-
Dampferzeugungsanlage mit Speichervorrichtung. Die vorliegende Erfindung
betrifft- eine Dampferzeugungsanlage mit Speichervorrichtung. Sie besteht aus drei
Teilen. Der erste (vordere) Teil ist der eigentlich dampferzeugende, der zweite
(mittlere) der druckausgleichende und der dritte (hintere) der vorwärmende Teil.
Durch diese Einrichtung wird erreicht, daß der Betriebsdruck der Dampfkesselanlage
bei Belastungsschwankungen unverändert bleibt, ohne das Feuer zu verstärken bzw.
abzuschwächen, und wobei die Heizgase bis zur praktisch vorteilhaftesten Temperatur
ausgenutzt werden und die Abgastemperatur bei Austritt aus der Dampfkesselanlage
trotz der Belastungsschwankungen unverändert bleibt oder sich nur in ganz geringen,
praktisch unbedeutenden Grenzen ändert.
-
Bei Dampfkesseln ist die Heizfläche im Hochtemperaturteil in der Nähe
des Rostes infolge der hohen Heizgastemperatur am wirksamsten. Die weiter hinten
im Tieftemperaturteil liegende Kesselheizfläche hat nur geringe Wirksamkeit. Der
weitaus größte Teil des Dampfes wird im Hochtemperaturteil erzeugt. Man würde in
vielen Fällen den Tieftemperaturteil des Kessels bedeutend kleiner machen oder sogar
ganz
abtrennen können, ohne die Dampferzeugung wesentlich zu verringern. Maßgebend für
die Größe des Tieftemperaturteils ist iri erster Linie die möglichst weitgehende
Ausnutzung der Heizgase. Außerdem ist aber eine bestimmte Größe des Wasserraums
erforderlich, wodurch in der Regel die Größe des Tieftemperaturteils gegeben ist.
Bei ungleicher Belastung werden mehr oder weniger Druckschwankungen im Kessel auftreten.
Die für den Betrieb so lästigen Druckschwankungen sollen bei der vorliegenden Darnpfkesselanlage
mit Speichervorrichtung vermieden werden.
-
Man denke sich von einem Dampfkessel den am Ende befindlichen Tieftemperaturteil
abgetrennt. Die Dampferzeugung im Kessel wird dadurch nicht wesentlich verringert.
In der Gesamtanlage bildet dann der Kessel mit dem Hochtemperatuiteil der Heizgase
den vorderen, dampferzeugenden Teil 3 (s. Abb. i). Der abgetrennte Tieftemperaturteil
gehört dann zum mittleren, ausgleichenden Teil i. Der dampferzeugende Teil liegt
im Bereich der hohen Heizgastemperaturen, etwa oberhalb 5oo° C. Der ausgleichende
Teil liegt im Bereich der Heizgastemperaturen etwa zwischen Soo° und 35o° C. Die
Größe dieses Teiles und das Größenverhältnis der Heizfläche des dampferzeugenden
Teiles und des ausgleichenden Teiles sowie die Wahl des Heizgasabschnittes für den
ausgleichenden Teil wird nach den Belastungsschwankungen der Dampfkesselanlage bestimmt.
Der ausgleichende Teil steht also in engem Zusainmenhange mit dein dampferzeugenden
Teil. Die gesamte Heizfläche des Dampfkessels einschl. der Speichervorrichtung ist
nicht größer als die eines normalen Dampfkessels ohne Speichervorrichtung.
-
Da aber der Druck im dampferzeugenden Teil, welcher der Betriebsdruck
der Dampfkesselanlage ist, unverändert gehalten werden soll, so muß der Druckausgleich
sowohl nach oben als auch nach unten stattfinden, d. h. die Speichervorrichtung
muß bei hoher Belastung Dampf abgeben, bei geringer Belastung Dampf aufnehmen. Die
Speichervorrichtung kann aber nur dann Dampf abgeben, wenn der Speicherdruck höher
ist als der Druck im dampferzeugenden Teil, also oberhalb des Betriebsdruckes liegt.
Sie kann aber andererseits nur Dampf aufnehmen, wenn der Speicherdruck niedriger
ist als der Druck im dampferzeugenden Teil, also unterhalb des Betriebsdruckes liegt.
