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Verfahren zur Erzeugung großer mengen überhitzten Arbeitsdampfes aus
kleinen Erregerdampfmengen Es ist bekannt, bei Dampferzeugungsanlagen mit Überhitzung
des Dampfes zu arbeiten, um mit einer möglichst geringen Sattdampferzeugung auszukommen.
Der dabei erzielte Vorteil ist aber begrenzt durch die Höhe des geforderten Arbeitsdampfdruckes,
da mit zunehmendem Druck die Sattdampftemperatur selbst mehr und mehr steigt und
die zulässige Überhitzungstemperatur natürlich nicht unbegrenzt gesteigert werden
kann. Ist aber der Unterschied zwischen Sattdampftemperatur und Überhitzungstemperatur
nicht groß genug, um den Dampfverbrauch einer Kraftmaschine mit einem Kessel bestimmter
Sattdampfleistung bestreiten zu können, so muß die Kesselanlage vergrößert werden.
Dies führt natürlich zu erheblichem Kostenaufwand, den man möglichst zu vermeiden
sucht.
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Es ist daher schon vorgeschlagen worden, den Dampf nach Ausnutzung
in einer Oberstufe der Maschine wiederholt zu überbitzen, in der Erkenntnis, daß
dieser Weg infolge der größeren Billigkeit der Überhitzungsanlage und ihrer größeren
Anspruchslosigkeit hinsichtlich Reinigung u. dgl. vorteilhafter ist als eine Vergrößerung
der Hochdruckkesselanlage. Die dabei erzielbaren Ersparnisse sind aber nur gering,
weil sie in den erforderlichen Dampfleitungen vom Maschinenhaus zum Kesselhaus und
zurück großenteils wieder verlorengehen. Ein anderes bekanntes Verfahren, darin
bestehend, die Wärme von noch überhitztem Maschinendampf zur Erzeugung von hocherhitztem
Kesselspeisewasser und somit zur indirekten Steigerung der Sattdampferzeugung zu
benutzen, ist in vielen Fällen zur Deckung des Mehrbedarfs nicht ausreichend und
mitunter infolge der gegebenen Verhältnisse nicht durchführbar.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, nach dem zunächst kleine
Erregerdampfmengen überhitzten Dampfes durch Zufübrung von Wasser in größere Mengen
Sattdampfes umgewandelt werden.
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Es ist bereits bekannt, auf diesem Wege größere Mengen Sattdampf dadurch
zu erzeugen, daß man in einem beheizten Zerstäuber für das zuzuführende Wasser dieses
mittels des überhitzten Dampfes zerstäubt und die so gewonnenen größeren Sattdampfmengen
nach Entfernung des mitgeführten Wassers in einem Kessel zur Zerstäubung weiteren
Wassers in einem zweiten beheizten Zerstäuber benutzt. Dieses Verfahren ist für
die Zwecke der Erfindung nicht brauchbar.
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Auch ein anderes bekanntes Verfahren, bei dem einem ersten Überhitzer
entnommene kleine Dampfmengen in einem mit Wassereinspritzung arbeitenden Dampfkühler
auf etwa Sattdampftemperatur herabgekühlt und um die durch die Überhitzungswärme
erzeugten Sattdampfmengen
vermehrt als Sattdampf nochmals in den
gleichen Überhitzer geschickt werden, ist für die Zwecke der Erfindung nicht geeignet,
weil dabei als Arbeitsdampf dem Überhitzer nur das im Dampfkühler gewonnene Mehr
an Dampf entnommen werden kann, die Erregermenge überhitzten Dampfes aber bleiben
muß. Aus dieser können also beliebig große Mengen überhitzten Dampfes auf diesem
Wege überhaupt nicht gewonnen werden.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die in ähnlicher Weise
in dem Dampfkühler durch die Überhitzungswärme erzeugten Sattdampfrnengen wiederholt
überhitzt und tierabgekühlt werden, bis die gewünschte Betriebsdampfmenge erreicht
ist, die, abermals überhitzt, den Verbrauchern zugeführt wird.
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Der Erregerdampf kann von einem auf das Verbrauchsnetz schaltbaren
Kessel geliefert werden, bei dem auf einen Überhitzer ein mit Wassereinspritzung
oder Oberflächenverdampfung arbeitender Dampfkühler folgt, in dem kleine Mengen
überhitzten Dampfes auf etwa Sattdampftemperatur abgekühlt und um die durch die
Überhitzungswärme erzeugte Sattdampfmenge vermehrt wird, worauf ein zweiter Überhitzer
folgt. An diesen werden erfindungsgemäß weitere aus Dampfkühler und Überhitzer bestehende
Einheiten angeschlossen und an den letzten Überhitzer die Dampfverbrauchsstellen.
