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Verfahren zum Betrieb eines Dampferzeugers Die vollkommene Ausnutzung
der Rauchgaswärme ist bei den gewöhnlichen Dampfkesselfeuerungen bekanntlich nicht
möglich, da das Temperaturgefälle sich gegen das Ende zu immer mehr verkleinert
und auch der Wärmeübergang infolge der üblichen kleinen Geschwindigkeiten gering
ist. Trotzdem bei Rauchgas- oder Luftvorwärmern oft sehr große Heizflächen angewendet
werden, bleiben die Abgastemperaturen noch verhältnismäßig hoch. Es gehen also noch
ansehnliche Beträge von Wärme ungenutzt ins Freie. Die Wärmeausnutzung wäre nur
dann eine vollständige, wenn die Temperatur :der Abgase, bei Verwendung von Rauchgasvorwärmern,
am Austritt aus dem Vorwärmer, bei Verwendung von Lufterhitzern am Eintritt in den
Lufterhitzer, gleich der Temperatur der Verbrennungsluft am Eintritt in den Feuerraum
ist. Dies ist bei den gewöhnlichen Dampfkesselfeuerungen nicht erreichbar.
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Anders liegen die Verhältnisse bei Dampferzeugern der Art. wie sie
im Hauptpatent beschrieben sind. Bei diesen wird der Brennstoff in einem geschlossenen
Behälter unter Duckerhöhung verpufft, die Druckerhöhung zur Erzielung hoher Strömungsgeschwindigkeiten
der Verbrennungsgase und damit großer Wärmeübergänge an die Heizrohre verwendet.
Das Brennstoffluftgemisch wird unter Druck von einem Verdichter geliefert. der mit
einer hinter den Heizflächen angeordneten Gasturbine gekuppelt ist, die ihre Antriebsenergie
aus der von dem den Verbrennungsgasen beim Austritt aus den Heizflächen verbleibenden
Strömungs- und Druckenergie erhält.
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Gemäß der Erfindung sollen nun diese Dampferzeuger derart betrieben
werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit und der Druck der Verpuffungsgase innerhalb
der Heizrohre nur so weit erniedrigt wird, daß die diesen Gasen noch innewohnende
Restenergie ausreicht. üm die Verbrennungsluft mit Hilfe des von ihnen beaufschlagten
Abgasturbinenverdichters auf gleiche oder höhere Temperatur zu bringen. als sie
die Verpuffungsgase beim Eintritt in die Gasturbine haben.
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Durch die entsprechende Bemessung der Heizrohre bezüglich ihrer Oberfläche
kann nämlich erreicht werden, daß die Abführung der fühlbaren Wärme eine nahezu
vollständige ist, so daß die Temperatur der Abgase diejenige der Verbrennungsluft
nahezu erreicht oder sogar unterschreitet, während durch die richtige Bemessung
des Heizrohrquerschnittes (bzw. der Länget .die vollständige Vernichtung des Druckgefälles
verhindert wird. so daß trotz geringer Temperatur noch genügend Energie in den Abgasen
verfügbar
bleibt, um die Verdichtungsarbeit für die Verbrennungsluft
aufzubringen.
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Die Zusammenhänge werden am besten an Hand der sinnbildlichen Zeichnung
erläutert. In der Verbrennungskammer i wird ein Brennstoffluftgemisch, das durch
Ventil e unter Druck in die Verbrennungskammer gebracht wurde, entzündet und verpufft.
Durch die Druckerhöhung werden die durch die Heizrohre 3 abströmenden Verbrennungsgase
auf hohe Geschwindigkeiten gebracht, so daß ihr Wärmeübergang an die Wände ein außerordentlich
hoher wird. Von den Wänden wird die Wärme zum Teil durch Umlaufwasser, das teilweise
verdampft, zum Teil .durch frisches Speisewasser abgeführt. Zu diesem Zweck kann
der Wärmeau.stauschkörper ¢ lnit den. Heizrohren 3 durch eine Scheidewand 5 unterteilt
sein, er kann aber auch aus zwei getrennten Körpern bestehen, die nacheinander von
den -Heizgasen beaufschlagt werden. Zum Vorbeibewegen des Wassers dient eine Umlaufpumpe
6 bzw. die Speisepumpe 7. Der erzeugte Dampf wird im Behälter 8 abgeschieden, der
Betriebsdampf bei 9 entnommen. Am Ausströmende der Heizrohre, die zur Aufrechterhaltung
des Verdichtungsdruckes und bis zur Beendigung der Verpuffung durch ein Entladeventil
io abgeschlossen sein können, ist eine Gasturbine i i angebracht, die mit der Restenergie
der Verbrennungsgase betrieben wird und zum Antrieb des Verdichters 12 dient, der
die Verbrennungs- und Spülluft liefert.
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Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erfordert nun
eine bestimmte Bemessung der Heizrohre 3. Ihre Oberfläche muß so groß gemacht werden,
daß das Umlaufwasser und das frische Speisewasser den Verbrennungsgasen nahezu alle
Wärme entziehen kann, während der Durchtrittsquerschnitt und die Länge der Rohre
nur so viel Drucksenkung durch Reibungswiderstand und Entspannung ergeben soll,
daß am Ende der Heizrohre q. bzw. vor den Gasturbinendüsen 13 noch genügend Druckgefälle
vorhanden ist, um die erforderliche Verdichterleistung aufzubringen. Die vom Verdichter
aufgenommene Arbeit bleibt, abgesehen von den Lager- und Undichtigkeitsverlusten,
dem Wärmekreislauf vollkommen erhalten, da diese in Form von Verdichtungs- und Reibungswärme
mit der Luft in den Verbrennungsraum zurückgebracht wird. Es wird sich somit ein
außerordentlich hoher Feuerungswirkungsgrad erreichen lassen.
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Bei höheren Verpuffungstdrücken oder besseren Wirkungsgraden der Gasturbine
und des Gebläses ist es nicht ausgeschlossen, den Feuerungswirkungsgrad .noch weiter
zu steigern, d. h: die Luft mit höheren Temperaturen in die Verbrennungskammer zu
liefern, als sie die Abgase bei Austritt aus den Heizrohren aufweisen. Die Erreichung
eines derartigen hohen Wirkungsgrades wird verständlich, wenn man bedenkt, daß etwa
fehlende Wärme aus der Umgebung geliefert werden kann. Der richtige Gedanke der
vorliegenden Erfindung liegt nämlich in der Verwendung der den Heizrohren nachgeschalteten
Gasturbinenanlage als Wärmepumpe, indem dieser Maschinensatz in Verbindung mit dem--durch
Verpuffung in der Verbrennungskammer. -geschaffenen Druckgefälle gestattet, für
die Dampferzeugung unbrauchbare Temperaturen auf solche, die brauchbar sind, zu
heben. Abgastemperaturen von z. B. ioo bis i5o° C, wie sie sich hier erreichen lassen,
sind praktisch für nichts mehr- brauchbar, die gleiche Temperatur, der Verbrennungsluft
mitgeteilt, ist jedoch vollwertig. Durch Heizflächen von Lufterhitzern und Speisewasservorwärmern
hindurch wäre eine Wärmeübertragung bei .diesen niedrigen Temperaturen wenig aussichtsreich.
Über Gasturbine und Verdichter ist sie dagegen auf billigste Weise erreichbar, wobei
noch fehlende Wärme, z. B. bei Entspannen in der Gasturbine auf Temperaturen unter
die Temperatur der Umgebung, durch Entziehen aus der Umgebung ersetzt werden kann.