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Dampfkraftanlage mit Fernheizbetrieb Die bisherigen Ausführungen von
Dampfkraftwärmewerken mit Fernheizung leiden an verschiedenen Mängeln. Gibt man
z. B. das Heizmittel als Niederdruckdampf ab, um die Übertragungswärmeverluste niedrig
zu halten, so braucht man große Querschnitte, oder man hat eine zu niedrige Heiztemperatur.
Nimmt man Hochdruckdampf, so hat man zwar höhere Verbrauchstemperaturen, aber der
Abfall an Druck und Temperatur bis an Ort und Stelle wird zu groß.
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Da der Bedarf an Wärme und Kraft zu verschieden ist, ist eine weitgehende
Regelung notwendig, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu erhalten.
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Nach der Erfindung wird daher eine vollständige Hochdruck- und Niederdruckanlage
verwendet, die jede allein für sich arbeiten kann, bei der anderseits aber auch
die Niederdruckanlage hinter die Hochdruckanlage geschaltet werden kann. Für das
Fernheiznetz wird entweder Abdampf derHochdruckmaschine, Frischdampf aus dem Niederdruckkessel
oder gedrosselter Hochdruckfrischdampf oder deren Wärme abgegeben. Ferner werden
in die Verbraucherleitungen Wärmespeicher eingeschaltet und der Ladedampf dieser
Speicher oder sein Wasser werden durch elektrischen Strom in Wärmetransformatoren
auf der jeweils erforderlichen Temperatur oder Druck gehalten. Auf diese Weise können
durch wahlweise Schaltung auf der Dampferzeugerseite und durch wechselweise Verwendung
von Dampf und elektrischem Strom je nach dem Bedarf zu den verschiedenen Tages-
und Jahreszeiten sowohl für das Kraftwerk wie für den Heizbetrieb die günstigsten
Verhältnisse geschaffen werden. Denn es arbeiten entweder die Stromerzeuger der
Hoch- und Niederdruckanlage gemeinsam oder einzeln auf das elektrische Netz. Es
kann auch überschüssiger Dampf aus dem Hochdruckkessel im Niederdruckkessel gespeichert
werden, um später entweder in der Niederdruckmaschine Arbeit zu leisten oder als
Wärmeträger für das Fernheizwerk zu dienen. Das rücklaufende Kondensat wird entweder
den Speichern im Fernheizwerk oder den Kesseln zugeführt, die Regelung erfolgt zweckmäßig
von den Speichern oder Kesseln aus. Ebenso erfolgt das Ein-und Abschalten der elektrischen
Wärmetransformatoren zweckmäßig von den Speicher-oder Kesselanlagen aus.
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Der Dampf der Hochdruckdampfkesselanlage kann wahlweise verschiedenen
Stufen der aus einer mehrstufigen Turbine bestehenden Hochdruckkraftanlage zugeführt
werden.
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Man hat bisher vorgeschlagen, eine Hochdruck- und eine Niederdruckanlage
parallel anzuordnen und dabei mit gedrosseltem Hochdruckdampf die Niederdruckmaschine
zu treiben. Es handelt sich hierbei im wesentlichen darum, zwei Maschinenfrischdampfleitungen
verschieden hohen Druckes mit Hilfe eines zwischen die Maschinenfrischdampfleitungen
geschalteten Reduzierventils zu vereinigen. Wenn bei dieser Anlage in der Hochdruckleitung
über eine gewisse Höhe der Hochdruckdampfspannung hinaus ein Überdruck entsteht,
so wird dieser
durch das Reduzierventil in die Frischdampf -leitungen
zur Niederdruckseite übergeleitet und geht in die Niederdruckmaschine mit dem unmittelbar
erzeugten hTiederdruck. Diese Einrichtung ist aber nicht für die Regelung eines
Fernheizbetriebes unter Einbeziehung einer Elektrobespeicherung vorgesehen.
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Es ist auch bekannt, den Abdampf einer Hochdruckmaschine in den Niederdruckkessel
zu leiten. Der in den Dampfteil des Niederdruckkessels eingeleitete Hochdruckabdampf
kann also nur zur Speicherung im Niederdruckkessel benutzt -werden, da er nur in
den Dampfraum mündet, in dem lediglich ein Stau erfolgt.
