DE377273C

DE377273C - Working method for steam power plants

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Publication number: DE377273C
Application number: DESCH58637D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1920-06-22
Filing date: 1920-06-22
Publication date: 1923-06-14

Description

Arbeitsverfahren für Dampfkraftbetriebe. Das vorliegende, für die Krafterzeugung mittels Dampf bestimmte Verfahren ermöglicht es, auch bei starken Schwankungen des Energiebedarfes die Krafterzeugungsanlagen nahezu mit gleichbleibender Belastung durchlaufen zu lassen.Working methods for steam power plants. The present, for the Force generation by means of steam certain procedures makes it possible, even with strong Fluctuations in the energy requirements of the power generation systems are almost constant Letting load go through.

Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß für die Dampferzeugung ein Verfahren gewählt wird, bei welchem die Betriebsstoffe in den für die Dampferzeugung erforderlichen Zustand durch Aufwand von Energie (innere Energie) gebracht werden.This is achieved according to the invention in that for the steam generation a process is chosen in which the operating materials are used for steam generation required state can be brought about by the expenditure of energy (internal energy).

Diese Betriebsstoffe müssen die Eigenschaft haben, speicherbar zu sein, um während der Zeiten schwächeren äußeren Arbeitsbedarfes durch dann überschüssige. Leistung der Dampfkraftanlage auf Vorrat erzeugt werden zu k,innen. Diese Energiemenge dient als zusätzliche Belastung zu der nach außen abzugebenden Energiemenge, so daß die Betriebsmaschine ständig möglichst gleichmäßig belastet ist.These operating materials must have the property of being storable be to during the times of weaker external work demand by then excess. Power of the steam power plant can be generated in reserve at k, inside. This amount of energy serves as an additional burden to the amount of energy to be released to the outside, see above that the operating machine is constantly loaded as evenly as possible.

"Zur Ausführung des Erfindungsgedankens wird eine Dampferzeugung verwandt, bei welcher die Feuerung in dem zur Dampferzeugung dienenden Raum selbst brennt. Die Flamme taucht entweder in an sich bekannter Weise in das Kesselwasser, oder dieses wird in die Flamme oder bei Verwendung der sogenannten flammenlosen Oberflächenverbrennung in die heißen Verbrennungsgase eingesprüht, oder die Verdampfung erfolgt durch die strahlende Wärme der Glühkörper."To implement the idea of the invention, steam generation is used, in which the furnace itself burns in the room used to generate steam. The flame is either immersed in the boiler water in a manner known per se, or this is in the flame or when using the so-called flameless surface combustion sprayed into the hot combustion gases, or the evaporation takes place through the radiant warmth of the incandescent bodies.

Die Verbrennungsluft muß als Preßluft mit einer den Druck im Verdampfungsraum überwindenden Spannung der Flamme zugeführt werden, und, wenn ein gasförmiger Brennstoff verwandt wird, muß auch dieser auf den entspiechenden Druck gebracht werden.The combustion air must be compressed air with a pressure in the evaporation chamber overcoming voltage supplied to the flame, and if a gaseous fuel is used, this must also be brought to the appropriate pressure.

Eine Speicherung von Energie in der Forrn von Druckluft ist an sich bekannt. Aber dabei wird nur das mechanische in der Spannkraft vorhandene Arbeitsvermögen wieder ausgenutzt. Die Sekundärleistung des Speichermittels ist dabei stets um die Verluste bei seiner Verdichtung geringer als die primär aufgewandte Arbeit. Daraus folgt, daß zur Schaffung eines bestimmten Energievori ates in Preßluft die Primäranlage stets längere Zeit zum Aufladen des Speichels benötigt als dieser dann sekundär seine Höchstleistung (Primärenergie minus Ver: luste) zu liefern vermag, d. h. also, daß die Dauer der Belastungsspitzen immer nur kürzer und kleiner sein darf als Dauer und Große der Unter belastung, so daß die äußere Überschußenergie dann gespeichert wird.Storage of energy in the form of compressed air is in itself known. But only the mechanical work capacity present in the clamping force is used exploited again. The secondary power of the storage means is always around Losses in its compaction lower than the primary work. From it it follows that the primary plant to create a certain Energievori ates in compressed air always needs longer time to recharge the saliva than this then secondary its maximum output (primary energy minus Ver: to deliver able, d. H. so that the duration of the load peaks only ever shorter and smaller may be as the duration and size of the underload, so that the external excess energy is then saved.

