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Verfahren und Einrichtung zur mehrstufigen Zwischenüberhitzung von
Arbeitsdampf mittels Heizdampf Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung
zur rnehrstufigen Zwischenüberhitzung von Arbeitsdampf mittels Heizdampf. Zur stufenweisen
Überhitzung von Arbeitsdampf wurde bereits vorgeschlagen, für die verschiedenen
Stufen Heizdampf zu verwenden, der in der einen der beiden Stufen eine höhere Temperatur
hat als in der anderen. Dies geschah entweder dadurch, daß der Heizdampf bei unveränderlichem
Druck in der einen Stufe eine hohe Überhitzung erhält, während er in der zweiten
Stufe gar nicht oder wenig überhitzt ist, oder aber dadurch, daß bei Verwendung
von Sattdampf als Heizmittel in beiden Stufen für die eine Stufe Dampf von einer
weit höheren Spannung und einer entsprechend höheren Temperatur als in der anderen
Stufd verwendet `wird. Beide Überhitzungsarten haben gewisse Mängel. Im ersteren
Falle ist eine sehr hohe Anfangsüberhitzung des Heizdampfes erforderlich. Auch fällt
wegen des bei Heißdampf weniger guten Wärmeaustausches gegenüber Sattdampf die Heizfläche
des Zwischenüberhitzers dieser Stufe verhältnismäßig groß aus. Im zweiten Falle
dagegen ist, um das erwünschte hohe Temperaturgefälle zu erreichen, die Aufstellung
eines Dampferzeugers für sehr hohe Spannungen erforderlich.
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Es ist auch bereits bekannt, zur zweistufigen Zwischenüberhitzung
von Arbeitsdampf zwischen zwei Stufen des Dampfmotors aufeinanderfolgend als Heizmittel
den Dampf eines hochsiedenden Kohlenwasserstoffes zu verwenden, wobei indessen für
beide Heizstufen derselbe Wärmeträger benutzt wird. Wie bei dem bekannten Verfahren
der Zwischenüberhitzung durch hochgespannten Wasserdampf wird dabei die höhere Heiztemperatur
der einen Stufe gegenüber der anderen durch Verschiedenheit des Druckes des Wärmeträgers
verwirklicht.
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Demgegenüber wird gemäß der vorliegenden Erfindung für die mehrstufige
Zwischenüberhitzung des Arbeitsdampfes in der ersten Stufe hochgespannter kondensierender
Wasserdampf in gesättigtem oder überhitztem Zustand verwendet und in der darauffolgenden
Stufe der kondensierende Dampf eines das Phenyl Radikal C1oH1. enthaltenden Stoffes,
vorzugsweise
also Diphenyl C1oH12 oder Diphenyloxyd C1oH"0. Ist noch eine dritte Stufe erforderlich,
so wird in dieser der kondensierende Dampf von Quecksilber benutzt. Wie es an sich
schon für die Wärmeübertragung mittels flüssiger Wärmeträger bekannt ist, wird also
in jeder Stufe ein anderer Wärmeträger benutzt, und zwar so, daß mit der Stufenfolge
der Siedepunkt wächst. Durch die Verwendung von Sattdampf der betreffenden Flüssigkeiten
ist es möglich, den günstigsten Wärmeübergang zu erzielen und die Zwischenüberhitzungsanlage
gegenüber den bekannten Vorschlägen wesentlich zu verbilligen in Anbetracht der
niedrigen Drücke, die für die Heizmittel der auf die erste Stufe folgenden Stufen
erforderlich sind. In den meisten Fällen wird eine zweistufige Zwischenüberhitzung
genügen, undpraktischwird für die erste Stufe Wasserdampf, und zwar vorteilhaft
gesättigterWasserdampf aus einem in der Anlage vorhandenen Dampferzeuger, in Frage
kommen, während für die zweite Stufe als Heizmittel der Dampf des das Phenyl Radikal
enthaltenden Stoffes verwendet wird, um die endgültige Überhitzung des Zwischendampfes
zu erzielen. Die Erfindung ist indessen nicht auf zweistufige Zwischenüberhitzung
beschränkt, sondern kann auch für mehr als zweistufige Überhitzung Anwendung finden,
wobei auch Wasserdampf von verschiedener Spannung bzw. Temperatur für die beiden
ersten Stufen und der erwähnte hochsiedende Stoff für die dritte und gegebenenfalls
für die vierte Stufe Quecksilber verwendet werden kann.
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Kohlenwasserstoffe, welche das Phenyl Radikal C1oH12 enthalten, sind
in erster Linie Diphenyl (Cl, H12) oder Diphenyloxyd (C1, H12 0). Diese Flüssigkeiten
sind wegen ihres hohen Siedepunktes und ihrer sonstigen Eigenschaften zur Durchführung
des vorliegenden Verfahrens in Verbindung mit Wasserdampf für die erste Stufe und
Dampf von Quecksilber für eine weitere Stufe besonders geeignet.
