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Wgrmeumformeranlage für Dampfkraftanlagen mit schwankendem Kraftbedarf
Leitet man einen Wärmeträger, z. B. Wasserdampf, in eine Lauge als Lösungsmittel
ein, so steigt bei diesem Mischvorgang die Laugentemperatur an. Die Temperaturerhöhung
ist bestimmt durch die zugeführte Wärmemenge und die frei werdende Lösungswärme.
Das Verfahren zur Umformung von Wärme niederen Temperaturniveaus auf ein höheres
Temperaturniveau ist praktisch verwertbar, um den thermischen Wirkungsgrad einer
Kraftanlage zu heben. Als Wärmeträger wird in diesem Falle der Abdampf einer Kraftmaschine
verwendet, dessen Wärme sonst im Kondensator als Verlustwärme abgeführt «-erden
müßte. Die durch den Mischvorgang verdünnte Lauge wird durch Wärmezufuhr wieder
eingedickt. Das dampfförmige ausgetriebene Lösungsmittel steht als Gebrauchsdampf
zur Verfügung.
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Die beim Mischvorgang frei werdende Wärme dient zur Erzeugung von
Dampf niederen Druckes. Die mit diesem Dampf zu speisenden Verbraucher verlangen
im allgemeinen einen gleichbleibenden Dampfdruck. Dieser ist abhängig von der Temperatur
des Dampfes, die man infolgedessen ebenfalls konstant halten muß. Die Temperatur
des Dampfes ist, alle übrigen Verhältnisse als gleichbleibend vorausgesetzt, abhängig
von der Temperatur des Mischers. Diese wiederum ist abhängig von der Temperatur
der konzentrierten Lauge, die durch den eingeleiteten Abdampf verdünnt wird. Man
wird also im allgemeinen eine Wärmeumformeranlage derart betreiben, daß die Konzentration
der Dicklauge annähernd konstant bleibt. Für den Betrieb einer Kraftanlage mit Wärmeumformer
kann man eine Regelung dahingehend aufbauen, daß die Wärmezufuhr zum Mischer und
dem Eindampfer so geregelt wird, daß die Konzentration der Lauge in allen Phasen
ihres Kreislaufes immer annähernd den gleichen Wert behält. Dieses Verfahren ist
aber in vielen Fällen technisch nicht einfach durchzuführen, vor allem, wenn die
Wärmeumformeranlage in einer Kraftanlage mit schwankendem Kraftbedarf verwendet
werden soll.
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Die Erfindung besteht darin, daß durch einen auf Belastungsschwankungen
ansprechenden Taktgeber das Verhältnis von Kondensatordampf zu Umformerdampf bei
vergrößertem Dampfbedarf der Kraftanlage verkleinert, bei verringertem Dampfbedarf
vergrößert
wird. Die zur Deckung von Beiästungsspitzen erforderliche
Dampfmenge wird also nicht durch Vergrößerung der Konzentration der Dicklauge gewonnen,
sondern durch unmittelbare Zufuhr von Umformerdampf zu dem Teil des Systems, aus
dem der zur Deckung der Belastungsspitzen erforderliche Dampf entnommen werden muß.
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Die Abb. i und 2 zeigen schematisch zwei Wärmeumformeranlagen, die
eine Anpassung der Dampflieferung an den Dampfbedarf unter Einschaltung von Wärmeumformern
gestatten. In beiden Abbildungen sind für die gleichen Teile die gleichen Bezeichnungen
gewählt. i ist der Hochdruckzylinder einer Kraftmaschine, 2 der Niederdruckzylinder
mit der Entnahmeleitung 4 und der Abdampf= leitung 5. Die Abdampfleitung 5 verzweigt
sich bei 6 in eine nach dem Mischer 7 führendeLeitung 8 und in eine zum Kondensator
9 führende Leitung io. Das Kondensat fließt aus dem Kondensator 9 durch eine Leitung
i i nach dem Kondensatsammelbehälter 12. Im Mischer 7 befindet sich z. B. Natronlauge.
Die in ihm durch Einleiten von Dampf frei werdenden Wärmemengen werden im Teile
13 des Mischers 7 zur Erzeugung von Niederdruckdampf verwendet, der eine N.iederdruckleitung
14 speist. Aus der Leitung 14 gelangt der Dampf über einen Zwischenüberhitzeri 5
durch die Leitung 3 zur Niederdruckstufe 2. Im Mischer 7 entsteht durch den eingeleiteten
Abdampf eine verdünnte Lauge. Diese wird durch eine Pumpe 16 abgesaugt und über
einen Temperaturwechsler 17 in den Eindampfer 18 gefördert. Der Eindampfer 18 ist
als Rohrschlange ausgebildet, die durch einen Brenner zg beheizt wird. Im Abscheider
2o scheidet sich die Dicklauge von dem ausgetriebenen dampfförmigen Lösungsmittel,
das durch eine Frischdampfleitung 21 zur Hochdruckstufe i der Kraftmaschine gelangt.