Aus diesem Grunde ist die Speichervorrichtung mit zwei verschiedenen Drücken eingerichtet,
und zwar ein Teil mit einem Druck, der oberhalb des Betriebsdruckes liegt, genannt
Hochdruck-Speicher i, und ein Teil mit einem Druck, der unterhalb des Betriebsdruckes
liegt, genannt Niederdruckspeicher z. Bei den bekannten Wärmespeichern erfolgt die
Ladung in Zeiten des geringen Dampfverbrauches durch überschüssigen Dampf. Aus diesen
Speichern kann daher auch niemals mehr Dampf entnommen werden, als vorher überschüssiger
Dampf zugeführt wurde. Anders ist es bei der vorliegenden Speicheranordnung. Durch
die Abgaswärme wird in dem Ilochdruckspeicher je nach Einrichtung mehr oder weniger
langsam aber dauernd Dampf erzeugt und aufgespeichert, ohne daß eine Ladung durch
überschüssigen Dampf erforderlich wäre. Um aber auch bei geringem Dampfverbrauch
überschüssigen Dampf aufnehmen zu können, ist der Niederdruck-Speicher angeordnet.
-
Mit den bekannten Wärmespeichern ist man nicht imstande, den Betriebsdruck
konstant zu halten. Vielmehr wird der Druck im Speicher mit dem Druck im Kessel,
je nach der Kesselbelastung, gemeinsam auf und nieder gehen. Die Druckschwankungen
werden nicht beseitigt, sondern nur herabgeminfiert, im Gegensatz zu der vorliegenden
Speichervorrichtung, wo der Betriebsdruck dauernd konstant gehalten wird.
-
Im Hochdruckspeicher wird durch die aus (lern dampferzeugendenTeil
abziehenden Heizgase dauernd Dampf erzeugt, welcher bei normalern Betrieb und bei
Unterbelastung aufgespeichert wird. Infolgedessen steigt der Speicherdruck über
den unverändert bleibenden Betriebsdruck hinaus bis zu einem bestimmten Höchstdruck.
Natürlich muß die Heizfläche des Hochdruckspeichers groß genug und die Temperatur
der Heizgase noch hoch genug sein, um den bestimmten Höchstdruck innerhalb einer
bestimmten Zeit zu cri reichen. Die Temperatur der Heizgase darf aber nicht zu hoch
sein, damit der höchst zulässige Druck nicht zu früh erreicht oder überschritten
wird. Die <lern Hochdruckspeicher vorgeschaltete Heizfläche des dampf-; erzeugenden
Teiles muß daher in einem ganz bestimmten Verhältnis zur Heizfläche des Hochdr uckspeichers
stehen, und dieses Verhältnis wird jeweils nach dem zu erwartenden Belastungsschwankungen
des Kessels bestimmt. Durch die Aufspeicherung des im Hochdruck erzeugten Dampfes
hat man unabhängig vom überschüssigen Dampf der Unterbelastungsperiode stets eine
Dampf-; reserve. Tritt dann plötzlich hohe Belastung ein und der Betriebsdruck sinkt
um ein geringes unter seinen Normalwert, so gibt der Hochdruckspeicher infolge seines
höheren Druckes sofort mittels einer Reguliervorrichtung 9, die unter Einfluß des
Betriebsdruckes
steht, durch das Rohr d. Speicherdampf an den dampferzeugenden
Teil ab, wodurch der Betriebsdruck konstant gehalten wird, während der Druck im
Hochdruckspeicher sinkt. Ist der Speicherdruck auf den Betriebsdruck gesunken, so
ist der atufgespeicherte Dampf verbraucht. Hält die Hochbelastung nach Erreichung
dieses Grenzfalles weiter an, so bleibt der Hochdruckspeicher mit dem dampferzeugenden
Teil weiterhin in Zusammenhang, und der Hochdruckspeicher arbeitet dann als Dampferzeuger
zusammen mit dem dampferzeugenden Teil unter gleichem Druck mit gemeinsamer Heizfläche,
gemeinsamem Inhalt, gemeinsamen Heizgasen wie ein einziger vergrößerter Dampfkessel.
