-
Regelungsvorrichtung einer Verdampferanlage.
-
Es ist bekannt, Verdampfer mit dem Abdampf von Dampfkrnftmaschinen
und mit verdichteten Brüdendämpfen zu beheizen, wobei diese Dampfkraftmaschine den
Brüdendampfkompressor treiben kann. Auch ist es bekannt, Brüdendämpfe, die sich
im Verdampfer dadurch bilden, daß dieser mit dem Abdampf einer Hochdruckdampfmaschine
beheizt wird, in einer Niederdruckmaschine oder einem Niederdruckteil der Hochdruckmaschine
auszunutzen.
-
Die Erfindung betrifft in erster Linie eine
Regelung
eines solchen bekannten Alascahinenaggregates, das dem Betriebe eines oder mehrerer
Verdampfer dient. Sie besteht darin, den Heizdampfdruck des Verdampfers dadurch
gleichbleibend auf einem eingestellten Betrag zu halten, daß ein vom Heiz lainpfdruck
beeinflußter Druckregler die der Kraftmaschine zugeführte Dampfmenge beeinflußt
und dadurch die Um laufs zahl der Maschine und die von ihr gelieferte Heizdampfmenge
sowie die vom Kompressor gelieferte komprimierte Brüdendampfmenge regelt, während
die Brüdendampfspannung von einem Druckregler dadurch auf einer eingestellten Höhe
gehalten wird, daß von ihm die menge des Brüdendampfes, der nicht dem Kompressor
zugeführt, sondern anderweitig, z. B. zunl Niederdruckteil der Kraftmaschine abgeleitet
wird, eingestellt wird.
-
Abb. 1 der beiliegenden Zeichnung stellt schematisch eine Verdampferanlage
mit Maschine dar, an welcher die Regelung der Erfindung verdeutlicht ist. In die
Hochdruckdampfmaschine a tritt der Hochdruckdampf, in die Wärmepumpe b der Brüdendampf
ein.
-
Die Austrittsdämpfe vonDampfmaschine a und Brüdendampfkompressor b
speisen den Verdampferheizraum c. Damit in diesem stets die Spannung ungeändert
bleibt, beeinflußt ein Druckregler d, der unter dem Druck des Heizdampfes steht,
oder ein Temperaturregler, der von der Temperatur des Heizdampfes beeinflußt wird,
die Dampfzufuhr zur Hochdruckdampfmaschine u. Dadurch wird erreicht, daß, wenn heispielsweise
der Dampfdruck im Heizraum sinkt, die Dampfzufuhr zur Hochdruckdampfmaschine gesteigert
wird.
-
Dadurch erhöht sich einerseits ihre Rledampfmenge und, weil sich die
Umlaufszahl der Maschine steigert, infolge der höheren lTmlaufszahl des Brüdendampfkompressors
b auch seine Kompressionsdampfmenge. Dadurch steigt der Dampfdruck im Heizraum c,
so daß also eine Regelung auf nahezu gleichbleibender Höhe erreicht wird.
-
Wenn der Verdampfer gut gegen MTärmeabgabe nach außen geschützt ist,
und wenn keine erheblichen Wärmeverluste infolge langer Rohrleitungen zwischen dem
Verdampfer einerseits und Hochdruckdampfmaschine und Brüdendampfkompressor anderseits
vorhanden sind, so wird eine nahezu ebenso große Gewichtsmenge Brüdendämpfe erzeugt
werden, wie dem Heizraum Heizdämpfe zugeführt werden. Da nun der Brüdendampfkompressor
ebenso viel Heizdampf liefert, wie ihm Brüdendämpfe zugeführt werden, so ist etwa
eine ebenso große Brüdendampfmenge überschüssig, wie dem Heizraum des Alerdampfers
Abdämpfe der Dampfmaschine zugeführt werden. Die Strahlungsverluste mindern diese
Menge etwas. Damit der Betrieb der ganzen Anlage in der gewollten Weise, d. h. mit
einem bestimmten Temperaturgefälle im Verdampfer weitergeht, ist es daher nötig,
wenn die Voraussetzung der guten Wärmeisolierung der ganzen Ver dampferanlage zutrifft,
eine Vorkellrung zu treffen, durch die die Spannung der Brüdendämpfe gleichbleibend
erhalten wird, indem ein Teil der Brüdendämpfe nicht dem Brüdendampfkompressor zugeführt
wird, sondern anderweitig abströmen kann. Diese Regelung auf gleichbleibende Spannung
kann durch einen Druckregler in Form eines an stich bekannten, einfachen Überdruckventils
c geschehen, das Brüdendämpfe aus dem Verdampfungsraum h 11 für irgendwelche Zwecke
ins Freie, oder in den Kondensator durch das punktiert gezeichnete Rohr o oder zu
weiterer Ausnutzung rlurdl das Rohr p entweichen läßt.
