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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausnutzung der Abwärme, insbesondere
zur Frischwassererzeugung auf Motorschiffen, das vorzugsweise die maximale Ausnutzung
der Kühlwasserwärme von Dieselmotoren mit unterschiedlichen Betriebstemperaturen
sowie anderer Abwärmequellen gestattet, wobei bei nicht ausreichendem Abwärmeangebot
eine zusätzliche Beheizug des Verdapferteils des Frischwassererzeugers mittels Heizdampf
möglich ist.
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Es ist bekannt, daß zur Erzeugung von Frischwasser aus Rohwasser,
z,B, Seewasser, die Kühlwasserwärme der Hauptdieselmotore von großen Schiffen ausgenutzt
wird, indem dem Frischwasserrückkühler des Hauptmotors der Verdampferteil des Frischwassererz
eugers vorgeschaltet ist, wobei im allgemeinen in einer Umgehungsleitung ein verhältmismäßig
großer Teil der Kühlwasserwärme dem Frischwasserrückkühler zugeführt wird und dadurch
verloren geht. Als Motorkühiwasser wird fast ausschließlich Frischwasser verwendet.
Bei einigen Fischereifahrzeugen, z*B. Fang- und Verarbeitungsschiffen, ist auf Grund
der hohen Besatzungsstärke und anderer Frischwasserverbraucher (z.B. Motorkühlsysteme
usw.) ddr Frischwasserbedarf so groß, daß die anfallende Kühiwasserwärme des Hauptdieselmotors
bzw. der Hauptdieselmotore bei Mehrmotorenanlagen häufig nicht mehr ausreicht, um
die erforderliche Frischwassermenge zu erzeugen. In diesem Fall wird die Beheizung
des zu verdampfenden Seewassers im Frischwassererzeuger entweder nur auf Heißdampf
aus der Kesselanlage des Motorschiffes umgestellt oder es wird durch Heizdampf mit
Temperaturen über 1000 C eine Nachheizung des Seewasser vorgenommen. In beiden Fällen
wird die vorhandene Abwärme auf den Schiffen nicht
oder nur teilweise
genutzt.
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Es hat sich als nachteilig erwiesen, daß bei der Erwärmung des Seewassers
durch Heizdampf über 100 0 die Bildung von unliebsamen Ablagerungen an den Rohrwandungen,
wie z.B. Kesselstein stark gefördert wird.
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Um diese Ablagerungen in erträglichen Grenzen zu halten, sieht ein
Verfahren die Beheizung des Verdampferteils des Frischwassererzeugers durch Kesselspeisewasser
vor, dem über einen dampf betriebenen Strahlapparat ständig Wärme zugeführt wird
(Mischvorwärmung). Bei diesem Verfahren kann die noch zur Verfügung stehende Kühlwasserwärme
des Hauptdieselmotors nicht genutzt werden. Die Beheizung des Frischwassererzeugers
mit Dampf erfordert eine größere Hilfs- bzw. Abgaskesselanlage, als sonst notwendig
und bei Entnahme des Dampf es aus dem Hilfskessel ergeben sich zusätzliche Heizölkosten.
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Die Ausnutzung der Kühlwasserwärme der HilSsdieselmotore, z.B. für
den Generatorenantrieb ist zusätzlich möglich, wenn ein zentrales Kühlsystem angewendet
werden kann. Dabei ist Voraussetzung, daß die Kühlwassereintritts- bzw. Austrittstemperaturen
von Hauptdieselmotor und Hilfsdieselmotoren gleich sind. Da aber im allgemeinen
die Kühlwassertemperaturen der Hauptdieselmotore um etwa 10 bis 20 0 C niedriger
liegen als bei den Hilfsdieselmotoren, ist eine Ausnutzung der Kühlwasserwärme beider
Motortgpen gemeinsam nicht möglich.