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Es ist ferner auch schon vorgeschlagen worden, den Dampf eines "Hochdruckkessels
außer einer Maschine auch einem Niederdruckkessel zuzuleiten. Bei Hochdruckbetrieb
pufft die Maschine hierbei auf die Niederdruckkessel aus, die zu dieser Zeit nicht
in Betrieb sind. Es handelt sich hierbei um eine reine, selbständige Gegendruckdampfmaschine
in Hintereinanderschaltung mit Kesseln, wobei sich der Druck im Niederdruckkessel
staut, weil das Wasser nichts aufnehmen kann, da der Abdampf nicht unmittelbar in
das Kesselwasser eingeführt wird.
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Man hat auch bereits versucht, den Abdampf einer Hochdruckmaschine
der von einem Niederdruckkessel zur Niederdruckmaschine führenden Leitung zuzusetzen,
womit aber wegen Fehlens einer Elektrobespeicherung nur ein geringer Teil eines
Gesamtregelzweckes wie bei der Anlage gemäß der Erfindung erreicht werden kann;
und zwar lediglich die Abführung des aus der Hochdruckmaschine kommenden, abgearbeiteten
Dampfes in eine andere Maschine, so daß die Hochdruckmaschine nur eine gewöhnliche
Vorschaltmaschine zu einem anderen Dampfverbraucher ist.
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In der Zeichnung ist schematisch eine Ausführung nach der Erfindung
dargestellt. Der über der waagerechten strichpunktierten Linie liegende Teil des
Schemas bezieht sich auf den Vorgang der Erzeugung von Wärme und elektrischer Energie,
der darunterliegende Teil auf den Verbrauch.
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Der obere Teil ist durch eine weitere senkrechte strichpunktierte
Linie in eine linke und rechte Hälfte geteilt. Erstere ist die Niederdruckdampfseite
und besteht aus einem Großwasserraum-Niederdruckkessel NDK, der z. B. etwa 13 at
Druck haben kann und einer Niederdruckdampfturbine NDT mit Dynamo Dl und Kondensator
Cl. Diese N iederdruckanlage bildet in bekannter Weise einen an sich geschlossenen
Kreislauf.
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Die rechte Hälfte ist die Hochdruckseite. Sie bildet ebenfalls einen
in sich geschlossenen Kreislauf und besteht aus einer Hochdruckdampfkesselanlage
NDKl -f- HDK und einer Hochdruckturbine HDT mit zugehöriger Dynamo DZ und Kondensator
C2. Die Hochdruckdampfkesselanlage setzt sich aus einem Hochdruckkessel HDK und
einem diesem vorgeschalteten, als Speicher für den überschüssigen Hochdruckdampf
ausgebildeten Großwasserraum-NiederdruckkesselNDK1 zusammen, deren Druckausgleich
durch ein Uberströmventil oder einen Dampfumformer ii erfolgt, während eine Pumpe
Plz die Speisung des Hochdruckkessels HDK, der einen Druck von 50 at haben
kann, besorgt.
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Zweckmäßig ist die Dynamo Dl so groß wie D2, z. B. 25 ooo kW. Beide
bilden dann untereinander eine Reserve, wenn ihre Einzelbelastung für Kraft- und
Lichtabgabe für fremde Zwecke kleiner als 25 ooo kW ist. Die Niederdruckturbine
NDT ist eine gewöhnliche Turbine z. B. für 13 at Eintrittsdruck und die Hochdruckturbine
HDT eine solche z. B. für 50 at Eintrittsdruck. Der Einfachheit des Betriebes
wegen sind außer den Eintrittsdrucken und den ersten Turbinenstufen alle Teile der
Doppelanlage gleich bis auf die Kessel. Nur bei den Hochdruckkesseln sind die Hochdruckstufen
von 13 bis 5o at als zusätzliche Elemente zu betrachten. Es können also die entsprechenden
Teile gegenseitig Reserven bilden, was durch entsprechende Umleitungen und Verbindungsleitungen
mit entsprechenden Ventilen oder Schaltern möglich ist. Es kann also der Kondensator
C2 sein Kondensat durch Leitung K nach dem Niederdruckkessel NDK und umgekehrt der
Kondensator G1 sein Kondensat über K nach NDKl schaffen. Ebenso kann vom Hochdruckkessel
HDK Dampf nach dem Kessel NDK oder es kann Speisewasser von NDK durch
U nach NDKi und umgekehrt geleitet werden. Alles dies geschieht zum Zweck
des inneren Ausgleichs.
