen 23 bezeichnet, und derjenige Teil, in dem Gleichfluß vorhanden ist, ist durch die Bezugszahl 24 gekennzeichnet.In the drawing is that part of the heat exchanger 17 in which there is a counterflow, denoted by the reference numeral 23, and that Part in which there is constant flow is indicated by the reference numeral 24.

Während des Durchgangs durch den Wärmetauscher 17 nimmt das Umlaufwasser Wärme von den Abgasen auf. Damit wird die Temperatur des Umlaufwassers angehoben, und ein Teil wird in Dampf umgewandelt. Die Mischung aus Wasser und Dampf wird dann zum Dampfraum des Kessels 11 zurückgeführt.During the passage through the heat exchanger 17, the circulating water increases Heat up the exhaust gases. This increases the temperature of the circulating water, and part is converted into steam. The mixture of water and steam then becomes returned to the steam chamber of the boiler 11.

Wenn es erwünscht ist, überhitzten Dampf zu erzeugen, so kann Dampf vom Kessel 11 durch den Wärmetauscher 20 hindurchgeführt werden. Die heißen, von der Verbrennungskraftmaschine erzeugten Abgase strömen dann durch den Wärmetauscher 20 hindurch, bevor sie durch den Wärmetauscher 17 hindurchfließen.If it is desired to generate superheated steam, steam from the boiler 11 can be passed through the heat exchanger 20. The hot exhaust gases generated by the internal combustion engine then flow through the heat exchanger 20 before they flow through the heat exchanger 17.

Die Umlaufgeschwindigkeit des Umlaufwassers wird durch ein Umlaufventil 15 gesteuert, das zwischen den Saug- und Druckseiten der Umlaufpumpe 12 angeordnet ist. Das Ventil 15 wird automatisch durch den Druck im Kessel 11 in der Weise gesteuert, daß eine Zunahme des Druckes oberhalb einer vorbestimmten Höhe das Ventil öffnet, wodurch die Menge des durch das System umlaufenden Umlaufwassers herabgesetzt wird. Der Druck im Kessel 11 steigt an, wenn die Dampferzeugung den Dampfbedarf übersteigt, so daß die Funktion des Ventils 15 darin besteht, die dem Wärmetauscher 17 zuströmende Wassermenge zu reduzieren, wenn die verbrauchte Dampfmenge sinkt.The circulation speed of the circulating water is controlled by a circulation valve 15 which is arranged between the suction and pressure sides of the circulation pump 12. The valve 15 is automatically controlled by the pressure in the boiler 11 in such a way that an increase in pressure above a predetermined level opens the valve, thereby reducing the amount of circulating water through the system. The pressure in the boiler 11 rises when the steam generation exceeds the steam requirement, so that the function of the valve 15 is to reduce the amount of water flowing into the heat exchanger 17 when the amount of steam consumed decreases.