Die Linie der mittleren Belastung, welche die Größe der Primärmaschine bestimmt, muß also höher sein als es nötig ist, wenn Primär- und Sekundärleistung gleich sein könnten. Dies wird aber gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß nicht nur die mechanische Spannkraft des Speicherstoffes, sondern zugleich seine chemische Eigenschaft ausgenutzt wird, mit Brennstoff Wärmeenergie herzugeben, zwecks Lieferung von Zuschußenergie. Mit einer kleinen gespeicherten Primärenergiemenge wird eine so große Menge Wärmeenergie für die sekundäre Energieleistung bereit zu stellen ermöglicht, daß Spitzenleistungen durch die bei äußerer Unterbelastung dann überschüssige auf Vorrat gespeicherte Energie gedeckt werden können.The mean load line, which is the size of the primary machine determined, must therefore be higher than is necessary if primary and secondary power could be the same. But this is achieved according to the invention in that not only the mechanical elasticity of the storage material, but also its chemical one Property is used to provide heat energy with fuel for the purpose of delivery of supplementary energy. With a small amount of stored primary energy, a to provide such a large amount of thermal energy for the secondary energy output enables peak performance to be achieved by the excess in the event of external underload energy stored in reserve can be covered.

Es ist also durch die doppelte Ausnutzung des Speichermittels als Träger mechanischer Energie (Spannung der. Luft) und als Betriebsstoff der Dampferzeugung eine wesentlich größere Ausgleichsmöglichkeit geschaffen gegenüber der bisher bekannten einfachen Benutzung von Preßluft. Trotz dieser gesteigerten Wirkung ist die Gesamtanlage einfacher als bei dem bekannten Verfahren; sie besteht nur aus der Primärdampfmaschine, dem Dampferzeuger mit Innenfeuerung, dem Luft- (Gas-) Verdichter und Speicherbehälter, während das alte Verfahren noch einen Preßluftmotor verlangt.So it is due to the double utilization of the storage means as Carrier of mechanical energy (tension in the air) and as a fuel for steam generation created a much greater compensation option compared to the previously known simple use of compressed air. Despite this increased effect, the overall system is easier than with the known method; it consists only of the primary steam engine, the steam generator with internal firing, the air (gas) compressor and storage tank, while the old method still required a compressed air motor.

Hierzu kommt, daß bei diesem Verfahren ein weiteres Mittel für den Energieausgleich durch Verwendung von Gas als Brennstoff für die Dampferzeugung herangezogen werden kann.In addition, this method has another means for the Energy balance through the use of gas as fuel for steam generation can be used.

Sowohl bei der Speicherung von Preßluft, als auch Preßgas kann ferner eine zeitliche Verschiebung zwischen dem Energieaufwand und der Wiedergewinnung dieser Energie durch Verwendung einer besonderen Art von Verdichtern, der sogenannten hydraulischen Verdichter geschehen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist schematisch in der Zeichnung dargestellt. Beim hydraulischen Verdichter reißt Wasser beim Durchströmen des brauseartigen Saugkopfe s S, Luft und des Saugkopfes S_ Gas von dem Generator G mit. Die Gemische von Wasser mit Luft, bzw. Gas sinken in den, in einen Schacht eingebauten Fallrohren R, und R_ nach unten, wobei die Luft und das (las entsprechend der Zunahme der Wassersäule verdichtet werden. In den Abscheidekesseln .-l l und A , trennen sich die Luft und das Gas vom Wasser und werden durch Rohrleitungen den Speicherbehältern 1', und TJ., und dem Brenner h in dem Dampfentwickler zugeführt. Die Flamme F des Dampfentwicklers brennt unmittelbar im Kesselwasser W und erzeugt ein Gemisch von Dampf und Verbrennnungsgasen mit einer Spannung entsprechend dem Druck der Preßluft bzw. des Preßgases. Dieses Treibgemisch arbeitet in der Hauptdampfmaschine D.When storing compressed air as well as compressed gas, there can also be a time shift between the expenditure of energy and the recovery of this energy by using a special type of compressor, the so-called hydraulic compressor. An exemplary embodiment for this is shown schematically in the drawing. In the case of the hydraulic compressor, water entrains the generator G with water as it flows through the shower-like suction head S, air and the suction head S_ gas. The mixtures of water with air or gas sink into the downpipes R, and R_ built into a shaft, whereby the air and the (read are compressed according to the increase in the water column. In the separation boilers.-II and A , the air and the gas separate from the water and are fed through pipes to the storage tanks 1 ', and TJ., and the burner h in the steam generator. The flame F of the steam generator burns directly in the boiler water W and generates a mixture of steam and combustion gases a voltage corresponding to the pressure of the compressed air or the compressed gas. This propellant mixture works in the main steam engine D.