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Die Zeichnung bringt als Beispiel die vereinfachte Darstellung einer
Kraftanlage mit zweistufiger Zwischenüberhitzung gemäß der Erfindung, und zwar mit
Wasserdampf als Heizmittel für die erste Stufe und einem anderen Dampf, vorzugsweise
eines der erw älinten a Kohlenwasserstoffe, fÜr die letzte Stufe. In der Zeichnung
bedeutet i den Hauptkessel bzw. die Kesselbatterie -der Anlage, welche hochgespannten
Arbeitsdampf, in der Regel überhitzten Wasserdampf, durch die Leitung :2 in die
Hochdruckturbine 3 liefert. Der in seiner Spannung und Temperatur verringerte Dampf
gelangt als Zwischendampf aus der Hochdruckturbine 3 in den Zwischenüberhitzer q..
Hierin wird er für weitere Arbeitsleistung, die in der Regel in einer -Niederdruckturbine
5 erfolgt, wieder überhitzt, um aus der Niederdruckturbine in einen nicht dargestellten
Kondensator geleitet zu werden.
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Der Zwischenüberhitzer q. ist mit zwei Sätzen von Heizelementen, nach
dem dargestellten Beispiel Heizschlangen 6 und 7, ausgestattet, und zwar erhält
nach dem dargestellten Beispiel die Heizschlange 6 für die erste Stufe der Zwischenüberhitzung
Dampf durch die Leitung 8 aus der Hauptleitung 2 zur Hochdruckstufe der Turbine.
Das Kondensat dieses Heizdampfes geht durch eine Leitung 9 an irgendeine geeignete
Stelle zur Ausnutzung seiner Wärme, beispielsweise in den Speisebehälter für den
Hauptkessel. Die beiden Heizelemente oder Schlangen 6 und 7 sind nach der Darstellung
in einem einzigen Zwischenüberhitzergehäuse untergebracht; selbstverständlich können
diese Gehäuse auch getrennt und durch eine Überleitung des zu beheizenden Zwischendampfes
miteinander verbunden sein. Der Einfachheit der Darstellung halber ist in der Abbildung
die Entnahme des Heizdampfes aus der Hauptleitung angedeutet, die in der Regel überhitzten
Arbeitsdampf führt. In diesem Falle wäre ein Heißdampfkühler. vor dem Heizelement
des Zwischenüberhitzers einzuschalten, um des besseren Wärmeüberganges wegen für
diese erste Zwischenüberhitzungsstufe Sattdampf als Heizmittel zu erhalten. DerHeizdalnpf
kann aber auch vor demÜberhitzer aus dem Hauptkessel oder aus einer anderen verfügbaren
Dampfquelle entnommen werden, welche Dampf von der für die Zwischenüberhitzung der
ersten Stufe gewünschten Spannung und Temperatur enthält.
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Während der Wasserdampf hiernach für die Zwischenüberhitzung der ersten
Stufe, also für die Vorüberhitzung, dient, erfolgt die endgültige Zwischenüberhitzung
oder Nachüberhitzung in der zweiten Stufe durch die Heizelemente oder Schlangen
7, welche mit Damp£ aus einem Hilfskessel io gespeist werden, der vorteilhaft, wie
dargestellt, nach dem geschlossenen Kreislaufsystem arbeitet, in dem durch die Wärme-
und Kondensationswirkung in den Schlangen 7 ein Umlauf aufrechterhalten wird. Diese
Schlangen ; erhalten den Heizdampf durch Leitung i i und lassen das Kondensat durch
die Rückleitung 12 in den Hilfskessel io zurücklaufen. Eine solche Einrichtung erscheint
vorteilhaft, doch ist sie selbstverständlich für das Verfahren gemäß der Erfindung
nicht notwendig. Der Hilfskessel, welcher den Heizdampf aus der hochsiedenden Flüssigkeit
liefert, kann auch von jeder anderen geeigneten Bauart sein. Er
kann
ferner eine eigene Feuerung haben oder auch durch die Abgase des Hauptkessels oder
einer anderen vorhandenen Feuerungsanlage beheizt sein.