Das System spielt sich selbst ein, da ein Herabsetzen im Dampfbedarf eine kleinere Menge des sich bildenden und dem Kessel durch die Speisewasserpumpe zurückgeführten Kondensates ergibt. Damit wird die dem Umlaufwasser im Speisewasservorwärmer 14 entzogene Wärme geringer. Die Temperatur des dem Wärmetauscher 17 zuströmenden Umlaufwassers ist höher als vorher, und die Wärmeübergangsgeschwindigkeit an den Oberflächen wird herabgesetzt. Die Gesamtwirkung ist also eine Reduzierung des Dampfausgangs. Eine ähnliche Steuerung kann mit Hilfe eines Nebenschlußventils 16 erreicht werden, das zwischen den Einlaß- und Auslaßleitungen des Speisewasservorwärmers 14 angebracht ist, oder mit Hilfe eines Nebenschlußventils 19, das zwischen dem Speisewassereinlaß und -auslaß des Speisewasservorwärmers 14 angeordnet ist. Diese Ventile werden automatisch entsprechend dem im Kessel herrschenden Dampfdruck so eingestellt, daß ein ansteigender Druck im Kessel steigende Mengen von Umlaufwasser (im Falle des Nebenschlußventils 16) und von Speisewasser (im Falle des Nebenschlußventils 19) hervorruft, die am Speisewasservorwärmer 14 vorbeiströmen. Damit ergibt sich ein geringer Wärmetausch zwischen dem Speisewasser und dem Umlaufwasser, so daß die Temperatur des den Speisewasservorwärmer 14 verlassenden Umlaufwassers erhöht wird und die Temperatur des den Speisewasservorwärmer 14 verlassenden Speisewassers abnimmt. Das heißere Umlaufwasser entzieht den Abgasen weniger Wärme, das kältere Speisewasser verursacht eine Reduktion im Dampfdruck des Kessels. Um den Abgasen eine maximale Wärmemenge entnehmen zu können, ist es erwünscht, einen Gegenfluß des Umlaufwassers und der Abgase im ganzen Wärmetauscher 1.7 vorzunehmen. Ein derartiger Gegenfluß ist durch die Anwesenheit von Dampf im Umlaufwasserstromkreis erschwert. Es kann deshalb erwünscht sein, die Bildung von Dampf im Wärmetauscher 17 zu vermeiden, und dies kann dadurch erreicht werden, daß der Druck des Umlaufwassers im Wärmetauscher 17 erhöht wird. Bei dieser Anordnung muß der Druck des Umlaufwassers herabgesetzt werden, wenn es den Wärmetauscher 17 verläßt, so daß mindestens ein Teil des Umlaufwassers in Dampf umgewandelt wird. Die Druckreduzierung wird zweckmäßig dadurch erreicht, daß das Umlaufwasser durch eine Druckreduziervorrichtung, beispielsweise eine Drossel, hindurchströmt, bevor es in den Kessel 11 eintritt. Da der Druck im Kessel notwendigerweise unterhalb dem des Umlaufwassers im Wärmetauscher 17 ist, so muß der Druck des Umlaufwassers erhöht werden, bevor es in den Wärmetauscher 17 eintritt. Dieser Druck wird zweckmäßig mit Hilfe der Umlaufpumpe 1.2 erreicht. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann ohne weiteres zur Erzeugung von Hochdruckdampf verwendet werden, mit dessen Hilfe dann elektrische Energie erzeugt wird. Die Erfindung kann jedoch auch zur Erzeugung von Wärme oder von Energie für andere Hilfsanlagen verwendet werden. Beispielsweise kann in einem (Öltanker die Wärme zum Erwärmen des Betriebsstoffes, zum Erwärmen von schweren ölen und zur Destillation von Seewasser verwendet werden. Wärme kann dem System für irgendeinen Zweck entnommen werden, sofern sie nur direkt oder indirekt von dem Umlaufwasser entnommen wird. Wenn dem Umlaufwasser Wärme entnommen wird, so sinkt die Temperatur beim Eintritt in den Wärmetauscher 17, so daß den Abgasen mehr Wärme entnommen wird. Eine direkte Entnahme von Wärme aus dem Umlaufwasser kann dadurch erzielt werden, daß das Umlaufwasser durch die Wärmeschlange des Verdampfers 13 hindurchgeleitet wird. Der Verdampfer kann in Reihe mit dem Speisewasservorwärmer entweder vor diesem, wie dargestellt, oder auch nach diesem angeordnet sein, oder der Wasserverdampfer kann parallel zu dem Speisewasservorwärmer angeordnet sein. Die Wärmeschlange wird nun so angeordnet, daß ein Wärmeaustausch mit dem im Gehäuse des Verdampfers vorhandenen Wasser stattfindet, das in Dampf von einem Druck übergeführt wird, der geringer als der im Kessel 11 ist. Dieser Dampf kann für verschiedene Maschinen und Heizzwecke, beispielsweise zum Erwärmen des Betriebsstoffes, verwendet werden. Gegebenenfalls kann die im Wasserverdampfer 13 dem Umlaufwasser entnommene Wärme mit Hilfe eines Nebenschlußventils 31 geregelt werden. Dieses Ventil wird in der gleichen Weise wie