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Hochdruckdampf erzeuger. Vorliegende Erfindung betrifft einen Dampferzeuger,
in dein unter voller Sicherheit gegen Explosionen in einer sehr wirtschaftlichen
und billigen Weise Dampf von sehr hohem Druck und hoher Überhitzung erzeugt werden
kann. Die Erfindung kann auch besonders bei schon vorhandenen Anlagen Verwendung
finden. Bei der Beurteilung dieses Umstandes ist nicht zu vergessen, daß in derartige
Anlagen große Kapitalien für Feuerungsanlagen, Kettenroste; mechanische Roste, Economiser,
Vorrichtungen für künstlichen Zug, Gebäude, Schornsteine usw. gebunden sind, wozu
noch die schon vorhandenen teueren Kessel hinzutreten. Der Umbau solcher vorhandener
Kessel kann sehr schnell und leicht vorgenommen werden, so claß dann alle mit der
Einführung eines höheren Dampfdrucks verbundenen Vorteile sehr leicht bei jeder
alten Kesselanlage erreicht werden können. Die Anlagekosten verringern sich dadurch
auf einen Bruchteil derjenigen einer Neuanlage.
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Bei der Erfindung ist der bekannte Gedanke eines besonderen Wärmeübertragungsmittels
zwischen dem eigentlichen Kessel und dem Teil der Kesselanlage, der die Wärme von
den Feuergasen aufnimmt, verwertet. Die bisher üblichen Bauformen derartiger Kessel
mit besonderem Vbertragungsmittel haben jedoch nicht die Aufgabe erstrebt. Dampf
von sehr hohem Druck zu erzeugetr und sind deshalb auch nicht hierfür geeignet.
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Der Hochdruckdampferzeuger gemäß vorliegender Erfindung besteht aus
mindestens einer in ein. hocherhitztes und bei der verwendeten Temperatur flüssiges
oder gar siedendes Wärmeiibertragungsmittel eingebetteten Rohrschlange, deren einem
Ende Wasser von sehr hohem Druck mittels einer Pumpe zugeführt wird und aus deren
anderem Ende Dampf von sehr hohem Druck entnommen wird. Die Verwendung von Wärmeübertragungsmittel,
die bei der angewandten Temperatur sieden, bietet, wie Versuche gezeigt haben, den
großen Vorteil, daß das Mittel in heftige Bewegung gerät, die die Wärmeübertragung
außerordentlich begünstigt.
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Einer ALisführungsform eines derartigen Hochdruckdampferzeugers gemäß
ist die Rohrschlange in dem von dem Wärmeübertragungsmittel gebildeten Dampf verlegt.
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Die Rohrschlange ist zweckmäßig fortlaufend und mit so wenig Fugen
und Verbindungen als möglich versehen. Die Schlange kann auch bei Kesseln mit sehr
großen Heizflächen und kleinen Abmessungen und infolgedessen mit sehr großer Sicherheit
gegen Explosionen sowie mit besonders guter Wärmeübertragung ausgeführt werden.
Sie besteht aus Stahl, ri=;n, i@,upfer oder anderem geeigneten Metall. Am einen
Ende dieser Schlange wird Wasser entsprechend der augenblicklich erforderlichen
Dampfmenge unter sehr hohem Druck eingepumpt, und aus dem anderen Ende der Schlange
strömt der Dampf von gewünschtem Druck und finit einer Überhitzung
aus,
die durch die Temperatur des Chertragungsmittels bestimmt wird.
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Als Wärmeühertragungsmittel werden vorteilhaft Stoffe benutzt, die
bei normaler Temperatur fest oder flüssig sind, bei der verwendeten Temperatur aber
jedenfalls flüssig sind, sieden oder in Dampf übergehen. So können beispielsweise
Metalle, wie Zink, Blei, Aluminium, gewisse leicht schmelzbare Metallegierungen
verwandt werden,, ferner Öle mit hohem Siedepunkt, Lösungen von Salzen in Wasser
o. dgl.; selbst Schwefel und andere Stoffe sind für den fraglichen Zweck geeignet.
Diese Mittel können entweder bei Atmosphärendruck oder bei einer Temperatur verwendet
werden, die höchstens dem maximalen Druck entspricht, für den der mit den Feuerungsgasen
in Berührung stehende Teil des Kessels gebaut ist. In dem Dampferzeuger mit Wärmeübertragungsmittel
herrscht somit ein verhältnismäßig niedriger Druck, der höchstens dem Kesseldruck
entspricht, während der hohe Dampfdruck auf die erwähnte Schlange beschränkt ist.