Aus den Abscheidekesseln A, und <-1. steigt das Wasser entweder durch eine Rohrleitung zu einem tun die Druckhöhe der Preßluft (bei z. B. 6 hat also 6o m) höher gelegenen Sammelbehälter oder fließt, wie in der Zeichnung dargestellt, nachdem sein Druck in einer Turbine I' Arbeit verrichtet hat, in den unterirdischen Behälter Q. In Q verbleibt das Wasser während der Zeit stärkerer äußerer Belastung der Hauptmaschine D, Pumpe !' ist abgekuppelt, 'Maschine _l.1 wirkt als Dynamo von Wasserturbine T angetrieben und liefert Strom in das Netz, welches durch eine von D angetriebene, über Tage stehende Hauptdynamo gespeist wird. Auf diese Weise wird D mittelbar unterstützt dusch die Arbeit aus dem von C' durch den hydraulischen Kompressor nach l2 fallenden Wasser. Während der Zeit schwacher Energieabgabe nach außen ist die Dampfmaschine D durch die Stromlieferung für 1Iaschine :11 als Motoi zum Antrieb der Pumpe I-' belastet. Das Wassei wird von Q nach L` hochgepumpt. Ein Teil fließt sogleich wieder von t' zu den hydraulischen Kompressoren zurück, die wählend dieser Zeit schwachen äußeren Energie bedarfes neben der für den Brenner verbrauchten Luft und Gasmenge noch solche in die Vorratsbehälter 1", und 1-.= liefern.From the separation boilers A, and <-1. the water either rises through a pipeline to a do the pressure head of the compressed air (at e.g. 6 has so 6o m) higher collecting tank or flows, as shown in the drawing, after its pressure in a turbine I 'has done work, into the underground tank Q. In Q the water remains during the period of greater external load on the main engine D, pump! ' is uncoupled, 'machine _l.1 acts as a dynamo driven by water turbine T and supplies electricity to the network, which is fed by a main dynamo driven by D and above ground. In this way, D is indirectly supported showering the work from the water falling from C ' through the hydraulic compressor to l2. During the period of weak energy output to the outside, the steam engine D is loaded by the supply of electricity for machine: 11 as a moto to drive the pump I- '. The water egg is pumped up from Q to L`. A part immediately flows back from t 'to the hydraulic compressors, which during this period of weak external energy demand, in addition to the air and gas consumed for the burner, also supply such into the storage containers 1 "and 1 -. =.

Durch die Anwendung des hydraulischen Kompressors kann also eine doppelte Speicherung von Cberschußenergie aus der Zeit schwacher Belastung für die Zeit von Spitzenbelastung erfolgen, nämlich in Preßluft bzw. Preßgas und in der potentiellen Energie des gefallenen Wassers. Beide gespeicherte Energiemengen werden auch hier wieder im Treibmittel der Hauptdampfmaschine wirksam, die gespeicherte Luft unmittelbar zur Dampferzeugung, das Wasser mittelbar durch die von ihm erzeugte Preßluft zu demselben Zweck.By using the hydraulic compressor, a double Storage of excess energy from the period of low stress for the period of Peak loads occur, namely in compressed air or compressed gas and in the potential Energy of the fallen water. Both stored amounts of energy are also here effective again in the propellant of the main steam engine, the stored air immediately to generate steam, the water indirectly through the compressed air generated by it same purpose.