-
Besitzen die Brüdendämpfe, wie es meist der Fall zu sein pflegt,
eine ausreichend hohe Spannung, die noch in einer Niederdruckdampfmaschine im besonderen
einer Niederdruckturbine ausgenutzt werden können, so werden sie zweckmäßig in bekannter
Weise durch das Rohr p einer solchen zugeführt.
-
Diese kann einen Teil der Leistung für den Brüdendampfkompressor liefern,
während der Dampf dann völlig entspannt dem Kondensator zugeführt werden kann. Das
Regelorgan c, welches die Menge der Brüdendämpfe einstellt, die der Niederdruckmaschine
f zufließen, besteht in einem Druckregler, der die Beaufschlagung der Niederdruckmaschine
auf eine der bekannten Weisen beeinflußt, also entweder durch den Grad der Drosselung
oder durch Öffnen und Schließen von Düsen der Niederdruckdampfturbine oder Änderuilg
der Füllung einer S ; iederdruclçkolbenmaschine. aus der der Dampf in den Kondensator
g entweicht.
-
Wie ersichtlich ist, wird bei der beschriebenen Regelung der Verdampferanlage
gleichbleibende Spannung im Heizraum durch Beeinflussung der der Hochdruckdampfmaschine
zugeführten Dampfmenge, und gleichbleibende Spannung der Brüdendämpfe durch Reeinflussung
der aus dem Brüdendampfraum abgeführten und gegebenenfalls der Niederdruckdampfmaschine
zugeführten Dampf menge erreicht. Dadurch bleibt der Spannungsunterschied zwischen
Heiz- und Brüdendämpfen ungeändert, und damit bei ungeändertem Konzentrationsgrad
der zu verdampfenden Lösung auch das Wännegefälle des Verdampfers.
-
In solchen Fällen, in denen der Heizraum wegen der für den Verdampfer
erforderlichen hohen Temperatur unmittelbar mit Hochdruckdampf
beschickt
werden muß, fällt die Hochdruckdampfmaschine fort, so daß der Brüdendampfkompressor
allein durch die Leistung der Niederdruckdampfmaschine betriegen wird. Die Regelung
des Spannungs-bzw. Temperaturunterschiedes zwischen Heizdampf und Brüdendampfraum
bleibt aber die oben beschriebene, d. h. die Spannung des Heizdampfraumes wirkt
auf die Frischdampfzufuhr zum Heizraume, während die Spannung des Brüdenampfraumes
die Dampfzufuhr zur Niedendruckdampfmaschine beeinflußt.
-
Eine Änderung der Verdampferleistung kann bei der mit der beschriebenen
Regelung versehenen Anlage dadurch erzielt werden, daß entweder die Heizfläche oder
das Temperaturgefälle geändert wird. Die Heizfläche ist leicht zu ändern, wenn eine
Anzahl Verdampfer an das beschriebene Maschinenaggregat angeschlossen ist. Es brauchen
dann nur ein oder mehrere Verdampfer ausgeschaltet zu werden. Ist nur ein Verdampfer
vorhanden, oder soll die Verdampferleistung geändert werden, ohne die Zahl der Verdampfer
zu ändern, so braucht an dem Druckregler d nur eine andere Spannung, und zwar für
verminderte Leistung eine niedrigere Spannung, auf die er einregelt, eingestellt
zu werden, oder an dem Druckregler e eine höhere. In beiden Fällen wird das Temperaturgefälle
zwischen Heizraum c und Verdampfraum 1z geringer. Durch umgekehrte Verstellung der
Dr, uckregler kann es erhöht werden. Ebenso kann mit zunehmender Konzentration der
zu verdampfenden Flüssigkeit durch Verstellen der Druckregler das Temperaturgefälle
erhöht und dadurch die Verdampferleistung gleichbleibend erhalten werden.