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Das Fernheiznetz für Niederdruck (in diesem Beispiel für 13 at) ist
an einen Wärmesammler S angeschlossen, . auf welchen sowohl von der Hochdruck- als
auch von der Niederdruckanlage gearbeitet werden kann. Im ersteren Falle kann dem
Wärmesammler S der Auspuffdampf der Hochdruckturbine HDT durch die Leitung Ai,
A und im letzteren Falle der Kesseldampf der Niederdruckanlage NDK durch
die Leitung A2, A zugeführt werden. Ferner kann von der Hochdruckkesselanlage
A7DKl -f- HDK durch die Leitung AS reduzierter Hochdruckdampf zugeführt .werden.
Der Wärmesammler S speist durch die Fernleitung L1 das eigentliche Netz L2, das
über elektrische Wärmetransformatoren Wi, W2 und Speicher SP1, Spe auf die Abgabeleitungen
arbeitet. Das Kondensat aus den Abgaberückleitungen fließt durch die gestrichelten
Leitungen entweder zu den Speichern Sp1, SP2, wo es wieder aufgewärmt wird, oder
ohne diese durch Rückspeiseleitungen
R1 zurück, um in SammIern Sy
oder Syl gesammelt und mittels Pumpen zu den Dampfkesseln zurückgeführt zu werden,
wo es wieder auf Druck und Temperatur gebracht wird und einen neuen Kreislauf beginnen
kann.
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Beim Betrieb der Hochdruckturbine HDT wird der 5o at Eintrittsdampf
durch die ganze Turbine geleitet, falls er zum Kondensator C2 gelangen soll. Soll
jedoch der Dampf nicht in den Kondensator C2 gehen, sondern mit 13 at austreten,
um in der Niederdruckturbine NDT oder im Fernheiznetz Verwendung zu finden, so strömt
der Dampf nur durch einen kürzeren Teil der Turbine. Zu diesem Zweck besteht diese
aus drei Stufen, von denen die beiden ersten durch Umleitungen derart verbunden
sind, daß der Dampf in die erste oder in die zweite tritt. Soll der Dampf mit 13
at austreten, so wird er in die zweite Stufe geleitet. Soll nicht der ganze Auspuffdampf
mit 13 at dem Sammler S oder der Niederdruckkesselanlage oder Turbine zugeführt
werden, so kann er ganz oder teilweise dadurch dem Kondensator C2 zugeführt werden,
daß er vorher in dem Sammler Syl seine Wärme an das den Kesseln zuzuführende, aus
den Abgabeleitungen stammende Kondensat abgibt. Auf diese Weise ist es möglich,
mit derselben Turbine den verschiedensten Regelungszwecken zu dienen.
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Der Zweck der beschriebenen Einrichtung ist der, das Fernheizsystem
derart zu regeln, daß z. B. in der Kältezeit, also in der Heizperiode und bei der
größten Erzeugung von Elektrizität wegen der Dunkelstunden, das Hochdruckkessel-
und Turbinensystem in Betrieb genommen wird, während zu Zeiten des geringsten Wärmeverbrauches
lediglich das Niederdrucksystem arbeitet und aus seinem Kessel Frischdampf in das
Heiznetz gibt. Auf diese Weise steigt der Bedarf an Elektrizität, weil im Sommer
der Bedarf, der im Winter der Wärme wegen aus dem Wärmenetz gedeckt wird (z. B.
Dampfmotoren), aus dem Elektronetz (Elektromotoren) entnommen wird, und belastet
die Dynamo Dl zu Zeiten des geringsten Wärmebedarfes höher. Bei einem außerordentlichen
Wärme- und Elektrobedarf (z. B. für Licht- und Kraftzwecke) können beide Systeme
auch parallel arbeiten.