Der Dampfeintritt zur Hochdruckstufe 3 wird durch einen Leistungsregler 22 gesteuert.
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Die im Abscheider 2o anfallende Dicklauge fließt über den Temperaturwechsler
17 und. eine Kraftmaschine 23, in der ihr Druckgefälle in Arbeit umgesetzt wird,
nach dem Mischer 7 zurück. 24 ist eine zusätzliche Kraftmaschine, die die durch
die Kraftmaschine 23 nicht gedeckte Leistung aufbringt. Dem Verdampfer 13 wird das
Speisewasser aus dem Sammelbehälter 12 durch die Pumpe 25 über den Vorwärmer 26,
an den die Entnahmeleitung 4 angeschlossen ist, zugebracht. Eine Schwimmersteuerung
27 regelt durch einen Schieber 28 die Wasserzufuhr zum Verdampfer 13. in Abhängigkeit
von dessen Wasserstand. -Die Einrichtung nach der Abb. i arbeitet folgendermaßen.
Bei schwankendem Kraftbedarf der Turbine i, 2 oder des mit ihr gekuppelten Generators
29 wird ein Impuls ausgelöst, der auf diese Belastungsschwankungen anspricht. Der
Impuls kann z. B. ein elektrischer Impuls sein, der von der Maschine 29 ausgeht.
Er ist durch die Linie 3o angedeutet. Man kann aber auch die Belastungsschwankung
dampfseitig überwachen, und nvar .entweder durch den Leistungsregler 22, wie .es
die strichpunktierte Linie 31 andeutet, oder durch eine Vorrichtung in der Frischdampfleitung.
Diese Vorrichtung kann z. B. ein druckempfindliches Organ sein. In der Abbildung
ist angenommen, daß der Dampfbedarf der Maschine i, 2 durch einen Mengenmesser 32
(Stauscheibe oder Venturirohr) überwacht werden. Steigt der Bedarf der Maschine
i, 2, so öffnet der Leistungsregler 22 das Eintrittsventil dieser Maschine weiter
und entnimmt daher der Leitung 21 mehr Dampf. Einem erhöhten Dampfbedarf muß eine
erhöhte Wärmezufuhr zum Eindampfer 18 entsprechen. Es ,ist hierfür ein Impuls 33
vorgesehen, der auf die Feuerung ig einwirkt, derart, daß bei vermehrtem Kraftdampf
bedarf die Wärmezufuhr vergrößert, bei verringertem Bedarf verkleinert wird. Eine
Erhöhung der Wärmezufuhr ist aber nur dann zweckmäßig, wenn durch sie an der Konzentration
--4er Dicklauge nichts geändert wird. Diese Betriebsbedingung wird dadurch erreicht,
daß der Taktgeber 32 gleichzeitig auf die Zufuhr von Umförmerdampf zum Mischer 7
einwirkt. Diese Einwirkung ist durch die Impulslinie 34 angedeutet. Bei steigendem
Dampfbedarf wird zunächst das Ventil 35 in der Leitung 8 weiter geöffnet. Reicht
die durch sie hindurchfließende Menge nicht aus, um den erhöhten Bedarf zu decken,
so wird ein Ventil 36 in der Entnahmeleitung 4 geöffnet und dadurch noch mehr Dampf
in die Umformeranlage geschickt. Zwischen. den Änderungen des Bedarfs @in der Leitung
21 und dem Dampfzusatz zum Mischer 7 besteht ein lineares Verhältnis. Bei erhöhtem
Dampfzusatz zum Mischer 7 muß auch die Fördermenge der Pumpe 16 geändert werden.
Dies wird durch einen Impuls 34" - erreicht, der gleichzeitig mit der Verstellung
der Ventile 35 und 36 die Umlaufzahl der Pumpe z6 proportional den Änderungen der
Mischerdampfmenge einregelt. Steigt beispielsweise der Dampfbedarf auf das Doppelte,
so muß die Förderung der Pumpe 16 ebenfalls auf das Doppelte ansteigen.
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Es war bereits gesagt, daß die Feuerung durch einen Impuls 33 in Abhängigkeit
von den Belastungsschwankungen verstellt werden soll. Diese Regelung kann erfindungsgemäß
dadurch feiner ausgestaltet werden, daß der Impuls 33 nur als Vonimpuls wirkt. Zur
Feinstellung
der Feuerung dient ein Impuls 38, der die i@euerung in Abhängigkeit von der i`onzentration
der Dicklauge, derart verstellt, (laß bei steigender Konzentration die Wärmezufuhr
vermindert, bei fallender Konzentration verstärkt wird. Ist der Druck im Lindatnpfer
18 konstant, so kann der Impuls 38 als Temperaturimpuls ausgebildet sein. @V ill
man eine Abhängigkeit unmittelbar von der Konzentration herstellen, so kann man
hierfür auch eine Einrichtung anwenden, die die Konzentration selbst feststellt,
beispiels-«-eise einen Tauchkörper oder eine elektrische Einrichtung, deren Widerstand
durch Konzentrationsänderungen beeinflußt wird.