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Die Kühl- und Überhitzungseinrichtungen können gleichzeitig oder teilweise
ebenfalls an Verbrauchsstellen angeschlossen werden bzw. wieder abgeschaltet. Die
Dampferzeugungsanlage kann mit einer Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der
Mischtemperatur des den Kühler verlassenden Dampfes versehen sein, die z. B. aus
einem in Abhängigkeit von einem Thermostaten wirkenden Mengenregler bestehen kann.
Auch die Temperatur des einzuspritzenden Kühlwassers kann gegebenenfalls in Abhängigkeit
vom Dampfdruck selbsttätig geregelt werden.
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Man kann erfindungsgemäß während des Betriebes auf eine den Erregerdampf
liefernde Kesselanlage auch ganz verzichten, indem man z. B. bei der Inbetriebsetzung
den Erregersattdampf einem später abschaltbaren Speicher entnimmt, gegebenenfalls
unter Erhöhung des Sattdampfdruckes mittels Kompressors. Nachdem eine über den Verbrauch
hinausgehende Dampfmenge vorhanden ist, wird der Erregerdampf. den hintereinandergeschalteten
Kühler-und Überhitzereinheiten an einer geeigneten Stelle entnommen und durch einen
Verdichter als Erregerdampf in den ersten Überhitzer zurückgeführt. An Stelle des
Speichers kann auch ein vorgeschalteter, später abschaltbarer Röhrenschnelldampferzeuger
oder anderer Dampfkessel benutzt werden, oder der Erregerdampf kann bei der Inbetriebsetzung
anderen später abschaltbaren Dampferzeugern oder Wärmespeichern entnommen werden,
die zu der Kühl-und Überhitzungsanlage zeitweise parallel geschaltet werden. Im
übrigen kann die Einrichtung an jeder Kesselanlage angebracht werden, und der oder
die Hilfsüberhitzer können entweder von den Feuerungsgasen des Kessels oder auch
durch besondere Heizvorrichtungen (Kohlenstaub-, Teerölfeuerungen o. dgl.) beheizt
werden.
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In der Zeichnung ist eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach
der Erfindung als Beispiel dargestellt, bei welcher der Erregerdampf von einem Schnelldampferzeuger
geliefert wird.
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Angenommen, der Kessel r liefere in der Stunde etwa 8o ooo kg Dampf
von 15 at und 350', der stündliche Bedarf aber schwanke zwischen 8o oöo kg
und einem hohen Spitzenbedarf mit einem Mehrverbrauch von etwa 5o°/0 oder mehr.
Bei Spitzenlast wird dann der Dampf nach Durchgang durch den Ü berhitzer q nicht
unmittelbar in die Verbrauchsleitung b geführt, sondern in einen Dampfkühler cl,
in welchem er in bekannter Weise, z.B. durch Einspritzen von Wasser einer Temperatur
von beispielsweise 150', auf etwa Zoo ° abgekühlt wird. Die damit erzielbare Vermehrung
der Sattdampfmenge beträgt aber erst etwa 15 0/0. Der gesamte Sattdampf wird daher
nach neuerlicher Überhitzung in dem Hilfsüberhitzer dl auf etwa 45o' in einem zweiten
Dampfkühler e1 nochmals auf etwa Zoo ° abgekühlt. Es ergibt sich dabei wiederum
eine zusätzliche Sattdampfmenge von etwa 25 %, und dieser Sattdampf wird alsdann
in einem zweiten Hilfsüberhitzer f l wieder auf die anfängliche Überhitzungstemperatur
des Arbeitsdampfes von 35o° gebracht, falls er für den Bedarf ausreicht. Man erzielt
nämlich auf diese Weise aus 8o ooo kg Kesseldampf in der Stunde in der ersten Stufe
etwa g2 ooo kg und in der zweiten Stufe bereits etwa 115 000 kg, so daß man
bereits 35 ooo kg Mehrbedarf decken kann.
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Ist der Bedarf noch höher, so kann man dadurch, daß man den Dampf
aus dem Überhitzer f1 durch weitere aus Dampfkühlern und Überhitzern bestehende
Einheiten e2, f 2 bzw. es, f 3
usw. schickt, ohne weiteres die jedem
Spitzenbedarf entsprechenden Mengen überhitzten Dampfes gewinnen.