-
Im N iederdruckspeicher werden die Abgase bis zu der für den Schornsteinzug
niedrigst zulässigen Temperatur ausgenutzt. Der Niederdruckspeicher ist gleichzeitig
als Speisewasservorwärmer ausgebildet. Vorwärmer und Speicher haben einen zusammenhängenden
Wasserraum und eine zusammenhängende Heizfläche. Das Wasser tritt am Ende des Heizgasabzuges
in den Speicher ein, durchströmt die kleinen Abteile 6, wobei es durch die abziehenden
Heizgase erwärmt wird, tritt zuletzt in das große Abteil 5, in welchem es durch
die Heizgase weiter er-<firmt wird. Außerdem wird das Wasser durch überschüssigen
Kesseldampf erwärmt, aber nur in dein großen Abteil 5- und nicht in dem kleinen
Abteil 6. Dadurch wird erreicht, daß sich die abziehenden Heizgase an der
Oberfläche der kleinen Abteile jederzeit abkühlen können und die Austrittstemperatur
bei schwankendem Betriebe sich nur wenig erändert. Die kleinen Abteile bilden den
eigentlichen Rauchgasvorwärmer. An Stelle der kleinen Abteile kann auch ein normaler
gußeiserner Rauchgasvorwärmer verwendet «-erden. Auch kann das große Abteil 5 ohne
Heizfläche ausgebildet werden, so daß er nur aus einem Behälter besteht, in dem
der Inhalt iitrr durch Zuführung des überschüssigen Kesseldampfes «-eiter erwärmt
wird. Tritt plötzlich geringe Belastung ein und der Betriebsdruck steigt um ein
geringes über seitien :E ormalwert, so nimmt der N iederdruckspeicher sofort mittels
der Reguliervorrichtung io, die unter Einfluß des Betriebsdruckes steht, durch das
Rohr 8 den überschüssigen Kesseldampf auf, wodurch ein Steigen des Betriebsdruckes
verhindert wird und konstant bleibt.
-
Infolge der Aufnahme des überschüssigen Dampfes während der Unterbelastungsperiode
steigt der Druck im N iederdruckspeicher. Er darf aber niemals über den Betriebsdruck
hinaus steigen. Ist der Speicherdruck bis auf den Betriebsdruck gestiegen, so hat
der Niederdruckspeicher die Grenze seiner Aufnahmefähigkeit erreicht. Aus dem Niederdruckspeicher
kann Dampf für beliebige Zwecke entnommen werden. Auch das Speisewasser für den
dampferzeugenden Teil und für den Hochdruckspeicher wird aus dem Niederdruckspeicher
entnommen.
-
Wird nach der vorausgegangenen Unterbelastung die Dampfkesselanlage
hoch belastet, so wird der dampferzeugende Teil und der Hochdruckspeicher mit hochv
orgewärmtem Wasser gespeist, wodurch die Speicherwirkung erhöht wird. Mit vorliegender
Speichervorrichtung wird also eine zweifache Speicherwirkung erzielt. Bei normalem
Betrieb und bei Unterbelastung wird im Hochdruckspeicher Dampf aufgespeichert. Bei
Unterbelastung wird aber auch gleichzeitig der überschüssige Dampf des dampferzeugenden
Teiles mittels der Reguliervorrichtung io in den N iederdruckspeicher geleitet und
damit das Speisewasser höher vorgewärmt. Bei Kochbelastung erhält der dampferzeugende
Teil vom Hochdruckspeicher Zusatzdampf, gleichzeitig erhält aber der dampferzeugende
Teil und der Hochdruckspeicher höher vorgewärmtes Speisewasser aus dem Niederdruckspeicher.
Durch die Zuführung des höher vorgewärmten Speisewassers wird die Dampferzeugung
nicht nur im dampferzeugenden Teil, sondern auch im Hochdruckspeicher verstärkt.