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Es sind dann folgende Betriebsmöglichkeiten vorhanden: z. Es wird
der Dampf der Hochdruckkesselanlage NDK, + HDK unmittelbar entnommen und über den
Dampfumformer ü und die Leitung A3 über S in das Wärmenetz geschickt.
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z. Die Hochdruckanlage NDK, + HDK liefert die Wärme für das Wärmenetz
über die Hochdruckturbine HDT und die Dynamo D2.
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3. Die Hochdruckanlage liefert die Wärme für das Wärmenetz gemeinsam
mit der Niederdruckanlage. q.. Die Niederdruckanlage liefert die Wärme allein.
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5. Der Dampf der Hochdruckkesselanlage kann zur Speisung der NiederdruckturbineNDT
und Dynamo Dl über A3, S, A, A2 herangezogen werden.
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6. Dieser Dampf kann vorher durch die Hochdruckturbine HDT gehen.
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Auf diese Weise ist es möglich, den Ausgleich von Schwankungen sowohl
des Heiz- als auch des Elektrobetriebes (Elektrolicht und Kraft und Heizung der
Wärmetransformatoren) in größtem Umfange zu bewirken.
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Die Niederdruckdampfanlage NDK mit der Niederdruckkraftanlage NDT
kann wahlweise mit dem Dampf der Niederdruckdampfanlage NDK, der Hochdruckdampfaniage
NDK, durch den Dampfumformer ü und die Leitung R oder mit dem Dampf der Hochdruckturbine
HDT durch Leitung Al, A2 gespeist werden. In ähnlicher Weise kann auch der Niederdruckkessel
NDK zur Speisung der Hochdruckkesselanlage NDK, mittels Umlaufpumpe und Rohrleitung
U benutzt werden. Auf solche Weise kann dann die gegenseitige Unterstützung zwecks
wechselnder Wärme und Licht- + Kraftabgabe noch weitergetrieben werden.
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Eineweitere gegenseitige Unterstützung zwecks Wärmeausgleichs und
zwecks Reservebildung kann dadurch erzielt werden, daß die beiden Kondensatleitungen
der beiden Anlagen für Krafterzeugung und Wärmeabgabe durch eine Leitung K vereinigt
werden. Es kann also das Kondensat der einen Anlage zur Kesselspeisung in der anderen
verwendet werden.
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Die elektrobeheizten Speicher Spl, Spe sind so eingerichtet, daß sie
immer nur das zur Überdeckung des Einlaßrohres erforderliche Wasser erhalten, während
die überschüssige Wassermenge durch einen in den Kesseln angebrachten Grundablaufsyphon,
dessen Öffnung z. B. durch einen von den Kesseln oder den Speichern Spl, Spe aus
steuerbaren Wasserstandsschwimmer geregelt wird, wieder zurück nach den Kesseln
usw. zu ablaufen kann, wo sie aufs neue auf den erforderlichen Druck und die erforderliche
Temperatur gebracht wird. Dieser Wasserstandsregjer ist in bekannter Weise so eingerichtet,
daß er bei Unterschreiten eines gewissen Niedrigstwasserstandes den Stromkreis unterbricht.
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Sind diese Speicher Spl, SP2 und Sammler Sr hintereinandergeschaltet,
so kann man entsprechend dem Absenken des Wasserspiegels in Sr z. B. den Rücklauf
von Spl nach Sr und von Spe nach Sp1 regeln und evtl. gleichzeitig hierdurch den
Strom der die entsprechenden Sammler beheizenden Wärmetransformatoren W1, W2 an
Ort und Stelle unterbrechen oder von den Sammlern oder den Kesselanlagen aus ab-
oder zuschalten lassen.
Die Wärmetransformatoren W1, WZ sind so
ausgebildet, daß die Sekundärwicklung aus Rohrleitungen für den Wärmeträger besteht,
so daß der Wärmeträger entweder durch den Wärmetransformator in den Speicher oder
unter Umgehung des Wärmetransformators unmittelbar in den Speicher geführt wird.