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Der Konzentrationszustand einer Lösung ist abhängig von ihrem Druck
und .ihrer Temperatur. Da man eine konstante Konzentration der Dicklauge beibehalten
will, so wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, durch die der Druck im
Eindampfer 18 konstant gehalten wird. Hierzu dient ein l'berströnlvelltil 39, das
durch einen Impuls 37 in Abhängigkeit von den Druckschwankungen im Eindampfer 18
verstellt wird. An Stelle eines überströmventils kann auch ein ltückschlagventil
vorgesehen werden.
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Bei der Anlage nach Abb. i wurde dem erhöhten Dampfbedarf durch proportionale
«#nderung der in der Zeiteinheit umlaufenden 1-.augenmenge Rechnung getragen. Die
Konzentration der Dicklauge und der Dünnlauge bleibt hierbei konstant. Die Anlage
nach der Abb. 2 arbeitet in einer etwas abgeänderten Art. Die aus dem Eindampfer
18 kominende Dicklauge gelangt über den Temperaturwechsler 17 und die Kraftmaschine
23 zunächst zum :Mischer 7, wo sie sich -mit Dampf aus dem \ iederdruckteil!2 .der
Maschine mischt. Die hierbei frei werdenden Wärmemengen dienen zur Erzeugung von
iederdruckdampf im Verdampfer 13. Aus rlem Mischer 7 wird die Lauge über eine Leitung
d.o dem Vorwärmer 4.1 zugeführt, der weiteren Mischdampf aus der Leitung erhält.
Die Pumpe 25 fördert das- Speisewasser sowohl durch den Vorwärmer 26 wie durch den
Vorwärmer .41. Hierbei entstehende Überschußmengen werden in einem Speisewasserspeicher
4.2 gespeichert. Die Möglichkeit, durch dieses Verfahren größere Dampfmengen in
der Lauge unterzubringen, beruht auf der Erscheinung, daß die Aufnahmefähigkeit
einer Lösung für dasLösungsmittel mit fallender Temperatur steigt. Die fallende
Temperatur wird durch die Speiseasserzufuhr zum Vorwärmer .41 erreicht. 1`m zwischen
der Menge des dem Vorwärmer .41 zuzuführenden Umformerdampfes und der Speisewassermenge
eine Abhängigkeit zu schaffen, ist ein Schieber 43 vorgesehen, der ::usammen mit
dem Ventil 36 verstellt wird, und zwar derart, daß bei erhöhter Zufuhr von U mformerdampf
zum Vorwärmer 4.1 die Speisewasserzufuhr vergrößert wird und umgekehrt.
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Das zuletzt beschriebene Verfahren arbeitet mit veränderlichen Konzentrationen
der Dünnlauge und dementsprechend auch mit veränderlichen Temperaturen der Dünnlauge.
Würde man die Dünnlauge mit den veränderlichen Temperaturen durch den Temperaturwechsler
17 hindurchleiten, so würde auch die ihn durchfließende Dicklauge verschiedene Endtemperaturen
annehmen und dadurch in den Mischer; mit veränderlichen Temperaturen eintreten,
die Schwankungen im @"e rdampfer 13 zur Folge haben würden. Um diese Schwankungen
zu vermeiden, ist eine Umgehungsleitung .l4 vorgesehen, durch die die Dünnlauge
am Temperaturwechsler 17 unmittelbar in den Eindampfer i8 geleitet werden kann.
Ein Ventil 45, das in Abhängigkeit von der Temperatur der Dicklauge gesteuert wird
(Einflußlinie .46 j, regelt den Durchfluß der Dünnlauge durch den Temperaturwechsler
17 derart, daß die Austrittstemperatur der Dicklauge konstant bleibt.
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Bei dieser Anordnung braucht die Drehzahl der Umwälzpumpe 16, 23 nur
im Maße des zugeführten Umformerdampfes vergrößert zu ,verden, da die Konzentration
der Dünnlauge abnimmt. Man kann also bei dieser Anordnung die Pumpenarbeit vermindern,
ein Umstand, der für die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Anlage von Bedeutung
sein kann. Die Drehzahl der Pumpe kann entweder von den Belastungsschwankungen der
Anlage, giinstiger aber unmittelbar von der Menge des Umformerdampfes abhängig gemacht
werden.
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Im übrigen ist es nicht erforderlich, daß der Teil .41 unbedingt als
Vorwärmer ausgebildet ist, sondern er kann auch als Dampferzeuger ausgeführt sein.
In diesem Falle wird man zweckmäßig den entstandenen Dampf in die entsprechende
Druckstufe des Maschinenteils :2 einführen.
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Zur Abbildung ist noch zu bemerken, daß Einflußlinien gestrichelt
gezeichnet sind, während Abänderungen der Impulse, die die gleicheWirkung haben,
durch strichpunktierte Linien dargestellt sind.