DE397674C

DE397674C - Procedure for loading heat accumulators

Info

Publication number: DE397674C
Application number: DESCH60354D
Authority: DE
Original assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Current assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Priority date: 1921-01-04
Filing date: 1921-01-04
Publication date: 1924-06-28

Description

Verfahren zum Laden von Wärmespeichern. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Laden von Wärmespeichern, insbesondere von Heißwasserwäxmespeichern mit hohem Druck, die einer zur Speisung einer Dampfkraftmaschine -dienenden Kesselanlage parallel geschaltet sind. Es handelt sich dabei um Anlagen, bei denen die Dampfkraftmaschine, die für gewöhnlich mit Kesseldampf betrieben wird, zu gewissen Zeiten mit Speicherdampf betrieben wird, und um solche Anlagen, bei denen die Kraftmaschine zu gewissen Zeiten gleichzeitig mit Kessel- und Speicherdampf betrieben wird, um Spitzenbelastungen zu überwinden. In beiden Fällen tritt in der Regel eine sehr weitgehende Entladung der Wärmespeicher ein, und es sind, da der Speicherinhalt meistens sehr groß ist, große Wärmemengen zur Aufladung erforderlich. Die Rufladung muß in der Regel erfolgen, wenn die Dampfkraftmaschine in Betrieb ist. Der Kessel muß dann so bemessen sein, daß er den Betriebsdampf für die Maschine und den Ladedampf für den Speicher gleichzeitig liefern kann. Man wird zwar möglichst versuchen, das Laden auch dann vorzunehmen, wenn .die Maschine gering belastet ist. Aber es gibt auch Fälle, wo die Zeit zum Laden nicht beliebig gewählt werden kann, z. B. bei U-Booten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Druckunterschied zwischen dem Kessel und dem aufzuladenden Speicher sehr groß ist, so daß der Kesseldampf während des größten Teiles der Ladezeit in nutzloser Weise gedrosselt werden muß.Procedure for charging heat storage. The invention relates to to a method for charging heat storage, in particular hot water washing storage with high pressure, that of a boiler system serving to feed a steam engine are connected in parallel. These are systems in which the steam engine, which is usually operated with boiler steam, at certain times with storage steam is operated, and such systems in which the engine at certain times operated simultaneously with boiler and storage steam to avoid peak loads to overcome. In both cases there is usually a very extensive discharge the heat storage tank, and since the storage capacity is usually very large, large amounts of heat required for charging. As a rule, the call must be charged when the steam engine is in operation. The boiler must then be dimensioned in such a way that that it has the operating steam for the machine and the charging steam for the memory at the same time can deliver. You will try as much as possible to carry out the loading if .the machine is lightly loaded. But there are also cases where the time to Loading cannot be chosen arbitrarily, e.g. B. in submarines. Another disadvantage is that the pressure difference between the boiler and the one to be charged Storage is very large, so that the boiler steam during most of the loading time must be throttled in a useless manner.

Der Erfindung gemäß werden diese Nachteile dadurch überwunden, daß die Aufladung erfolgt, wenn die Dampfkraftmaschine Dampf von der Kesselanlage erhält, und daß zum Aufladen Abdampf oder Zwischendampf der Dampfkraftmaschine benutzt wird. Bei diesem Verfahren ist der Zeitpunkt des Ladens unabhängig von der zeitweiligen Belastung der Dampfkraftmaschine. Der Druckunterschied zwischen der Kesselanlage und dem Speicher wird zur Arbeitsleistung in der Maschine ausgenutzt, und diese Arbeit wird annähernd mit dem dem mechanischen Wärmeäquivalent entsprechenden Wärmeaufwand, also sehr wirtschaftlich geleistet. Infolgedessen hat auch die Kesselanlage entsprechend weniger Dampf zu liefern und kann entweder entsprechend kleiner bemessen oder schwächer beheizt werden, was wiederum eine größere Wirtschaftlichkeit der ganzen Anlage mit sich bringt.According to the invention, these disadvantages are overcome in that charging takes place when the steam engine receives steam from the boiler system, and that exhaust steam or intermediate steam from the steam engine is used for charging. With this method, the time of loading is independent of the temporary one Load on the steam engine. The pressure difference between the boiler system and the memory is used for work in the machine, and this Work is carried out approximately with the heat input corresponding to the mechanical heat equivalent, so very economical done. As a result, the Boiler system to deliver accordingly less steam and can either accordingly dimensioned smaller or less heated, which in turn is more economical of the whole system.