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Um das Wesen der Erfindung klarzustellen, mag zunächst erklärt werden,
wie die Erfindung bei einer bekannten Kesselkonstruktion, z. B. einem Cornwall-Kessel
(Abb. i und 2), verwendet wird. Abb. i stellt einen (Querschnitt und Abb.2 einen
Längsschnitt eines solchen Kessels dar.
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Der Kessel wird bis auf die Höhe h-li mit dem obenerwähnten Wärmeüberträb
ingsmittel gefüllt und in gewöhnlicher Weise befeuert. Die Feuergase werden von
dem Rost des Kessels zunächst durch das Flammrohr e, dann in der einen oder anderen
Weise um die Mantelfläche des Kessels sowie um den vorderen und den hinteren Boden
herumgeleitet. Durch die Feuerung wird das im Kessel befindliche Wärmeübertragungsmittel
auf geeignete Temperatur erhitzt. Diese Temperatur kann je nach der Natur des Wärmeübertragungsmittels
so hoch sein, daß das Mittel jedenfalls flüssig wird, siedet oder sogar Dampf bildet.
Sie wird von dem Druck bestimmt, der in dem Mittel herrscht und ist beispielsweise
qoo° C oder niedriger, kann in gewissen Fällen dagegen auch bedeutend höher, beispielsweise
6oo° C, sein. Im folgenden wird angenommen, daß die Temperatur q.00° C betrage.
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In dem Wärmeübertragungsmittel ist der eigentliche Hochdruckdampferzeuger
angeordnet, der aus der Wärmeschlange VS besteht, der Wasser gegebenenfalls von
einem vorhandenen Economiser durch die Pumpe P2 zugeführt wird. Das der Sektlange
-zugeführte Wasser hat folglich einen wenig höheren Druck als der Dampf, der aus
dem Kessel entnommen werden soll, entsprechend den Leitungsverlusten in der Schlange.
Aus dem entgegengesetzten Ende der Schlange wird hei is Dampf von gewünschtem Druck,
z. B. i o") his Zoo Atm. und von einer Temperatur etwa entsprechend der Temperatur
des Wärmeübertragungsmittels, in diesem Falle also etwa 40o° C, entnommen.
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Die Pumpe P2 kann das Wasser entweder aus einem Behälter oder aber,
wie oben erwähnt, aus dem Economiser der Kesselanlage entnehmen, dem das Wasser
in gewöhnlicher Weise durch die Speisepumpe des Kessels zur11führt wurde, und in
dem somit der vor der Abänderung herrschende Kesseldruck fortdauernd herrscht.
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Bei der Berechnung einer derartigen Anlage stellt sich heraus, daß
die Oberfläche der Schlange viel kleiner als diejenige des Kessels wird, was darauf
beruht, daß das Wärmeübertragungsvermögen von dem Wärmeübertragungsmittel durch
die Wand der Schlange zum Wasser in der Schlange viel vorteilhafter ist als die
Wärmeübertragung von den Heizgasen zum Kessel. Die Oberfläche der Schlange beträgt
somit in den meisten Fällen nur wenige Prozent der Heizfläche des Kessels, und meistens
kann die Schlange, wie aus Ahb.. 3 hervorgeht, aus einem einige Male gebogenen-Rohre
VS bestehen. Weil die Heizfläche der Schlange so klein ausfällt, wird es möglich,
die Schlange in einem Stück ans einem Rohre von sehr kleinem Durchmesser herzustellen,
was zur Folge hat, daß der sehr hohe, obenerwähnte Dampfdruck verwendet werden kann.