-
Sowohl bei Verringerung der Verdampferleistung durch Abschalten von
Verdampfern als auch bei der Verringerung des Temperaturgefälles läßt das Regelorgand
weniger Dampf hindurch, die Leistung von Antriebsmaschine und Brüdendampfkompressor
sinken unter Erniedrigung der Umlaufszahl. Ist der Brüdendampfkompressor ein Turbokompressor,
so treten bei sehr kleiner Last leicht unliebsame Nebenerscheinungen ein, die vermieden
werden können, wenn ein Teil des geförderten Dampfes durch eine Umlaufleitung i,
wie dies ;bei Turbokompressoren an sich bekannt ist, zum Saugstutzen des Turbokompressors
zurückgeführt wird. Dies Verfahren hat aber unter Umständen den Nachteil, daß der
Brüdendampfkompressor b dann überhitzten Dampf ansaugt, so daß der von ihr in den
Heizraum c gesandte Dampf noch höher überhitzt ist als bei voller Leistung des Verdampfers.
Es ist daher vorteilhafter, die Leitung i nicht zu öffnen, sondern durch die strichpunktiert
gezeichnete Leitung k der Niederdruckdampfmaschine unmittelbar aus dem Heizrautn
c bzw. aus einer der beiden in ihn hineinführenden Leitungen m oder n Abdampf der
Hochdruckdampfmaschine bzw. Kompressionsdampf der Wärmepumpe b zuzuführen.
-
Hierdurch wird auch erzielt, daß sich das Volumen. welches die Wärmepumpe
zu fördern hat, vergrößert, so daß die unliebsamen Nebenerscheinungen aufhören.
-
Bei einer Anlage, wie sie in Abb. I dargestellt ist, treten der Abdampf
der Hochdntclidampfmaschine und der Kompressionsdampf des Brüdenkompressors im allgemeinen
überhitzt in den Heizraum c des Verdampfers ein. Diese Uberhitzung des Dampfes ist
in vielen Fällen unerwünscht, weil die Wärmeübertragung auf das Gefäß, das die zu
verdampfende Flüssigkeit enthält, dabei ungünstiger ist als bei Sattdampf, und weil
örtliche Überhitzungen der einzudampfenden Flüssigkeit auftreten können, die ungünstige
Veränderungen hervorrufen.
-
Abb. 2 zeigt, wie die für den Heizraum unerwünschte Überhitzung des
Heizdampfes beseitigt und gleichzeitig für das gesamte Verfahren in wirtschaftlichster
Weise nutzbar gemacht werden kann. Das Älittel, durch das dies erreicht wird, besteht
darin, daß der Abdampf der Hochdruckdampfmaschine und der Kompressionsdampf des
Kompressors oder auch nur des einen von beiden durch ein Rohrsystem q geführt wird,
an dem der gesättigte Brüdendampf, der der Niederdruckdampfmaschine zuströmt, getrocknet
und gegebenenfalls überhitzt wird. Dies ist für den Betrieb der Niederdruckdampfmaschine,
gleichgültig, ob dies eine Kolbendampfmaschine oder eine Turbine ist, vorteilhaft,
In der Rohrschlange q verlieren der Abdampf der Hochdruckdampfmaschine und der Kompressionsdampf
des Kompressors die Überhitzungswärme und treten ganz oder nahezu gesättigt in den
Heizraum c des Verdampfers ein. Diese Übertragung der Überhitzungswärme des Hochdruckdampfmaschinenabdampfes
und des Kompressionsdampfes der Wärmepumpe auf den Brüdendampf. ist immer dann vorteilhaft
wenn dieser in einer Niederdruckdampfmaschine verwandt werden soll.
-
Um den überhitzten Abdampf der Hochdruckdampfmaschine und des Kompressors
bei bzw. ror seinem. Eintritt in den Verdampferheizraum in Sattdampf zu verwandeln,
ist es gebräuchlich, ihn mit Wasser in innige Berührung zu bringen. Besonders einfach,
wirtschaftlich und vorteilhaft ist es, für dieses Wasser das Kondensat zu verwenden,
das sich im Heizraum des Verdampfers bildet. Dieses besitzt bereits die Temperatur
des gesättigten
Heiz. lampfes und wird daher durch die Überhitzungswärme
des mit ihm gemischten Dampfes teilweise verdampft, wodurch sich die Menge des Heizdampfes
in vorteilhafter Weise erhöht.