Zweckmäßig ist es dabei, zum Laden zuerst den Abdampf einer dem jeweiligen Speicherdruck entsprechenden unteren Druckstufe und danach bei wachsendem Speicherdruck Abdampf höherer Stufen der Dampfkraftmaschine zu benutzen. Es sei angenommen, daß die zur Anlage gehörige Kraftmaschine eine dreistufige Hochdruck-Gegendruck-Kolbenmaschine mit 5o Atm. Anfangsdruck und 5 Atm. absolutem Gegendruck ist, bei welcher der Dampf in der ersten Stufe von 5o auf 25 Atm., in der zweiten von 25 auf 12 Atm. und in der dritten und letzten von 12 auf 5 Atm. expandiert. Ist der höchste Speicherdruck gleich dem Kesseldruck von 5o Atm., der Speicher aber auf 2 Alm. entladen, so führt man dem Speicher zunächst den Abdampf der letzten Stufe zu, ganz oder teilweise, je nach der zur Verfügung stehenden Dampfmenge und der in der Maschine erforderlichen Arbeit. Man setzt nun das Laden mit der untersten Stufe so lange fort, bis im Speicher ein Druck von etwa 8 Atm. erreicht ist. Bei Hochdruckdampfkraftanlagen, die mit einem Anfangsdruck von mehr als 25 Atm. arbeiten, läßt sich dies ohne weiteres durchführen, da bei so hohen Dampfdrücken der Dampfverbrauch mit steigendem Gegendruck viel langsamer anwächst als bei den üblichen Dampfdrücken. Die Zunahme des Gegendruckes ist daher (wenigstens solange der Ladedruck noch niedrig ist) auf die für eine gleichbleibende Maschinenleistung erforderliche Dampferzeugung nur von verhältnismäßig geringem Einfluß.It is useful here to first use the exhaust steam from the respective Storage pressure corresponding lower pressure level and then with increasing storage pressure To use exhaust steam from higher stages of the steam engine. Assume that the engine belonging to the system is a three-stage high-pressure counter-pressure piston engine with 50 atm. Initial pressure and 5 atm. absolute back pressure is at which the steam in the first stage from 50 to 25 atm., in the second from 25 to 12 atm. and in the third and last from 12 to 5 atm. expands. Is the highest accumulator pressure equal to the boiler pressure of 50 atm., but the storage tank discharged to 2 Alm., so leads the exhaust steam from the last stage is first fed to the storage tank, in whole or in part, depending on the amount of steam available and that required in the machine Job. You now continue loading with the lowest level until it is in the memory a pressure of about 8 atm. is reached. In the case of high-pressure steam power plants with an initial pressure greater than 25 atm. work, this can be done easily, because with such high steam pressures the steam consumption is much slower with increasing back pressure increases than with the usual vapor pressures. The increase in back pressure is therefore (at least as long as the boost pressure is still low) for a constant Machine power required steam generation only of relatively low Influence.

Wenn ein Druck von 8 Alm. im Speicher erreicht ist, wird der Ladedampf dem zweiten Aufnehmer entnommen und mit diesem Dampf die Ladung bis zur Erreichung des Druckes des zweiten Aufnehmers fortgesetzt. Wenn auch dieser Druck im Speicher sich eingestellt hat, wird zur Weiterladung Zwischendampf aus dem ersten Aufnehmer der Kraftmaschine entnommen.When a pressure of 8 Alm. Is reached in the storage, the charging steam taken from the second pick-up and with this steam the charge until it is reached the pressure of the second transducer continued. Even if this pressure is in memory has established itself, intermediate steam from the first receiver is used for further charging taken from the engine.