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Da: folgende Beispiel soll die Vorteile der Erfindung erläutern: Angenommen,
der Was-. serdampf wird mit -.o ata erzeugt und mit einer Gesamttemperatur einschließlich
Überhitzung von .Ioo= C, um in einer Hochdruckturbine bzw. allgemein in der Hochdruckstufe
einer Dampfmaschine Arbeit zu leisten. aus der er mit beispielsweise angenähert
A- ata Druck und einer Temperatur von i.I5" C in den Zwischenüberliitzer
gelangt. Ferner sei es erwünscht, aus dem Zwisclienüberhitzer den Zwischendampf
mit einer -Temperatur von 385 - C in die X iederdruckturbine bzw. allgemein in die
nächstfolgende Druckstufe der Dampfmaschine zu liefern. Ferner sei angenommen, daß
die Zwischenüberhitzung der ersten Stufe durch Arbeitsdampf erfolgt, der von der
Hauptleitung abgezapft wird. Dieser Dampf von .Io ata liat eine Sättigungstemperatur
von 25o' C, w@ihrend der Zwischendampf von 3":#. ata, der in den Zwischenüberhitzer
gelangt, eine Temperatur von angenommen 145' C habe. Hieraus ist ersichtlich, daß
bei der Verwendung des Wasserdampfes von jo ata die Überhitzung des Zwischendampfes
auf etwa 21o bis 245 C mcglich ist. Wird nun beispielsweise Dampf von Diplienyl
für die zweite Stufe der Zwischenüberhitzung zur endgültigen Überhitzung des Zwischendampfes
von 2-o bis 245' C auf beispielsweise 385' C verwendet, so ist das deshalb vorteilhaft,
weil dieser Stoff eine Verdampfungsteinperatur von 26o' C bei i ata hat und eine
Verdampfungstemperatur von .Ino= C bei etwa i i ata. Infolge dieser hohen `t'erdanipfungsteinperatur
für einen gegebenen Druck ist ersichtlich, daß die gewünschte endgiiltige Zwischenüberhitzung
auf 385' C leicht durch die Anwendung von Diphenvldampf als Heizmittel unter verhältnismäßig
niedrigem Druck des letzteren erreichbar ist. Es würde an sich naheliegend erscheinen,
den Diphenyldampf mit Rücksicht auf seine hohe Verdampfungstemperatur für die ganze
Zwischenüberhitzung zu verwenden. Die Schwierigkeit aber, welche dieses Verfahren
ungünstig macht, beruht auf der Tatsache, daß der Wärmeinhalt des Diphenyldampfes
im Vergleich zu dein von Wasserdampf verhältnismäßig klein ist, in erster Linie
wegen des sehr geringen Inhaltes an Verdampfungs-Wärme des Diphenvldampfes. Beispielsweise
hat ges,ittigter Diphenvldampf bei i i ata nur einen Inhalt an Verdampfungswärme
von etwa 53,5 cal. pro Kilogramm (96 B. T. U. per Pfund), und es ist einleuchtend,
daß in dem Gebiet niederer Temperatur, wo Wasserdampf mit Vorteil verwendet werden
kann, die notwendige Wärmezuführung durch eine weit geringere Umlaufmenge von Wasserdampf
als von Diphenvldampf erreichbar ist. Aus diesem Grunde wird in der niederen Temperaturstufe
(Vorerhitzung) gemäß der Erfindung Wasserdampf verwendet, der einen hohen Wärmeinhalt
hat, während die endgültige, schwieriger erreichbare hohe Temperatur (N achüberhitzung
) der zweiten Stufe bewirkt wird durch ein Heizmittel von höherer Verdampfungstemperatur,
aber geringerem Inhalt an Verdampfungswärme pro Gewichtseinheit.
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Die Anwendung der Erfindung für Temperaturen einer höheren Ordnung
wird durch folgendes Beispiel erläutert: Angenommen, es werde in der Kesselanlage
Hochdruckdampf von ioo ata und .Loo' C Anfangstemperatur erzeugt, der durch die
Arbeitsleistung in der Hochdruckstufe der Maschine auf einen Druck von etwa 51/,
ata entspannt wird und beimAustritt eineTemperatur von 225' C hat. In diesem
Falle, wo Dampf von ioo ata zur Verfügung steht, der eine Sättigungstemperatur von
310' C hat, erfolgt die Zwischenüberhitzung der ersten Stufe vorteilhaft durch Benutzung
dieses Dampfes mit seinem hohen Wärmeinhalt, :während die endgültige Zwischenüberhitzung
wiederum durch Dipheny ldampf erfolgt, welcher bei einem Druck von etwa i i ata
eine genügend hohe Sättigungstemperatur besitzt, um den Zwischendampf auf die gewünschte
Temperaturhöhe von etwa 385' C zu bringen.
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Was in dem vorstehenden Beispiel für Dampf von Diphenyl gesagt ist,
gilt sinngemäß auch für Dampf von Diphenyloxyd.
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In einigen Fällen erscheint es erwünscht, für eine weitere Stufe Dampf
von 0uecksilber zu verwenden, das bei atmosphärischem Druck eine %Terdampfungstemperatur
von 357' C hat. In den meisten Fällen wird aber Dampf von Diphenvl, das eine Verdampfungstemperatur
von .i.56' C bei einem Druck von nur etwa 21 ata hat, für den Bedarf der üblichen
Dampfkraftanlagen ausreichend sein.
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Weitere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung ergeben sich für
den Fachmann von selbst. Die hier gegebenen Erläuterungsbeispiele sind nur als solche
zur vorteilhaften Durchführung des Verfahrens aufzufassen.