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Verfahren und Einrichtung zum Betriebe von Dampfanlagen mit Wärmespeicherung
Es sind Wärmespeicher bekannt, denen in Zeiten geringeren Dampfbedarfes Überschußdampf
zugeführt und in Form von Wasser aufgespeichert wird, um bei erhöhtem Bedarf wieder
als Dampf abgegeben zu werden. Durch diese Anordnung wird die Deckung beliebig hoher
Dampfspitzen bei gleichmäßiger Kesselbelastung erreicht. Bei der Entladung derartiger
Speicher tritt jedoch eine Drucksenkung ein, die, um die Speicher nicht übermäßig
groß und teuer zu erhalten, gewöhnlich zwischen weiten Grenzen gewählt wird. Für
viele Dampfverbraucher, besonders für Kraftmaschinen, ist es erwünscht, Dampf von
gleichbleibender Spannung aus dem Speicher zu erhalten.
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Es ist ferner bekannt, die Verdampfungswärme von überschüssigem Dampf
an ein Speichermittel abzugeben und die so gespeicherte Wärme dazu zu benutzen,
bei hoher Belastung der Anlage fehlenden Dampf zu erzeugen. Bei diesem bekannten
Verfahren wird das durch die Niederschlagung des überschußdampfes gebildete Kondensat
wieder dem Kessel zugeführt, während der Zusatzdampf aus vorgewärmtem Speisewasser
erzeugt wird. Soll der Zusatzdampf stets gleichbleibende Spannung besitzen, so muß
ein Zusammenhang zwischen jeweiligem Dampfbedarf und Fördermenge der Speisewasserpumpe
geschaffen werden, was aber umständliche Regelungen erfordert, so @daß man bisher
lieber einen schwankenden Dampfdruck in Kauf genommen hat. Es ist weiterhin auch
nicht mehr neu, als Speichermittel eine Flüssigkeit mit einem höheren Siedepunkt
als Wasser zu verwenden und die in dem wärmespeichernden Stoff enthaltene Wärme
mittelbar an einen Dampferzeuger zu übertragen, um bei Bedarf Dampf gleichbleibenden
Druckes und gleichbleibender Temperatur zu erzeugen und einen nur für .geringen
Überdruck gebauten Wärmespeicher benutzen zu können.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird die Erzeugung von Zusatzdampf gleichbleibenden
Druckes in einfachster Weise dadurch erreicht, daß das infolge der Wärmeabgabe an
ein Speichermittel entstehende Kondensat des Überschußdampfes in einem Speicher
gesammelt und zur Erzeugung des fehlenden Dampfes durch :das Speichermittel hindurchgeleitet
wird. Als Speichermittel wird zweckmäßig eine Flüssigkeit verwandt, die einen höheren
Siedepunkt als Wasser besitzt, wodurch der eigentliche Speicherkörper keinen oder
nur einen geringen Überdruck erhält und daher sehr billig wird. Das Kondensat des
überschußdampfes wird durch Zusatz von kaltem Wasser auf unveränderlichem Druck
gehalten, der geringer ist als der Kesseldruck. Bei der Entladung wird das Wasser
mit unveränderlichem Druck durch den ersten Behälter geleitet, wo es die dort aufgespeicherte
Verdampfungs- bzw. Verdampfungs- und Überhitzungswärme wieder annimmt. Es verläßt
diesen Behälter als Dampf von ,gleichbleibender Spannung.
An Hand
der beiliegenden Zeichnungen soll das Verfahren nach der Erfindung an einem elektrischen
Kraftwerk als Beispiel erläutert werden.
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In der Abb. r bezeichnet K die Dampferzeugungsanlage. Die Leitung
a führt den Dampf über die Regelvorrichtung R, zur Turbine T" die den Kraftbedarf
der Grundlast des Werkes deckt. Die Turbine T, treibt einen Generator G, an. An
der Turbine ist der Kondensator C, angeschlossen, dessen Kondensat dem Speisewasserbehälter
W zufließt.
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Der Kessel K liefert eine gleichbleibende Menge Dampf, die dem mittleren
Bedarf der Anlage entspricht. Ist nun der augenblickliche Kraftbedarf kleiner als
der mittlere, so steigt der Druck .in der Leitung. a, so 1daß sich das Überströmventil
UV öffnet und den überschüssigen Dampf durch die Leitung b in die Rohrschlange
c strömen läßt, die im Behälter S, liegt, der mit einem Wärmeübertragungsmittel
F, z. B. mit einer Flüssigkeit von höherem Siedepunkte als Wasser, gefüllt ist.
Der Inhalt des Behälters S, hat eine niedrigere Temperatur als der eintretende Dampf,
so daß dieser durch die Wand der Rohrschlange Wärme an die Flüssigkeit .abgibt und
selbst dabei kondensiert. Die Menge der Flüssigkeit F ist so bemessen, daß ider
Dampf beim Austritt aus dem unteren Ende der Schlange seine gesamte Verdampfungswärme
bzw. Verdampfungs- und Überhitzungswärme abgegeben hat und in flüssiger Form durch
die Leitung d mit denn Rüc@kschlagventxl B, in den Behälter S, fließt.