Die auf diese Weise erzielbare Dampfersparnis ist recht beträchtlich. Soll z. B. ein Hochdruckspeicher von ioo cbm Inhalt von 2 Atm. niedrigstem Entladedruck bis auf 25 Atm. mit Abdampf bzw. Zwischendampf aufgeheizt werden, so steht während der Ladezeit zwischen dem Frischdampfdruck von 5o Atm. und den jeweiligen Gegendrücken (von 2 Atm. steigend bis 25 Atm.) ein mittleres Wärmegefälle von etwa 82 W.E. für jedes Kilogramm Ladedampf zur Arbeitsleistung zur Verfügung. Zur Rufladung eines solchen Speichers sind etwa i65oo kg Dampf notwendig, Woraus, auf die Stunde bezogen, selbst bei Sattdampfbetrieb eine Leistung von etwa x 5oo P.S. gewonnen werden kann. Dies entspricht einer Dampfersparnis von etwa 48oo kg gegenüber Kondensationsbetrieb. Bei Betrieb mit überhitztem Dampf ist die Ersparnis entsprechend größer.The steam savings that can be achieved in this way are quite considerable. Should z. B. a high pressure accumulator of 100 cbm content of 2 atm. lowest discharge pressure up to 25 atm. are heated with exhaust steam or intermediate steam, so stands during the charging time between the live steam pressure of 5o Atm. and the respective counter pressures (from 2 atm. rising to 25 atm.) an average heat gradient of about 82 W.E. for every kilogram of steam is available for work. To charge a call Such a storage tank requires around 1,600 pounds of steam, from which, based on the hour, even with saturated steam operation an output of about x 5oo P.S. can be won. This corresponds to a steam saving of around 48oo kg compared to condensation operation. When operating with superheated steam, the savings are correspondingly greater.

Bei diesem Ladeverfahren kann der Fall eintreten, .daß bei steigendem Speicherdruck die Kraftmaschine in der ursprünglichen Stufen-Schaltung nicht mehr ihre volle Leistung abzugeben vermag. Daher «erden vorteilhaft zum Ausgleich der mi't steigendem Speicherdruck sinkenden Maschinenleistung zwecks Vermehrung der Frischdampfzuführung bei Turbinen besondere Zusatzdüsen zugeschaltet und bei Kolbenmaschinen obere Druckstufen parj allel geschaltet. Auf diese Weise läßt sich selbst dann, wenn man den gesamten Abdampf der Kraftmaschine als Ladedampf benutzt und den Speicher damit verhältnismäßig hoch auf-; ladet, lange Zeit die volle Maschinenleistung aufrechterhalten. Wenn die Aufladung des Speichers so weit getrieben ist, daß der Abdampf der obersten Stufe für diesen Zweck keine Verwendung mehr finden kann, dann wird der Wasserraum des Speichers mit dem Dampfraum des Kessels verbunden, um die Aufladung zu vollenden.With this charging method, the case may arise that when the Accumulator pressure the engine in the original stage shift no longer able to deliver their full performance. Therefore «earth is beneficial to balance the with increasing accumulator pressure decreasing machine performance for the purpose of increasing the Live steam supply with turbines special additional nozzles switched on and with piston engines upper pressure levels switched in parallel. In this way, even then, if the entire exhaust steam from the engine is used as charge steam and the memory thus relatively high up; charges, maintain full machine performance for a long time. When the accumulator is charged so far that the exhaust steam reaches the top Level can no longer be used for this purpose, then the water room of the storage tank is connected to the steam space of the boiler in order to complete the charging.

Das vorliegende Ladeverfahren für Wärme-. Speicher ist für alle Kraftanlagen von Wert, bei welchen öfter eine volle oder wenigstens eine starke teilweise Entladung des Wärme-Speichers stattfindet, z. B. in Elektrizitäts-I werken, wo täglich Spitzenbelastungen mit Hilfe des Speichers zu bewältigen sind. Ein anderes Anwendungsgebiet sind auch Unterseeboote mit Dampfantrieb. Hier kann unter Umständen aus dem zur Verfügung stehenden Druck-, gefälle die ganze Schiffsantriebsleistung bei Überwasserfahrt während der Ladezeit des Wärme-Speichers in der oben angegebenen wirtschaftlichen Weise gewonnen werden, womit eine Vergrößerung des Aktionsradius dieser Schiffe erzielbar ist.The present charging method for heat. Storage is for all power plants of value at which more often a full or at least a strong partial discharge the heat storage takes place, z. B. in electricity works, where daily peak loads can be managed with the help of the memory. Another area of application are also Steam powered submarines. This may be available from the standing pressure gradient, the entire ship propulsion power when traveling over water during the charging time of the heat storage in the above-mentioned economic Wise won, thus increasing the range of action of these ships is achievable.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Darstellung.The drawing shows two exemplary embodiments of the invention in schematic form Depiction.