das Nebenschlußventi116 betrieben und dient auch dem gleichen Zweck.The system plays itself in, as there is a reduction in the steam requirement a smaller amount of the forming and the boiler through the feed water pump returned condensate results. This means that the circulating water in the feed water preheater 14 heat withdrawn less. The temperature of the flowing into the heat exchanger 17 Circulating water is higher than before, and the heat transfer rate to the Surface is reduced. So the overall effect is a reduction in steam output. A similar control can be achieved with the aid of a bypass valve 16, that is mounted between the inlet and outlet lines of the feedwater preheater 14 is, or by means of a bypass valve 19, which is between the feed water inlet and outlet of the feedwater preheater 14 is arranged. These valves are automatic adjusted according to the prevailing steam pressure in the boiler so that an increasing Pressure in the boiler increasing amounts of circulating water (in the case of the bypass valve 16) and feed water (in the case of the bypass valve 19), which on Feed water preheater 14 flow past. This results in a low heat exchange between the feed water and the circulating water, so that the temperature of the feed water preheater 14 leaving circulation water is increased and the temperature of the feedwater preheater 14 leaving feed water decreases. The hotter circulating water extracts the exhaust gases less heat, the colder feed water causes a reduction in steam pressure of the boiler. In order to be able to extract a maximum amount of heat from the exhaust gases, it is Desired, a counterflow of the circulating water and the exhaust gases in the whole heat exchanger 1.7. Such a counterflow is due to the presence of steam in the Circulating water circuit difficult. It may therefore be desirable to prevent the formation of To avoid steam in the heat exchanger 17, and this can be achieved in that the pressure of the circulating water in the heat exchanger 17 is increased. With this arrangement the pressure of the circulating water must be reduced when it passes the heat exchanger 17 leaves so that at least part of the circulating water is converted into steam. The pressure reduction is expediently achieved by the circulation water through a pressure reducing device, for example a throttle, flows through before it enters the boiler 11. Since the pressure in the boiler is necessarily below that of the circulating water in the heat exchanger 17, the pressure of the circulating water before it enters the heat exchanger 17. This pressure becomes appropriate achieved with the help of the circulation pump 1.2. The device according to the invention can without can also be used to generate high-pressure steam, with the help of which then electrical energy is generated. However, the invention can also be used to generate Heat or energy can be used for other auxiliary systems. For example can in an (oil tanker) the heat to heat the fuel, to heat of heavy oils and for the distillation of sea water. Heat can taken from the system for any purpose, provided they are only directly or indirectly is taken from the circulating water. When heat is extracted from the circulating water, so the temperature drops on entry into the heat exchanger 17, so that the exhaust gases more heat is extracted. A direct extraction of heat from the Circulating water can be obtained by passing the circulating water through the heating coil of the evaporator 13 is passed through. The evaporator can be in series with the feed water preheater be arranged either in front of this, as shown, or after this, or the water evaporator can be arranged parallel to the feedwater preheater. The heat coil is now arranged so that a heat exchange with the one in the housing The water present in the evaporator takes place, which is converted into steam at a pressure which is less than that in boiler 11. This steam can be used for various Machines and heating purposes, for example to heat the operating material, are used will. If necessary, the water taken from the circulating water in the water evaporator 13 Heat can be regulated with the aid of a bypass valve 31. This valve will operates in the same way as and serves the same purpose as the bypass valve Purpose.