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Zweck der Erfindung ist es, die Kosten für die Brzeugung von Frischwasser
zu senken und dadurch die Wirtschaftlichkeit des Schiffsbetriebes zu erhöhen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, auf einfache Weise die Aühlwasserwärme
von Haupt- und Hilfsdieselmotoren mit unterschiedlichen Betriebstemperaturen sowie
die Wärme sonstiger Abwärmequellen mit Temperaturen, die über den Kühlwasseraustrittstemperaturen
des Hauptdieselmotors
liegen, auszunutzen und bei nicht ausreichendem
Abwärmeangebot eine zusätzliche Beheizung mit Dampf vorzusehen, bei der die Kesselsteinbildung
vermieden oder zumindest in erträglichen Grenzen gehalten werden kann. Als Motorkühlwasser
wird ebenfalls Frischwasser verwendet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgane dadurch gelöst, daß das Kühlwasser
der Hilfsdieselmotore und, wenn lohnend, anderer Flüssigkeiten mit höheren Temperaturen
als das Kühlwasser des Hauptdieselmotors, wie z.B. das Heizdampfkondensat des Schiffsheizungssystems
in Wärmeaustauschern durch das Kühlwasser des Hauptmotors rückgekühlt wird, wodurch
die von den Hilfsdieselmotoren abzuführende Kühlwasserwärme und die abzuführende
Wärme anderer Flüssigkeiten im Kühlkreislauf des Hauptdieselmotors gespeichert ist
und für die Frischwassererzeugung genutzt werden kann. Bei Mehrmotorenanlagen wird
ein zentrales Kühlwassersystem angewendet. Die Anordnung des Verdampf erteils des
Frischwassererzeugers im Kühlkreislauf des Hauptdieselmotors hängt davon ab, mit
welchen Heiztemperaturen der Frischwassererzeuger betrieben werden soll.
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Bei nicht ausreichendem Abwärmeangebot wird das Kühlwasser des Hauptdieselmotors,
wenn lohnend, durch Betriebsmedien anderer Anlagenteile, wie z.B. durch das hoch
temperierte Heizdampfkondensat in einen Wärmetauscher (Kondensatrückkühler) weiter
erwärmt. Steht insgesamt nicht genügend Abwärme zur Verfügung, dann wird das Kühlwasser
des Hauptdieselmotors zusätzlich in einem dampfbeheizten Vorwärmer weiter aufgeheizt,
wodurch die Temperaturen des Heizwassers für die Verdampfung des Seewassers unter
100 0 C liegen und die Gefahr der Kesselsteinbildung weitgehendst ausgeschlossen
wird.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die Dieselmotoren bei Nennlast wie
auch bei Teillast mit konstanten Pemperaturen betrieben werden können und der Frischwasserrückkühler
der Hilfsdieselmotore nicht in der teuren Seewasserausführung einzusetzen ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der im Ausführungsbeispiel
dargestellten Schaltschemata näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1: die Anordnung des Frischwassererzeugers und des
Frischwasserrückkühlers der Hilfsdieselmotore im Kühlkreislauf des Haupt dieselmotors
bei ausreichendem Kühlwasserwärmeangebot der Dieselmotore, Fig. 2t die Anordnung
des Frischwassererzeugers, des Frischwasserrückkühlers, der Hilfsdieselmotore, des
Kondensatkühlers und des dampfbeheizten Vorwärmers im Kühlkreislauf des Hauptdieselmotors
bei Zusatzbeheizung.
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Der zentralisierte Frischwasserkreislauf der Hilfsdieselmotore besteht
entsprechend Fig. 1 im wesentlichen aus den Hilfsdieselmotoren 1, der Saugleitung
2, der Frischwasserumwälzpumpe 3, der Druckleitung 4, dem Frischwaßserrückkühler
5, der Beipaßleitung 6 und dem Regelventil 7. Der Frischwasserkreislauf des Hauptdieselmotors
setzt eich hauptsächlich zusammen aus dem Hauptdieselmotor 8, der Saugleitung 9,
der Frischwasserumwälipumpe 10, d.r Druckleitung 11, dem Verdampferteil des Frischwassererzeugers
12, dem Frischwasserrückkühler 5 für die Hilfsdieselmotore 1, dem Frischwasserrückkühler
13, der Beipaßleitung 14 und dem Regelventil 15. Außerdem sind die Seewassereintrittsleitung
20, die Seewasseraustrittsleitung 21 und die Brüdenleitung 22 eingezeichnet. Zusätzliche
Armaturen sowie Umgehungsleitungen und Reserveaggregate, die zur Darstellung der
Funktion nicht erforderlich sind, werden der besseren uebersicht wegen nicht dargestellt.