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Im Behälter. S2, in ;dem ein geringerer Druck als in :der Dampfleitung
a herrscht, verdampft infolge des Druckabfalls ein Teil des zufließenden Kondensats,
so @daß der Druck im Behälter ein wenig steigt. Dadurch wird die Pumpe P, so beeinflußt,
daß sie, entsprechend der Drucksteigerung im Behälter S2, eine gewisse Menge kalten
Wassers aus dem Speisewasserbehälter W durch die Leitungh in den Behälter fördert.
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Dieses kalte Wasser dient dazu, den sich aus dem Kondensat bildenden
Dampf niederzuschlagen, so daß der frühere Druckzustand im Behälter wiederhergestellt
wird. Der Inhalt des $ehälters S2 steht sornüdauernd unter .gleich hohem Druck.
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Steigt nun der Kraftbedarf über den mittlerenWert, so wird der Druck
in der Leitu:ng a sinken und das Überstr ömventil UV
schließ-en. Steigt der
Kraftbedarf noch weiter, so ruß die 'Turbine T, zur Krafterzeugung herangezogen
:werden. Hat irtan den Druck im Behälter @@, .z. B. auf einem Wert gehalten, der
um den Druckverlust in den Rohrleitungen ,e, f, .c und g größer ist als der Betriebsdruck
der Turbine T2, so wird die im Speicher SZ über dem Flüssigkeitsspiegel liegende
Dampfschicht :das darin befindliche Wasser durch die Leitung e, das Rückschlagventil
Bz und die Leitung f in die Rohrschlange c drücken. Der Inhalt F des Speichers
S, dessen Temperatur zur Zeit der Ladung erhöht wurde, dient jetzt dazu,
das durch die Schlange c strömende Wasser zu verdampfen. Da der Druck, den die im
oberen Teil des Behälters S, befindliche Dampfmenge auf .den Wasserinhalt :des Behälters
ausübt, praktisch unverändert bleibt, so hat auch der durch die Leitung g der Turbine
TZ über das Regelventil R2 zuströmende Dampf stets gleichen Druck. Das Rückschlagventil
B, verhindert, daß bei der Entladung Dampf aus dem Speicher S2 in die Leitung strömt.
Eine Drucksenkung im Speicher wird dadurch vermieden. Wählt man den Druck im Speicher
S, kleiner als den Betriebsdruck der Turbine T2, so ruß anstatt des Rückschlagventils
B= eine Pumpe eingebaut werden, deren Fördermenge in Abhängigkeit von der Belastung
der Turbine T. zu regeln ist.
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Die Menge kalten Wassers, die dem Speicher S, in den Ladezeiten in
wechselnder Menge durch die Leitung h zufließt, kann durch die Pumpe P2 in gleichmäßigem
Strome zur Kesselspeisung verwendet oder :einem anderen Heißwasserverhraucher zugeführt
werden.
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E bezeichnet einen Abgasvorwärmer, P., die Speisepumpe, i eine Frischwasserleitung.
Als Wärmeübertragungsmittel könnet auch feste Körper oder solche, die bei -der Außenlufttemperatur
fest und bei .den in Frage kommenden Dampftemperaturen flüssig sind, verwendet werden.
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Für den Fall, daß ein fester Körper als Wärmeübertragungsmittel Verwendung
findet, fällt der Einbau der Rohrschlangec weg und der Dampf bzw. das Wasser wird
,durch entsprechend angeordnete Kanäle im Speicherkörper geführt.
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Die Turbinen T2 =d T" sind .im beschriebenen Beispiel der Einfachheit
halber als einstufige Kondensationsmaschinen angenommen worden. Sie könnten auch
die v2rschiecienen Stufen einer Maschine .sein. An Stelle dieser Turbinen könnten
auch ein- oder mehrstufige Konden.sations-, -Gegendruckoder Anzapfmasch@inen verwendet
werden, Ebenso könnten in der .Anlage Hei7ida.mpfverbraucher vorhanden seht, für
die idie Speicheranlage ganz oder zum Teil Verwendung findet. Der Speichen- kann
an einer bdiebgen Stelle der Dampfanlage eingebaut werden, worüber nach den jeweiligen
Betriebsverhältnissen zu ;entscMi,den ,ist.
In gewissen Fällen,
besonders dann, wenn der Frischdampf sehr hoch überhitzt ist, wird es von Vorteil
sein, an Stelle des einen Behälters S; zwei Behälter nach der Abb. 2 anzuordnen.
Dem durch die Leitung b einströmenden Dampfe wird im Behälter S .die Überhitzungswärme
und im Behälter S, die Verdampfungswärme entzogen. Bei der Entladung wird das aus
dem Behälter S2 kommende Wasser im Behälter S, verdampft und im Behälter S überhitzt
werden. Dadurch wird erreicht, daß die im Behälter S, vielleicht noch nicht verdampften
Wasserteilchen in der Schlange des Behälters S sicher verdampft werden.
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Bei dieser Anordnung wird die Temperatur des Wärmeübertragungsmittels
im Behälter S größer sein als im Behälter S,. Man kann in diesem Falle für jeden
Behälter ein anderes Wärmeübertragungsmittel verwenden.