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Abb. q. zeigt eine andere Ausführungstoren der Erfindung, verwendet
bei einem Wasserrohrkessel. Die Abbildung zeigt einen Längsschnitt durch den Kessel;
VS ist die Wärmeschlange, P, die lumpe, E der vorhandene Economiser und P, die gewöhnliche
Speisepumpe, die das. Speisewasser dem Behälter C entnimmt. Der Druck, für den Rconomiser
und Kessel ursprünglich gebaut sind, wird somit beibehalten, während die Pumpe P=
den Druck bis auf den gewünschten D-ucle plus Leitungsverluste erhöht.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen zwei andere Ausführungsformen der Erfindung,
wobei die Wärmeschlange im Kessel auf andere Weise als in den Abb. i bis 3 gelagert
ist, und zwar in den aus dem Wärmeübertragungsmittel entwickelten Dämpfen. -Abb.5
zeigt diese Anordnung bei einem Lancashire-Kessel. Der Kessel ist bis auf die Höhe
la-h mit dem siedenden Wärmeübertragungsmittel gefüllt, und in dem Dampfraum oberhalb
lz-h ist in dem aus dem Wärmeübertragungsmittel gebildeten, dem Sättigungsdruck
bei der fraglichen Tewperatttr entsprechenden Druck besitzenden Dampf
die
Wärinesclilange 1`S angeordnet. In -liesein Falle besteht die Schlange aus einem
Rohre, das in einer oder mehreren Schichten in geeigneter Weise in dein Dampfraum
des Kessels angeordnet ist. Wasser wird bei a zugeführt und Dampf bei b entnommen-Afb.6
zeigt diese Ausführungsform bei einem Wasserrohrkessel. Der Kessel ist in diesem
Falle nur bis auf die Höhe /i-li finit dein Wärmeübertragungsmittel gefüllt, und
in dein Dampfraum ist die Schlange i;i geeigneter Weise angeordnet, wobei das Wasser
bei a eingeführt wird und bei h Da°npf cntlioinnien wird. Bei den Ausfiihru.i;>-formen
nach Abb. 5 und 6 wirkt der I)a@i;@frauni des Kessels, d.li. die Wärineschlan<ge
VS wie ein Oberflächenkondensator und -ler Hochdruckkessel wie eine Kühlschlange.
Die entstehenden Kondensattropfen fließen in das Wärmeübertragungsmittel zurück,
wo denselben wieder Nlärnie zugeführt @vir,l und # Delle Verdampfung eintritt.
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Abb. 7 zeigt, wie die Erfindung mit einer schon vorhandenen Dampfanlage
zusammenwirken kann. - In der letzteren ist Is die Kesselbatterie. Ein Kessel P
ist im Längsschnitt dargestellt. Es sei angenolnni,--n, daß die Kessel für einen
Druck von 16 Atin. ursprünglich gebaut sind, und daß durch die Leitung L, Dampf
den Turbinen T, und T, zugeführt wird, von denen T1 beispiel@@.veise eine Kondensationsturbine
und T., citie Gegendruckturbille ist, die ihrerseits die Papiermaschine 3I
o. dgl. mit Dampf @ ersieht. Das Kondensat vom Kondensator K der Kondensationsturbine
und der Papierniascliiite .1I gelangt durch Leitung I_, nach dein Speisewasserbehälter
C, aus dein die Pumpe )'1 das Kondenswasser durch die Leitung L3, in der ein Druck
voll etwas mehr als 16 Atin. herrscht, und durch den Econoiniser E sowie die Leitung
L1 in den Kessel P befördert.
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Diese Anlage wird null gemäß der Erfindung in folgender Weise abgeändert.
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Der Kessel P wie auch die anderen Kessel oder mehrere von ihnen, werden
ganz oder teilweise finit einem geeigneten Wärnleiil>"rtragungsmittel gefüllt. Die
Leitung I_' wird entfernt, und das Wasser wird statt desseil vom Economiser E durch
die Pumpe P. und die Leitung L ;, in die Wärmeschlangetl 1'S eingeführt. die in
der obenerwähnten Weise in den oberen Teilen der Wasserrohrkessel all geordnet sind.
Die Leitung vom Kessel nach der Dampfleitung L, wird auch entfernt, und aus den
Wärmeschlangen wird Dampf voll beispielsweise Zoo Atm. Druck und 4oo° Temperatur
durch die Leitung L,; ,ler Turbine T" zugeführt, in der die Wärmeenergie des Dampfes
in mechanische Energie umgewandelt und auf den Generator G3 übertragen wird. Voll
der Turbine T.; strömt der Ahdarnpf durch Leitung L, in die Leitung L1, ii, der
ein Druck von 16 Atin. herrscht. Die--,er Dampf wird dann wie früher in den Turbinen
T, und T; ausgenutzt.
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Nichts hindert natürlich daran, die ganze Druckabnahme in einer einzigen
Turbine ausz tlntitzen. Falls die Kessel und Turbinenanlage in dieser Weise abgeändert
werden, wird die Leistung der Zentrale um etwa 23 Prozent bei gleichem Kohlenverbrauch
erhöht, oder es kann bei derselben Leistung eine Brennstoffersparliis von etwa 20
Prozent erreicht «-erden. Es soll bemerkt werden, claß der Wärmeinhalt des hochgespannten
Dampfes bei 200 Atin. Druck und 4oo° Temperatur soar ein wenig kleiner ist als bei
dein früher ver;#-endeten Dampf von 16 Atni. und doo' Temperatur.
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Die Erfindung kann natürlich auch bei anderen Kesselsystemen verwendet
und besolidere Kessel können zur Verwendung des Prinzipes gebaut werden.