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Die Wirkungsweise der Erfindung ist wie folgt: Das in den Hilfsdieselmotoren
1 erwärmte Kühlwasser wird über die Saugleitung 2 von der Frischwasserumwälzpumpe
3 angesaugt und über die Druckleitung 4 durch den Frischwasserrückkühler
5
gedrückt, wo es die Wärme an den Kühlkreislauf des Hauptdieselmotors 8 abgibt, Die
Regelung der Kühlwassertemperatur erfolgt über eine Beipaßleitung 6 und das Regelventil
7, das die Kühlwassertemperatur am Motoreintritt oder Motoraustritt regelt.
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Vom Hauptdieselmotor 8 gelangt das Kühlwasser über die saugleitung
9, die Frischwasserumwälzpumpe 10 und die Druckleitung 11 in den Verdampferteil
des Frischwassererzeugers 12, wo dem Kühlwasser die zur Verdampfung des Seewassers
erforderliche Wärme entzogen wird.
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Weiterhin durchströmt das Kühlwasser über die Druckleitung 11 den
Frischwasserrückkühler 5 der Hilfsdieselmotore 1 und den Prischwasserrückkühler
13 des Hauptdieselmotors 8. Es wird angenommen, daß bei Nennlast des Hauptmotors
7 die Kühlwasserwärmemenge noch ausreicht, um die maximale Frischwassermenge im
Frischwassererzeuger 12 zu produzieren. Bei Teillast des Hauptdieselmotors 8, mit
der dieser häufig gefahren wird, würde die Leistung des Frischwassererzeugers 12
sinken, wenn nicht dem Kühlkreislauf des Hauptdieselmotors 8 zusätzlich Wärme zugeführt
wird. Dieses geschieht durch den Frischwasserrückkühler 5 der Hilfsdieselmotore
1. Falls durch die Hilfsdieselmotore 1 im Kühlwasser des Hauptdieselmotors 8 zuviel
Wärme gewunden ist, wird diese im Frischwasserrückkühler 13 durch das Seewasser
abgeführt, Die Regelung der Kühlwassertemperatur des Hauptdieselmotors 8 erfolgt
über die Beipaßleitung 14 und das Regelventil 15.
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Zur weiteren Erläuterung soll das nachst@nhende Zahlenbeispiel dienen@
In Fig, 1 sind die wärmetechnischen Daten für einen bestimmten Teillastfall eingetragen,
Die in Klammern gesetzten Zahlen be@i@hen sich auf die N@nnleistung des Hauptdieselmet@rs
8 und der Hilfsdiesel@@tor@ 1. Für den Frischwass@@@@@@zeuger 12 @urde de@ @@n@leistungszustand
zugrund@ gelagt, Bei N@nnlast des Hauptdi@@el@@tors 8 beträgt die Kühlwasser@istrittstamperstur
55 ° C, die
Kühlwasseraustrittstemperatur 65 ° C. Es soll die Kühlwasseraustrittstemperatur
geregelt, d.h. auf 65 O konstant gehalten werden. Bei den Hilfsdieselmotoren soll
die Kühlwassereintrittstemperatur 75 ° C, die Kühlwasseraustrittstemperatur 85 °
C betragen. In diesem Falle soll die Kühlwassereintrittstemperatur geregelt werden.
Die Kühlwasserumwälzmenge beträgt beim Hauptdieselmotor 90 m3/h, bei den Hilfsdieselmotoren
40 m3/h.
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Der von der Frischwasserumwälzpumpe 10 geförderten Kühlwassermenge
von 90 m3/h mit einer Temperatur von 65 ° C werden im Verdampferteil des Frischwassererzeugers
12 etwa 0,75 . i06 Kcal/h entzogen, wodurch sich das Kühlwasser auf 56,7 O C abkühlt.
Aus der im Hauptdieselmotor 8 abzuführenden Wärmemenge von 0,6 . 106 Kcal/h bei
einer Austrittstemperatur von 65 0 C ergibt sich aber eine Kühlwassereintrittstemperatur
von 58,30 C, so daß zur Konstanthaltung der Kühlwasseraustrittstemperatur von 65
0 C das Kühlwasser um 1,7 ° C aufgeheizt werden muß, was durch die Kühlwasserwärme
der Hilfsdieselmotore 1 mit einer abzuführenden Wärmemenge von 0,35 106 Kcal/h geschieht.