-
Eine Einrichtung hierfür zeigen Abb. 3 und 4. Das Kondensat des Heizraumes
sammelt sich in einem Sumpf r desselhen, aus dem das Kondensat nur in dem Maße abläuft,
als es höher steigt als der Überlauf s, von dem aus es durch einen Kondenstopf,
eine Pumpe oder sonstiges bekanntes Mittel abgeführt wird. In dem Sumpf r liegt
das am Stirnende geschlossene, mit vielen kleinen Öffnungen versehene Rohr t, aus
denen der überhitzte Dampf, der von der Hochdruckdampfmaschine und vom Brüdendampfkompressor
kommt, fein s-erteilt, durch das Kondensat hindurch austritt. Dabei verliert er
seine Überhitzungswärme und verdampft einen Teil des Kondensats. Damit beim Abstellen
der Anlage das Kondensat nicht zurück in die Hochdruckdampfmaschine gesaugt wird,
wird zweckmäßig in die Leitung ein Behälter u eingeschaltet, der das Kondensat aufzunehmen
vermag, und der weit genug ist, um etwa nach-<Iringende Gase mit genügend geringer
Geschwindigkeit durch das Kondensat hindurchtreten zu lassen.
-
Herrscht im Heizraum c eine Spannung, die erheblich niedriger ist
als die atmosphärische so ergibt der Durchtritt des Dampfes durch <las Kondensat
einen nachteiligen Druckverlust. Dieser wird vermieden durch eine Ausführung, wie
sie Abb. 5 zeigt. Bei dieser xviral clas Kondensat aus dem Sumpf r durch eine kleine
Pumpe fein zerstäubt in der Leitung, durch die der überhitzte Dampf dein Heizraum
c oberhalb des Kondensatspiegels im Sumpf y zuström. Das etwa zuviel in den Dampf
zerstäubte Kondensat sammelt sich am tiefsten Punkte des Abscheiders w, von wo es
zu dem Sumpf r zurückkehrt. An Stelle der Pumpe, die das Kondensat hebt, kann auch
Kapillarwirkung benutzt werden, durch die tlas Kondensat an Flächen gefiilirt wird,
an denen der Heißdampf vorbeistreicht und sich dabei sättigt.
-
Wird als Brüdenkompressor ein mehrstufiges Kreiselgehläse bzw. ein
mehrstufiger Turbokompressor verwandt, so ist es zweckmäßig, zwischen den einzelnen
Stufen dieses Kreiselverdichters die Überhitzung des ver-<lichteten Dampfes zu
beseitigen. Dies geschieht in besonders vorteilhafter Weise dadurch, daß dem Dampf
stufensveise das im Heizraum des Verdampfers gebildete Kondensat entgegengeführt
wird. Eine Vorrichtung dafür ist in Abb. 6 schematisch dargestellt.
-
Das Heizdampfkondensat tritt zunächst in die Kammer 4 ein, wo es fein
verteilt niederrieselt über Flächen, die von dem Kompressionsdampf, der aus der
letzten Stufe III des Kreiselverdichters kommt, bestrichen werden.
-
Dabei verliert dieser Dampf seine Überhitzungswärme, indem ein Teil
des Kondensats verdampft. Während der Kompressionsdampf von hier dem Heizraume zugeführt
wird, tritt das Kondensat, das sich im unteren Teil des Raumes 4 sammelt, durch
den senkrecht nach oben führenden Kanalx in die Kammer 3 über, in welcher eine niedrigere
Spannung als in der Kammer 4 herrscht, und wo das Kondensat unter dem Einfluß dieser
niedrigeren Spannung, und da die Kammer von dem Dampf durchströmt wird, der überhitzt
aus der Stufe II des Kreiselverdichters kam, teilweise verdampft wird, wobei der
Dampf seine Überhitzungswänn e verliert.
-
Dasselbe Spiel wiederholt sich in der Kammer2, indem das Kondensat
durch den Kanal y hochsteigt. Entsprechend den von Stufe zu Stufe abnehmenden Druckunterschieden
des Kreiselverdichters (wenn man von der Stufe höchsten Druckes aus rechnet) muß
der Kanal y eine geringere Höhe als der Kanales haben. Schließlich gelangt das Kondensat
durch den Kanal e in die Kammer I, in der es mit dem Brüdendampf, welcher dem Kreiselverdichter
zugeführt wird, in Berührung kommt, was sich, abgesehen von der Dampfhildung, unter
der geringeren Spannung besonders dann empfiehlt, wenn der Brüdendampf überhitzt
ist, was in solchen Fällen vorkommen kann, in der die Flüssigkeit im Verdampfungsraume
bei erheblich höherer Temperatur siedet als Wasserdampf. Nach dem Verlassen der
Kammer I kann das Kondensat noch in bekannter Weise zum Vorwärmen der zu verdampfenden
Flüssigkeit, die dem Verdampfer zugeführt wird, dienen.