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Bei Normalbetrieb kann die Kühl- und Hilfsüberhitzungsanlage ganz
oder teilweise abgeschaltet werden, indem man nicht besonders dargestellte Absperrventile,
die vor den einzelnen Kühlern angebracht sind, schließt und Absperrventile, die
in vor den erstgenannten abgezweigten, zu den Verbrauchsstellen führenden Leitungen
angeordnet sind, öffnet.
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Die Regelung der Überhitzungstemperaturen bei den Hilfsüberhitzern
kann durch Regelung
der Feuerung erfolgen, oder auch durch Wassereinspritzung
in diese Uberhitzer selbst, wenn die Temperatur zu hoch werden würde. Dadurch kann
gleichzeitig eine weitere Steigerung der Dampfleistung bei entsprechend reichlich
bemessener Überhitzerheizfläche erreicht werden.
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Zur Lieferung des Erregerdampfes braucht man aber, wie gesagt, nicht
unbedingt den befeuerten Kessel y, sondern man kann diesen Dampf auch einem Wärmespeicher,
der z. B. zu einer Kraftanlage schwankender Belastung gehört, entnehmen, der an
den Überhitzer q anschließbar ist. Ist dabei der Speicherdruck zu gering, so kann
der entnommene Dampf vor Einführung in den Überhitzer q durch einen Kompressor auf
den erforderlichen Druck gebracht werden. Man kann dabei in verschiedener Weise
vorgehen, indem man den Erregerdampf dem Speicher dauernd entnimmt oder, falls dessen
Dampfvorrat nicht ausreicht, nur die für die Ingangsetzung der Hilfsanlage erforderlichen
erstmaligen Dampfmengen. Diese werden dann in der Hilfsanlage so weit vermehrt,
daß man hinter dem letzten Überhitzer außer den dem Verbrauch zuzuführenden Mengen
genügend überschüssigen Dampf hat, der im Kreislauf wieder dem Kühler e1 zugeführt
und dadurch, daß er aufs neue durch die Anlage geschickt wird, zur Fortführung des
Betriebes benutzt werden kann, wie in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist.
Man kann dazu auch bereits ausgenutzten, noch genügend Überhitzungswärme aufweisenden
Dampf benutzen, der gegebenenfalls durch den Kompressor auf den erforderlichen Druck
zu bringen ist.
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Falls im Betrieb überhaupt kein befeuerter Kessel und kein Speicher
vorhanden ist, so kann man die Inbetriebsetzung auch mit Hilfe eines kleinen Röhrenschnelldampferzeugers
oder mit Hilfe eines kleinen fahrbaren Dampferzeugers, z. B. einer Lokomobile, vornehmen
und dann in der vorgeschildertenWetse vom letzten Überhitzer aus weiterfahren, nachdem
der Erregerdampferzeuger abgeschaltet bzw. wieder entfernt ist.
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Die Ausnutzung der Überhitzungsabwärme kann in beliebiger und üblicher
Weise erfolgen, indem man damit z. B. das Kessel- oder Einspritzwasser angemessen
vorwärmt. Man kann dasselbe dabei gegebenenfalls in einem kleinen Speicher sammeln,
wobei man es in der Hand hat, dasselbe in einem Vorwärmer noch weiter, gegebenenfalls
später, vorzuwärmen. DieTemperatür des Wassers kann dabei in Abhängigkeit vom Dampfdruck
geregelt werden.
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Die Abgase der Überhitzer können aber bei geeigneten Verhältnissen
auch zur Erzeugung von Niederdruckdampf verwendet werden, der im Bedarfsfalle in
einem Speicher gesammelt werden kann. Sie können auch zur Erzeugung von Heißluft
oder allein zur Vorwärmung von Kondenswasser, unter Umständen auch zur Überhitzung
von Mitteldruckdampf benutzt werden.
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Hat man bei selbsttätiger Beheizung der Überhitzer Bedenken wegen
zu hoher Anfangstemperatur der Heizgase, so kann man diese zunächst anderweitig,
z. B. zur Dampferzeugung in einem gewöhnlichen Kessel oder im Schnelldampferzeuger
oder auch zur Bereitung von Heißwasser, benutzen. Wenn dies nicht angängig ist,
z. B. Heißwasser nicht in größeren Mengen gebraucht wird, kann man die bereits ausgenutzten
Rauchgase den Heizgasen wieder beimischen und so die Temperatur derselben herabmindern.
Ein Verbrennen der Überhitzer bei Stillegung der Anlage kann dadurch verhindert
werden, daß man nach Abstellung der Heizung zunächst noch geringe Wassermengen einspritzt
oder gewisse Dampfmengen durchschickt, bis die Gefahr beseitigt ist.