Das Kühlwasser des Hauptdieselmotors 8 erwärmt sich durch das Kühlwasser der Hilfsdieselmotore
auf 60,5 ° C. Im Frischwasserrückkühler 13 wird dem Kühlwasser ein Teil der Wärme
durch das Seewasser entzogen, so daß sich entsprechend der zu regelnden Austrittstemperatur
von 65 O C am Motoreintritt eine Kühl wassereintrittstemperatur von 58,3 O C einstellt.
Durch die Anordnung des Frischwassererzeugers zwischen der Umwälzpumpe 10 und dem
Frischwasserrückkühler 5 wird eine konstante und für die Verdampfung des Seewassers
günstige Eintrittstemperatur erreicht. Selbstverständlich ist die Anordnung des
Frischwassererzeugers 12 zwischen den Frischwasaerrückkühlern 5 und 13 möglich.
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Bei Hafenbetrieb ist es zur Einsparung von Elektroenergte weokßig,
das Kühlwasser der Hilfadieaelmotore 1
im Frischwasserrückkühler
13 des Hauptmotors zu kühlen.
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Es ist also lediglich wie bei Reserveaggregaten eine Umschaltung von
dem einen auf den anderen Frischwasserrückkühler vorzunehmen.
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In Fig. 2 wurde das Schema der Fig. 1 erweitert. Es ist dann anwendbar,
wenn das Kühlwasserwärmeangebot des Hauptdieselmotors 8 und der Hilfsdieselmotore
1 zusammen nicht ausreichend ist. In diesem Fall kann, wenn lohnend, die Wärme anderer
Abwärmequellen ausgenutzt werden, wie z.B. die Wärme des zu kühlenden Heizdampfkondensats.
Außerdem ist eine Zusatz beheizung durch Heizdampf aus dem Kessel möglich.
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Der Kühlkreislauf der Hilfsdieselmotore 1 entspricht direkt dem der
Fig. 1. Da die zur Verdampfung des Seewassers erforderliche Heizenergie bedeutend
höher ist als die des Hauptdieselmotors 8 und der Hilfsdieselmotore 1 zusammen,
ist die Umwälzmenge nach dem Wärmebedarf des Frischwassererzeugers 12 unter Berücksichtigung
der zulässigen Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Austrittstemperatur festgelegt.
Dadurch ist die Kühlwasserumlaufmenge größer als für den Hauptdieselmotor 8 erforderlich.
Die Wirkungsweise ist folgende: Von der Frischwasserumwälzpumpe 10 wird das Kühlwasser
des Hauptdieselmotors 8 über die Leitung 11 zum Frischwasserrückkühler 5 gefördert,
wo es die abzuführende Wärmemenge der Hilfsdiesslmotore 1 aufnimmt. Anschließend
durchströmt ein Teil des Wassers im Nebenschluß über die Leitung 16 den Kondensatrückkühler
17, in dem das durch die Heizdampfkondensatsammelleitung 25 goführte Heizdampfkondensat
abgekühlt wird, und sich das Kühlwasser dadurch weiter erwärmt. Die endgültige Heiztemperatur
für die Verdampfung erhält es in einem geregelten dampfbeheizten Vorwärmer 18. Die
Heizdampfmenge, zugeführt über die Heizdampfleitung 23, ist auf die Kühlwassereintritts-
oder -austrittstemperatur des Hauptdieselmotors 8 abgestimmt, ohne das Kühlwasserwärme
noch an den Frischwasserrückkühler 13 abgegeben wird. Das Holzdampfkondonsat aus
dem Vorwärmer 18 wird über die Leitung 24 abgeführt.
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Die für den Hauptdieselmotor 8 erforderliche Kühlwassermenge fließt
über die Beipaßleitung 14 dem Motor zur Kühlung zu. Die überschüssige Kühlwassermenge
strömt über die Umgehungsleitung 19 zur Saugleitung 9, wo eine Vermischung des aus
dem Hauptdieselmotor 8 kommenden Kühlwassers mit dem überschüssigen Kühlwasser stattfindet.
Die Mischungstemperatur wird im allgemeinen für die Frischwassererzeugung zu niedrig
sein. Deshalb ist in diesem Fall der Frischwassererzeuger 12 vor dem Frischwasserrückkühler
13 angeordnet.