In Abb. i ist A eine Kesselanlage, B eine dreistufige Hochdruck-Dampfmaschine mit Abwärmeverwertung, - C ein Heißwasserwärme-Speicher. Die Frischdampfleitung a der Kesselanlage und die Dampfentnahmeleitung b des Wärmespeichers stehen miteinander in Verbindung, so daß Kesselanlage und Wärmespeicher zueinander parallel geschaltet sind. Ventil d ist geöffnet. Der Betriebsdampf wird durch Leitung g der Dampfmaschine B zugeführt. Von der Dampfmaschine geht der Dampf durch Leitungen h und il zu einer anderen Verbrauchsstehe, z. B. einer Niederdruckturbine oder einer Heizanlage. Bei plötzlich einsetzender starker Dampfentnahme geht der Dampfdruck im Kessel und Speicher gemeinsam etwas herunter, wobei der Wärmespeicher so lange Zusatzdampf abgibt, bis die Feuerung dem vermehrten Verbrauch nachgekommen ist. Ist die Kesselanlage nicht für die Aufnahme der Spitzenbelastung bemessen -und ist die Dauer der erhöhten Belastung eine längere, so schaltet man den -Speicher mittels Ventil d von der Leitung b ab und öffnet Ventil f in der Leitung c, so daß der Speicherdampf durch Leitung l und durch Ventil o in die zweite Druckstufe der Dampfmaschine eintreten kann. Sinkt der Druck im Speicher noch weiter, so schließt man Ventil o und läßt den Speicherdampf unter Öffnung des Ventils m in die dritte Druckstufe eintreten.In Fig. I, A is a boiler system, B is a three-stage high-pressure steam engine with waste heat recovery, - C is a hot water heat storage. The live steam line a of the boiler system and the steam extraction line b of the heat accumulator are connected to one another, so that the boiler system and heat accumulator are connected in parallel to one another. Valve d is open. The operating steam is fed to the steam engine B through line g. From the steam engine the steam goes through lines h and il to another consumption stand, e.g. B. a low pressure turbine or a heating system. If there is a sudden strong steam extraction, the steam pressure in the boiler and the storage tank will jointly drop somewhat, with the heat storage tank emitting additional steam until the furnace has met the increased consumption. If the boiler system is not dimensioned for the absorption of the peak load - and if the duration of the increased load is longer, then the - store is switched off by means of valve d from line b and valve f is opened in line c, so that the store steam passes through line l and can enter the second pressure stage of the steam engine through valve o. If the pressure in the accumulator drops even further, valve o is closed and the accumulator steam is allowed to enter the third pressure stage, opening valve m.

Beim Laden wird folgendermaßen verfahren Ventil d in Leitung b ist geschlossen. Anfangs wird der Abdampf der Dampfmaschine ganz oder teilweise durch die Leitung h und die Ladeleitung i und Ventil k, welches offen ist, zum Wasserraum des Speicherbehälters C geleitet. Übersteigt der Speicherdruck eine gewisse Grenze, so wird Ventil k geschlossen und der Ladedampf durch Ventil na und Leitung Z dem zwischen der zweiten und dritten Druckstufe befindlichen Aufnehmer entnommen und nach Öffnen des Ventils n in die Ladeleitung i eingeführt. Hat der Ladedruck die Aufnehmerspannung der zweiten Druckstufe überschritten, so muß Ventil m geschlossen und Ventil o geöffnet werden. Jetzt kann der Ladedampf durch Leitung p dem ersten Aufnehmer entnommen werden. Schließlich, wenn das verfügbare Druckgefälle nicht mehr groß genug ist, um in der obersten Druckstufe der Dampfmaschine ausgenutzt zu werden, wird der Ladedampf der Kesselanlage unmittelbar durch Leitung q und Ventil y entnommen. Die Umschaltung der einzelnen Ventile kann von Hand oder selbsttätig durch den Speicherdruck, die Speichertemperatur oder den Maschinenregler erfolgen oder wenigstens eingeleitet werden.The procedure for loading is as follows: Valve d in line b is closed. Initially, the exhaust steam from the steam engine is wholly or partially passed through line h and charging line i and valve k, which is open, to the water space of storage container C. If the storage pressure exceeds a certain limit, valve k is closed and the charge steam is withdrawn from the sensor located between the second and third pressure stages through valve na and line Z and introduced into charge line i after opening valve n. If the boost pressure has exceeded the pickup voltage of the second pressure stage, valve m must be closed and valve o must be opened. The charge steam can now be taken from the first sensor through line p. Finally, when the available pressure gradient is no longer large enough to be used in the top pressure stage of the steam engine, the charge steam is taken from the boiler system directly through line q and valve y. The switching of the individual valves can be done manually or automatically by means of the accumulator pressure, the accumulator temperature or the machine controller, or at least it can be initiated.