Niederdruckdampf kann auch von dem im Kessel 11 vorhandenen heißen Wasser oder von dem heißen Wasser im Umlaufsystem dadurch erhalten werden, daß heißes Wasser über eine Druckreduziervorrichtung, wie beispielsweise einen Entspannungsverdampfer, entnommen wird. Der Niederdruckdampf und das Wasser können, wie gewünscht, verwendet werden, aber sie verlieren bei ihrer Verwendung an Wärme, bevor sie dem Kessel über die Speisepumpe 22 und dem Speisewasservorwärmer 14 wieder zugeführt werden. Beim Durchgang durch den Speisewasservorwärmer 14 wird die während der Verwendung verlorengegangene Wärme aus dem Umlaufwasser wieder ersetzt.Low pressure steam can also be hot from that present in the boiler 11 Water or from the hot water in the circulation system can be obtained in that hot Water through a pressure reducing device such as a flash evaporator, is removed. The low pressure steam and water can be used as desired but they lose heat when they are used, before they go into the boiler the feed pump 22 and the feedwater preheater 14 are fed back. At the Passage through the feed water preheater 14 becomes that lost during use Replaced heat from the circulating water.

Damit wurde die durch den verwendeten Dampf oder das verwendete Wasser verlorengegangene Wärme indirekt dem Umlaufwasser entnommen, das seinerseits eine ähnliche Wärmemenge den Abgasen entziehen kann.This was the result of the steam used or the water used lost heat is indirectly taken from the circulating water, which in turn is a can extract a similar amount of heat from the exhaust gases.

Die Wärme in den Abgasen eines großen Schiffsdiesehnotors ist üblicherweise ausreichend, um Energie für die ganzen Hilfsanlagen des Schiffes während eines großen Zeitraumes vorzusehen. Es kann jedoch die Wärme in den Abgasen zur Versorgung bei Spitzenbelastung nicht ausreichen. Ferner kann den Abgasen keine Energie entnommen werden, wenn die Hauptmaschinen gestoppt sind. Es ist deshalb notwendig, am Kessel ein Heizmittel anzubringen, das unabhängig von den Hauptmotoren ist, beispielsweise eine Ölfeuerung. Ein Nebenschlußventil 18 kann vorgesehen sein, um ein Vorbeiströmen des Umlaufwassers am Wärmetauscher 17 zu gestatten, wenn die Hauptmotoren nicht im Gebrauch sind.The heat in the exhaust gases of a large marine diesel engine is common sufficient to provide energy for all the auxiliary equipment of the ship during a large Period to be provided. However, it can contribute to the supply of heat in the exhaust gases Peak load is not enough. Furthermore, no energy can be extracted from the exhaust gases when the main engines are stopped. It is therefore necessary on the boiler to attach a heating means that is independent of the main engines, for example an oil furnace. A bypass valve 18 may be provided to permit flow by of the circulating water at the heat exchanger 17 when the main engines are not are in use.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Kreislauf gemäß der Erfindung, bei dem ein Teil des Speisewassers durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Umlaufwasser verdampft und als Niederdruckdampf verwendet wird. In dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung strömt Wasser vom Kessel 11 über einen ersten Speisewasservorwärmer 14B, die Wärmeschlange des Wasserverdampfers 13, einen zweiten Speisewasservorwärmer 14A und über den Wärmetauscher 17 zum Kessel 11 zurück. Das Umlaufwasser wird durch eine Umlaufpumpe 12 zum Umlauf gebracht. Ein Umlaufventil 15 ist parallel zur Umlaufpumpe 12 angeschlossen, um den Fluß des Umlaufwassers, wie in Fig. 1 beschrieben, zu steuern. Das Speisewasser strömt zuerst zu dem Speisewasservorwärmer 14A, wo eine vorläufige Erwärmung stattfindet. Beim Verlassen des Speisewasservorwärmers 14A teilt sich das Speisewasser in zwei Ströme. Ein Strom fließt dem Gehäuse des Wasserverdampfers 13 zu, wo er verdampft und in Niederdruckdampf umgewandelt wird. Der andere Strom wird dem Kessel 11 über den Speisewasservorwärmer 14B zugeführt. Ein Nebenschlußventi119, das ähnlich, wie im Zusammenhang mit Fig.l beschrieben, funktioniert, ist so angeschlossen, daß das Speisewasser direkt zum Speisewasservorwärmer 14B fließen kann. Bei einem öffnen des Nebenschlußventils 19 fließt daher weniger Speisewasser zum Speisewasservorwärmer 14A, und es wird weniger Wärme dem Umlaufwasser entzogen. (Gegebenenfalls kann das Nebenschlußventil 19 auch so angeschlossen sein, daß ein Teil des Speisewassers in den Kessel 11 eintritt, ohne daß es über einen der Speisewasservorwärmer 14A oder 14B fließt.) Niederdruckdampf kann auch dadurch erhalten werden, daß Hochdruckdampf vom Kessel 11 durch ein Druckminderventil21 durchgeleitet wird. Dieser Niederdruckdampf kann dann verwendet werden, um den vom Wasserverdampfer 13 erzeugten Niederdruckdampf zu ergänzen.Fig. 2 shows schematically a circuit according to the invention, in which part of the feed water is evaporated by indirect heat exchange with the circulating water and used as low-pressure steam. In this particular embodiment of the invention, water flows from the boiler 11 via a first feedwater preheater 14B, the heat coil of the water evaporator 13, a second feedwater preheater 14A and via the heat exchanger 17 back to the boiler 11. The circulating water is circulated by a circulating pump 12. A circulation valve 15 is connected in parallel with the circulation pump 12 to control the flow of the circulation water as described in FIG. The feed water first flows to the feed water preheater 14A, where preliminary heating takes place. When leaving the feed water preheater 14A, the feed water divides into two streams. A stream flows to the housing of the water evaporator 13, where it is evaporated and converted into low-pressure steam. The other stream is fed to the boiler 11 via the feed water preheater 14B. A bypass valve 119, which functions similarly to that described in connection with FIG. 1, is connected so that the feed water can flow directly to the feed water preheater 14B. When the bypass valve 19 is opened, therefore, less feed water flows to the feed water preheater 14A, and less heat is extracted from the circulating water. (If necessary, the bypass valve 19 can also be connected in such a way that part of the feed water enters the boiler 11 without flowing through one of the feed water preheaters 14A or 14B.) Low pressure steam can also be obtained by high pressure steam from the boiler 11 through a pressure reducing valve 21 is passed through. This low pressure steam can then be used to supplement the low pressure steam generated by the water evaporator 13.