Sind große Energiebeträge in Prelluft und Preßgas zu speichern, wie es nötig ist, wenn für einen in wenig Stunden zu leistenden großen Kraftverbrauch in der übrigen langen Zeit schwacher Belastung gespeichert werden soll, so sind große Behälter für die verdichteten 'nampferzeugungsmittel nötig.Are large amounts of energy to be stored in blast air and compressed gas, such as it is necessary when for a large power consumption to be achieved in a few hours are to be stored in the remaining long time of low load, so are large containers for the compressed steam generating means are necessary.

Ein derartiger Belastungsfall liegt z. B. bei der Kraftwirtschaft von Salzwerken vor. An mechanischer Energie werden z. B. während der Hauptschicht 8 Stunden lang loco P.S. w "ihrend weiterer -1 Stunden -oo bis Zoo P.S. und in den Reststunden etwa ioo P.S. verbraucht. In der chemischen Fabrik dagegen liegt demgegenüber ein stetiger Bedarf an Dampf als Wärmeträger vor, der in wirtschaftlichster `'eise durch den Abdampf der Maschinen zu decken wäre, aber aus äAiangel an solchen während der schwachen Belastung der Maschinen durch Frischdampf bestritten werden muß.Such a load case is z. B. in the power industry from salt works. Mechanical energy z. B. during the main shift 8 hours loco P.S. w "for another 1 hour -oo to Zoo P.S. and into the Remaining hours about ioo P.S. consumed. In the chemical factory, on the other hand, is the opposite there is a constant need for steam as a heat transfer medium, which is most economical by the exhaust of the machines would have to be covered, but out of the ordinary disputed on such during the low load of the machines by live steam must become.

Durch ein Betiiebsverfahren gemäß der Erfindung läßt sich erreichen, daß die Betriebsmaschine ständig gleichmäßig durcharbeitet, also auch in wirtschaftlichster Weise ständig Abdampf liefert. Die Ausgleichsspeicherung von Luft und Gas würde jedoch in solchem Fall so große Behälter bedingen, daß deren Kosten jeden Nutzen ausschließen. Deshalb werden für solche Anwendungsfälle der Erfindung die Speicherräume für Gas und Verbrennungsluft als unterirdische Hohlräume hergestellt, wie es in der Anordnung nach der Zeichnung schon dargestellt ist. Besonders in dem festen Steinsalz sind Hohlräume 14 H., mit beliebig großem Fassungsvermögen leicht und, da das herausgewonnene Salz Verkaufswert hat, auch billig herzustellen. Dies, die Wände bildende Salzmineral ist an sich schon dicht. Zur Erhöhung des Dichthaltens bei höherem Druck können die Wände des Hohlraumes mit einem zähen Überzug oder Anstrich, z. B. von Asphalt versehen werden, der durch den Druck des Preßgases in alle feinen Risse des Salzgebirges eingedrückt wird.By means of an operating method according to the invention, it can be achieved that the operating machine constantly works evenly, that is to say that it constantly supplies exhaust steam in the most economical manner. The equalization storage of air and gas would, however, in such a case require such large containers that their costs exclude any benefit. Therefore, for such applications of the invention, the storage spaces for gas and combustion air are produced as underground cavities, as is already shown in the arrangement according to the drawing. Particularly in the solid rock salt, cavities 14 H., of any size, are easy to manufacture and, since the extracted salt has sales value, they can also be produced cheaply. This salt mineral that forms the walls is already dense in itself. To increase the tightness at higher pressure, the walls of the cavity can be coated with a tough coating or paint, e.g. B. be provided by asphalt, which is pressed into all the fine cracks of the salt mountains by the pressure of the compressed gas.

Für besonders hohen Gas- oder Luftdruck können die Wände des Hohlraumes mit undurchlässigen Stoffen z. B. Blechen J verkleidet werden, die luftdicht z. B. durch Schweißung miteinander verbunden sind und einen besonderen Behälter bilden. Dessen Wandungen können aber sehr dünn sein, weil sie überall am Gebirge anliegend nicht auf Festigkeit beansprucht werden, sondern, z. B. durch Hintergießen mit Zement sich auf das Gebirge stützend, nur dicht zu sein brauchen.For particularly high gas or air pressure, the walls of the cavity with impermeable materials e.g. B. panels J are covered, the airtight z. B. are connected by welding and form a special container. Its walls can, however, be very thin because they lie against the mountains everywhere are not claimed for strength, but, z. B. by back-pouring with cement leaning on the mountains, just need to be close.