-
Sollte es vorkommen, daß aus dem Hochdruckspeicher längere Zeit kein
Dampf entnommen wird und infolgedessen der Speicherdruck über seinen zulässigen
Höchstwert steigt, so kann der abströmende Dampf in den N iederdruckspeicher geleitet
werden, solange dieser noch aufnahmefähig ist. Bei einer solchen Anordnung werden
die Sicherheitsventile des dampferzeugenden Teiles und des Hochdruckspeichers niemals
abblasen. Wenn die Wärmezuführung zu groß wird, so wird immer nur das Sicherheitsventil
des Niederdruckspeichers abblasen.
-
An Stelle des in Abb. i dargestellten Wasserrohrsystemes kann beispielsweise
nach Abb.2 das Heizrohrsystem verbunden mit Wasserrohrsystem oder das Heizrohrsystem
allein oder auch andere verwendet «-erden. Die Dampferzeugungsanlage mit Speicheranordnung
kann für ortsfeste und ortsbewegliche Betriebe, wie Lokomobilen,Dampfschiffe, Lokomotiven
und sonstige Dampffahrzeuge, Verwendung finden.
-
Zur Beheizung der Dampferzeugungsanlage mit Speicheranordnung können
auch die Abgase anderer Feuerungen benutzt werden, wie z. B. von Glühöfen, Hochöfen
u. dgl. Auch kann sie beispielsweise nach Abb. 3 mit einern oder mehreren Hochdruck-
oder Niederdruckspeichern
1i, 12, welche nicht durch Rauchgas beheizt
und nur durch Dampf geladen werden, mittels Rohrleitungen 13, 14 in Verbindung gebracht
werden. Diese Anordnung ist besonders dann vorteilhaft, wenn Abgase in großen Mengen
zur Verfügung stehen, wie z. B. bei Glühöfen. Wenn in diesem Falle kein Dampf an
der Dampferzeugungsstelle gebraucht wird, so kann man auch den Dampferzeuger 3 weglassen
und nur die Speicher i und 2 anordnen. Der Dampf wird dann an der Stelle erzeugt,
wo die Abgase zur Verfügung stehen, auf hohen Druck gebracht und in entfernt liegende
Speicher geleitet. Von diesen Speichern wird der Dampf für Kraft-oder Heizzwecke
entnommen. Der Speicherdruck wird so hoch wie möglich angenommen. Die Fortleitung
von Hochdruckdampf läßt sich leicht durchführen, da bedeutend engere Rohre verwendet
werden können als bei Niederdruckdampf. Man könnte dann von einer Zentralstelle
aus auf weite Entfernung mehrere Frischdampfspeicher laden. Man kann auch gegebenenfalls
Hochdruckkessel mit eigener Feuerung aufstellen, in welchen ausschließlich Speicherdampf
für die entfernt liegenden Speicher erzeugt wird. Die Ladung erfolgt mittels der
Reguliervorrichtung 15, 16 durch die Rohrleitungen 13, 1d. selbsttätig oder
von Hand. Die Ladung der Speicher kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen.
Die entfernt liegenden Frischdampfspeicher i i, die zweckmäßig in der Nähe der Dampfverbrauchsstelle
aufgestellt werden, können dann je nach Bedarf bis zu einer bestimmten Grenze entladen
werden. Besonders vorteilhaft wäre die Anordnung bei einem Bahnbetrieb mit feuerlosen
Lokomotiven. Die Lokomotiven könnten von jedem Speicher neu geladen werden, und
bei entsprechender Verteilung der Speicher könnte der Aktionsradius der feuerlosen
Lokomotiven bedeutend erweitert werden.
-
Auch ist es möglich, die Dampferzeugungsanlage mit Speicheranordnung
mit einem oder mehreren entfernt liegenden Abdampfspeichern 12 in Verbindung zu
bringen. Die Abdampfspeicher, die in erster Linie vom Abdampf aus Kraftmaschinen
o. dgl. geladen werden, können außerdem, wenn zeitweise kein Dampf zur Verfügung
steht, vom Frischdampfspeicher geladen werden. Den Abdampfspeicher i2 wird man zweckmäßig
mit dem N iederdruckteil 2 des Frischdampfspeichers verbinden. Natürlich kann auch
umgekehrt gegebenenfalls Maschinenabdampf in den Niederdruckteil des Frischdampfspeichers
geleitet werden.