Überhitzter Hochdruckdampf kann, wie im Hinblick auf Fig. 1 beschrieben wurde, durch Durchleiten von Hochdruckdampf vom Kessel 11 durch den Wärmetauscher 20 erhalten werden.Superheated high-pressure steam can, as described with regard to FIG. 1 by passing high pressure steam from boiler 11 through the heat exchanger 20 can be obtained.

Der Arbeitsablauf in diesem Kreislauf ist wie im Hinblick auf Fig. 1 beschrieben, wobei entsprechende Teile beider Kreisläufe die gleiche Bezugsnummer haben.The workflow in this cycle is as with regard to Fig. 1, with corresponding parts of both circuits having the same reference numbers to have.

In Fig. 3 ist in schematischer Darstellung eine Abänderung des in Fig. 2 gezeigten Kreislaufes dargestellt, in der das Umlaufwasser parallel durch einen einfachen Speisewasservorwärmer 14 und einen Wasserverdampfer 13 fließt und bei dem ein Teil von dem Speisewasser, nachdem es im Speisewasservorwärmer erwärmt wurde, zu Niederdruckdampf im Wasserverdampfer 13 umgewandelt wird. Ein Nebenschlußventil 19, das, wie in Fig. 1 beschrieben, gesteuert wird, ist so angeordnet, daß ein Teil des Speisewassers in den Kessel 11 und den Wasserverdampfer 13 eintreten kann, ohne daß es im Speisewasservorwärmer 14 erwärmt wurde.In Fig. 3, a modification of the circuit shown in Fig. 2 is shown in a schematic representation in which the circulating water flows in parallel through a simple feed water preheater 14 and a water evaporator 13 and in which part of the feed water, after it has been heated in the feed water preheater, is converted to low pressure steam in the water evaporator 13. A bypass valve 19, which is controlled as described in FIG. 1, is arranged so that part of the feed water can enter the boiler 11 and the water evaporator 13 without being heated in the feed water preheater 14.