Abb. 2 zeigt eine Kraftanlage, bei welcher zum Laden des Speichers nur Abdampf (kein Zwischendampf) verwendet wird.Fig. 2 shows a power plant in which to load the storage only exhaust steam (no intermediate steam) is used.

A ist wieder eine Kesselanlage, B eine dreistufige Dampfmaschine und C eine Hochdruck-Speicheranlage. Das Entladen des Speichers kann in derselben Weise vor sich gehen wie im vorigen Beispiel. A is again a boiler system, B a three-stage steam engine and C a high-pressure storage system. The unloading of the memory can proceed in the same way as in the previous example.

Das Laden erfolgt durch den Abdampf der Dampfmaschine durch Leitungen h und i. Steigt der Abdampfdruck so hoch, daß die Maschine ihre volle Leistung nicht mehr erreicht, so werden durch Öffnen von Ventil s Hoch- und Mitteldruckstufe parallel geschaltet. Beide wirken dadurch als Hochdruckzylinder. Der Maschine kann also entsprechend mehr Dampf zugeführt werden, und der Leistungsverlust, der durch den steigenden Druck im Speicher entsteht, läßt sich ausgleichen. Ist der Speicherdruck mittlerweile bei fortschreitender Ladung so hoch geworden, daß auch die zweistufige Maschine nicht mehr die volle Leistung erreicht, so kann durch Öffnen des Ventils t die Maschine einstufig geschaltet werden. Alle Zylinder arbeiten dann als Hochdruckzylinder und die Leistung läßt sich selbst bei sehr hohem Gegendruck auf die gewünschte Größe bringen. Die Parallelschaltung der Zylinder erfordert natürlich gleichzeitig eine Änderung der Schaltung der Auspuffleitungen, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Wenn die Maschine einstufig arbeitet, geht der Abdampf aller drei Zylinder unmittelbar in die Leitung h. Bei gleichbleibender Leistung wird das Aufladen anfangs langsamer vor sich gehen als später, da bei niedrigem Gegendruck der Dampfverbrauch für die Leistungseinheit kleiner ist.Charging takes place through the exhaust steam from the steam engine through lines h and i. If the exhaust pressure rises so high that the machine no longer achieves its full output, the high and medium pressure stages are switched in parallel by opening the valve. Both act as high pressure cylinders. The machine can therefore be supplied with correspondingly more steam, and the loss of power caused by the increasing pressure in the reservoir can be compensated for. If the accumulator pressure has meanwhile become so high as the charging progresses that the two-stage machine can no longer achieve full output, the machine can be switched to one-stage by opening the valve t. All cylinders then work as high pressure cylinders and the performance can be brought to the desired size even with very high back pressure. The parallel connection of the cylinders naturally requires a change in the connection of the exhaust lines at the same time, which is not shown in the drawing. If the machine works in one stage, the exhaust steam from all three cylinders goes directly into line h. If the power remains the same, charging will initially take place more slowly than later, since the steam consumption for the power unit is lower when the back pressure is low.

Der letzte Teil der Aufladung wird wieder wie im vorigen Beispiel durch unmittelbare Zufuhr von Kesseldampf durch Leitung q und Ventil y bewirkt.As in the previous example, the last part of the charge is brought about by the direct supply of boiler steam through line q and valve y.

Die im zweiten Beispiel beschriebene Parallelschaltung von oberen Druckstufen kann auch im ersten Ausführungsbeispiel Anwendung finden.The parallel connection of the above described in the second example Pressure stages can also be used in the first exemplary embodiment.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Method for charging heat storage systems that connected in parallel to a boiler system serving to feed a steam engine are and temporarily in place of the boiler system or to support it for feeding the steam engine are used, characterized in that the loading of the Storage (C) by evaporation of the same stage of a single or multi-stage steam engine (B) previously fed from the memory (C).

2. Procedure according to claim z, characterized in that to compensate for the increasing Accumulator pressure decreasing machine performance in a manner known per se in the case of turbines special additional nozzles are switched on and, in the case of piston engines, the upper pressure levels are parallel be switched.