Der für den Einbau der als besonders vorteilhaft für die Erfindung erkannten hydraulischen Verdichter erforderliche Schacht ist bei Bergwerken schon vorhanden, und ferner ist hier auch die Ausführungsweise, in gehobener Flüssigkeit weitere Energiemengen zu speichern, leicht möglich. Die sonst bestehende Schwierigkeit, Raum für die verbrauchten Betriebswasser zu schaffen, welches während der Zeit schwacher äußerer Belastung hochgepumpt werden soll, besteht hier nicht, denn für das verbrauchte Wasser können ebenso wie für die Luft oder das Gas unterirdische Hohlräume verwandt werden. Das hochgepumpte Wasser kann unschwer in oberirdischen Teichen gespeichert werden. Um ein lösen der Wände der unterirdischen Speicherräume durch das Betriebswasser zu verhindern, wird als Betriebsstoff für den hydraulischen Verdichter zweckmäßig statt Wasser eine die betreffenden Salze nicht lösende Lauge verwendet.The for the installation of as particularly advantageous for the invention recognized hydraulic compressor shaft is already required in mines present, and also here is the method of execution, in elevated liquid It is easy to store additional amounts of energy. The otherwise existing difficulty To create space for the used process water, which weaker during the time external load is to be pumped up, does not exist here, because for the consumed Water can be used in the same way as for air or gas in underground cavities will. The water pumped up can easily be stored in above-ground ponds will. To solve the walls of the underground storage rooms by the service water to prevent is useful as a fuel for the hydraulic compressor instead of water, an alkali which does not dissolve the salts concerned is used.

1'ei der Verdichtung von Gas mittels des hydraulischen Kompressors kann des weiteren die Eigenschaft des Wassers, Kohlensäure zu absorbieren, im Sinne der Erfindung ausgenutzt werden, um die. Vorratsspeicherung von Energiewerten für die Zeit der stärkeren äu2eren Belastung zu steigern, indem insbesondere kohlensäurereichen Generatorgasen oder Koksofengasen (während des Verdichtungsvorganges) die Kohlensäure durch das Betriebswasser entzogen wird. Das Gas wird dadurch heizkräftiger. Mit einer bestimmten, um die Ballastkohlensaure verkleinerten Vorratsmenge an Cas kann somit eine größere Dampfmenge erzeugt werden, d. h. es können mit dem gleichen Fassungsraum für das Preßgas stärkere Spitzen der Energieabgabe nach außen bei gleichmäßiger Gesamtenergieerzeugung gedeckt werden.1'in the compression of gas by means of the hydraulic compressor can furthermore the property of the water to absorb carbonic acid, in the sense of the invention can be exploited to the. Retention of energy values for Increase the time of the stronger external exposure by especially carbonated Generator gases or coke oven gases (during the compression process) the carbonic acid is withdrawn by the process water. This makes the gas more heated. With a certain amount of Cas can be reduced to the amount of carbonic acid thus a greater amount of steam can be generated, d. H. it can with the same capacity for the compressed gas stronger peaks of the energy output to the outside with more uniform Total energy generation can be covered.

Claims

PATENT APPROVALS: i. Working method for steam power plants with changing load, with which to achieve an even load the steam engine with the excess energy when the external power requirement is weaker Air and possibly gas are compressed in advance, characterized in that that the supply of air and possibly gas at times of greater power demand are consumed for steam generation. ?. Execution of the procedure according to Claim z, characterized in that air and optionally gas by hydraulic Compressors (S1, R1, A1 and S ,,; R_, A_,) are compressed, their process water is lifted at times of weak external load on the operating machine. 3. Execution method of the method according to claim Z, characterized in that the amount of during the time of low load to be stored (generator or coke oven) gas is reduced from the gas by the operating fluid of the hydraulic Compressor's carbonic acid is removed by absorption. rt. Facility for execution of the method according to claim z, characterized in that as a storage container underground cavities (H) are used for compressed air and, if necessary, PreEgas, the walls of which are covered with airtight cladding (J), if necessary.