In dieser oder irgendeiner anderen parallelen Anordnung kann der Fluß des Umlaufwassers durch den Wasserverdampfer 13 mit Hilfe eines Ventils 25 gesteuert werden, das entweder in der Leitung 26 (wie dargestellt) oder in der Leitung 27 angeordnet und durch den Druck in dem Gehäuse des Wasserverdampfers 13 gesteuert werden kann. Die automatische Steuerung des Ventils 25 ist so angeordnet, daß der Fluß des Umlaufwassers durch den Wasserverdampfer 13 vermindert wird, wenn der Druck in dessen Gehäuse über eine vorbestimmte Höhe ansteigt. Das Ventil 25 begrenzt den Fluß des Umlaufwassers zum Wasserverdampfer 13 und damit auch die Wärmezufuhr zu dem Wasserverdampfer 13 entsprechend dem Bedarf. Da der Wasserverdampfer 13 parallel zu dem Speisewasservorwärmer 14 geschaltet ist, verursacht eine Verminderung des Flusses durch das eine Ventil ein Ansteigen des Flusses durch das andere Ventil. Auf diese Weise sorgt das Ventil dafür, daß eine Abnahme im Wärmebedarf des Wasserverdampfers 13 ein Ansteigen des Umlaufwasserflusses zum Speisewasservorwärmer 14 und damit auch die Wärmezufuhr zum Speisewasservorwärmer 14 erfolgt, so daß eine Verbesserung des Wärmegleichgewichtes des Systems erreicht wird.In this or any other parallel arrangement, the flow of the circulating water is controlled by the water evaporator 13 with the aid of a valve 25 either in line 26 (as shown) or in line 27 arranged and controlled by the pressure in the housing of the water evaporator 13 can be. The automatic control of the valve 25 is arranged so that the Flow of the circulating water through the water evaporator 13 is decreased when the pressure in the housing of which rises above a predetermined level. The valve 25 limits the Flow of the circulating water to the water evaporator 13 and thus also the supply of heat the water evaporator 13 as required. Since the water evaporator 13 in parallel is switched to the feedwater preheater 14, causes a reduction in the Flow through one valve increases the flow through the other valve. In this way, the valve ensures that there is a decrease in the heat demand of the water evaporator 13 an increase in the flow of circulating water to the feedwater preheater 14 and thus also the Heat is supplied to the feedwater preheater 14 so that an improvement in the thermal equilibrium of the system is achieved.

Fig.4 zeigt in schematischer Darstellung einen Kreislauf ähnlich wie in Fig. 1, mit der Ausnahme, daß das Umlaufwasser im Speisewasservorwärmer 14, bevor es durch die Umlaufpumpe 12 hindurchtritt, gekühlt wird.4 shows a schematic representation of a circuit similar to in Fig. 1, with the exception that the circulating water in the feedwater preheater 14 before it passes through the circulation pump 12, is cooled.

Im Zusammenhang mit dieser Abänderung ist das Umlaufwasser, bevor es die Umlaufpumpe 12 erreicht, einer gewissen Kühlung unterworfen. Dies bietet Vorteile in der Pumpenanordnung und in der Arbeitsweise, und die Verminderung der Temperatur des Umlaufwassers an der Ausgangsseite der Umlaufpumpe 12 verhütet eine Dampfbildung in der Leitung 28 oder in der Umlaufpumpe 12, wenn der Druck durch Reibungsverluste vermindert wurde.In connection with this modification, the circulating water is before it reaches the circulation pump 12, subjected to a certain cooling. This offers Advantages in the pump arrangement and in the mode of operation, and the reduction in The temperature of the circulating water on the output side of the circulating pump 12 prevents a Vapor formation in the line 28 or in the circulation pump 12 when the pressure is through Friction losses were reduced.

Es ist wünschenswert, daß Vorkehrungen zur Instandhaltung der Einzelteile des Kreislaufes gemäß der Erfindung getroffen werden, ohne das ganze System stillegen zu müssen. Diese Vorkehrungen können darin bestehen, daß Nebenschlußventile parallel zu allen Einzelteilen des Kreislaufes und Absperrventile in die Einlaß- und Auslaßleitungen dieser Einzelteile eingebaut werden.It is desirable to take precautions for the maintenance of the individual parts of the circuit according to the invention can be made without shutting down the whole system to have to. These precautions may consist in having bypass valves in parallel to all individual parts of the circuit and shut-off valves in the inlet and outlet lines these items are installed.

Claims

CLAIMS: 1. Method of extracting heat from the hot Exhaust gases from an internal combustion engine, e.g. B. a marine diesel engine, in which hot, Water coming from a boiler in indirect heat exchange with the hot exhaust gases brought and then returned to the boiler, characterized in that that the hot circulating water coming from the boiler before the implementation of the indirect Heat exchange with the hot exhaust gases heat is withdrawn and this heat either is fed back into the circuit at another point or to drive auxiliary equipment the system is used.

2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that between the boiler and the heat exchanger in which the indirect heat exchange takes place, cooling devices and this expediently various cooling devices arranged in series and / or in parallel are provided which each represent a cooling stage for the circulating water.

3. Device according to claim 2, characterized in that to change the from the exhaust gases removed amount of heat control organs are provided, with the help of which the amount of passing through the cooling devices or through one of the cooling devices Circulating water can be changed.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that that the control elements consist of one or more bypass valves (16, 31), those in the circuit of the circulating water and parallel to the corresponding cooling devices are arranged and with the help of which the flow rate of the circulating water can be changed in the corresponding line shunts.

5. Device according to claim 4, characterized in that at least one of the bypass valves (16, 31) is automatically controlled by the boiler pressure, so that when it rises of the boiler pressure begins to open beyond a certain amount and at further increase in pressure opens further.

6. Device according to one of the Claims 2 to 5, characterized in that at least one of the cooling devices is a boiler feed water preheater.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that that at least one line shunt is provided and the existing line shunts each have a valve (19) and all in the feed water circuit and each are arranged parallel to a corresponding feedwater preheater. B.

contraption according to claim 7, characterized in that at least one of the valves (19) is automatic is controlled by the boiler pressure.

9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that at least one of the cooling devices is a water evaporator is in which an indirect heat exchange between the circulating water and that in it contained water takes place in such a way that this water is converted into steam and the circulating water is cooled.

10. Device according to one of claims 2 to 9, characterized in that at least one of the cooling devices is a distillation device is in which an indirect heat exchange between the circulating water and that in it contained sea water takes place in such a way that the sea water evaporates and distilled and the circulating water is cooled.

11. Device according to one of claims 2 to 10, characterized in that a circulating pump in the circulation of the circulating water for pumping the circulating water and a circulation valve arranged parallel to the pump (15) are provided, with the help of which the circulation speed of the circulating water is controlled.

12. The device according to claim 11, characterized in that the The circulation valve (15) is automatically controlled by the boiler pressure.

13. Device according to one of claims 2 to 12, characterized in that it is at a boiler pressure can operate from about 7.03 to 21.09 kg / cm2.

14. Device according to one of the claims 2 to 13, characterized in that the circulation pump, the circulating water during the indirect heat exchange with the hot exhaust gases under a pressure that is essential higher than the boiler pressure. Publications considered: Ulrich, "Schiffsdieselmaschinen", Fachbuchverlag Leipzig, 1958, pp. 192 to 197.