-
Verfahren und Einrichtung zur gasgeschützten Speicherung und Entgasung
von Wasser mittels eines oberhalb des Wasserspiegels eines Speichers aufrechterhaltenen
Dampfpolsters Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gasgeschützten Speicherung
und Entgasung von Wasser, insbesondere Kesselspeisewasser, bei welchem oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels eines allseitig gegen die Atmosphäre geschlossenen Speicherbehälters
ein Dampfpolster aufrechterhalten wird, und besteht im wesentlichen darin, daß der
durch den Speicher oberhalb des entgasten und gespeicherten Wassers entlang geführte
Dampf zur Entgasung von Wasser bei oder nahezu bei Siedetemperatur einem oberhalb
des Speichers angeordneten Entgaser zugeleitet wird.
-
Bei Dampfanlagen mit Oberflächenkondensatoren ist das aus dem Dampf
gewonnene Niederschlagwasser annähernd gasfrei und wird durch die Kondensatpumpe
entweder unmittelbar der Kesselspeisepumpe zugeführt und von dieser in den Kessel
gedrückt oder teilweise zwecks Ausgleichs zwischen anfallender und verbrauchbarer
Menge einem Speicherbehälter zugeleitet, um aus diesem nach Bedarf entnommen zu
werden. Gasfreie oder annähernd gasfreie Wässer haben insbesondere, wenn sie, wie
Kondensat, salzarm sind, ein großes Bestreben, sich mit Gasen anzureichern, so daß
sie bei Berührung mit der äußeren Atmosphäre hieraus Luftsauerstoff aufnehmen, der
dann die bekannten Rostungen an den Dampfkesselteilen verschuldet. Zweck der Erfindung
ist, diese Luftaufnahme selbsttätig zu verhindern und mit den hierzu angewendeten
Mitteln das in der Regel gashaltige Zusatzwasser zu entgasen.
-
Es ist bekannt, über der Flüssigkeitsschicht eines unter Atmosphärendruck
stehenden Speicherbehälters einen Dampfstrom entlang zu führen. Da aber der Flüssigkeitsspiegel
je nach Wasserentnahme zur Spelsung der Kessel stetigen, nicht unerheblichen Schwankungen
unterworfen ist, so vermag der einmal eingestellte Dampfstrom nicht zu verhindern,
daß zeitweise ein Unterdruck im Behälter entsteht, wobei atmosphärische Luft in
den Speicher und an die Flüssigkeit gelangt, so daß sie sich mit Luftsauerstoff
anreichert. Ferner ist bekannt geworden, ruhenden Dampf unter geringem Überdruck
über der Flüssigkeitsschicht zu verwenden.
-
Nach der Erfindung wird die Flüssigkeit gegen Sauerstoffaufnahme
aus der Atmosphäre dadurch geschützt, daß der Dampfzufluß zum Speicherbehälter selbsttätig
so geregelt wird, daß unabhängig von der Wasserentnahme aus dem Speicher in diesem
oberhalb der Flüssigkeitsschicht dauernd ein voraus bestimmter Dampfüberdruck aufrechterhalten
wird.
-
In beiliegender Zeichnung sind einzelne Ausführungsbeispiele zur
Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt.
-
Bei der Einrichtung nach Fig. I fördert die Kondensatpumpe a das
im Kondensator entstehende Niederschlagwasser durch Leitung b unmittelbar zur Kesselspeisepumpe
c; bei nicht oder nur wenig geöffnetem Speisewasserregler kann das Niederschlagwasser
in den Kessel nicht eintreten und fließt dann durch Leitung d in den
Speicherbehälter
e. Aus diesem fließt es bei größerem Speisewasserbedarf, als durch die Kondensatpumpe
gedeckt werden kann, dann der Kesselspeisepumpe zu. Dementsprechend schwankt der
WA asserspiegel im Speicherbehälter dauernd in dem Maße, wie die Speisung Unregelmäßigkeiten
zeigt und Belastungsänderungen der Maschinen solche verursachen.
-
Zur Aufrechterhaltung einer dauernd einen bestimmten Mindestüberdruck
nicht unterschreitenden Dampfdecke oberhalb der Flüssigkeitsschicht ist der Speicherbehälter
mit einer Dampfzuleitung f versehen, in welcher ein Regelglied g eingebaut ist.
Dieses Regelglied ist mittels einer Ventilstange 0. dgl. mit einer Membran h oder
einem in einem Zylinder be weglichen Kolben 0. dgl. verbunden, wobei die eine Seite
der Membran durch Leitung i mit dem Dampfraum oberhalb der Flüssigkeit im Behälter
und die andere Seite durch Leitungk an ein in gewisser Höhenlage oberhalb der Membran
angeordnetes Flüssigkeitsstandgefäß 1 angeschlossen ist. Die Höhenlage der Flüssigkeitsschicht
im Standgefäß gegenüber der Membran bestimmt den Überdruck der Dampfdecke im Speicherbehälter.
Anstatt des Standgefäßes kann die Belastung der Membran und damit der gewünschte
Druck der Dampfdecke auch durch ein Gewicht, eine Feder o. dgl. erzielt werden.
Jede Schwankung des Wasserspiegels im Behälter, beispielsweise ein Sinken desselben,
hat zur Folge, daß der Druck auf der Unterseite der Membran auch sinkt, wodurch
die Membran infolge der gleichbleibenden Belastung von oben her nach unten nachgibt
und unter Vermittlung der Ventilstange das Ventil im Regelglied g und damit den
Dampfzufiuß öffnet bzw. weiter öffnet, je nachdem, ob die Dampfdecke durch zeitweilig
oder dauernd strömenden Dampf erzeugt wird. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten wird
der Dampf einem Wärmeaustauscher zugeführt, der entweder vom Zusatzwasser oder vom
Kondensat durchflossen wird. Der Abfluß des Kondensats aus dem Wärmeaustauscher
erfolgt hierbei durch ein in ein Flüssigkeitsgefäß eintauchendes Rohr (Wasserverschluß),
so daß die freie Verbindung des Speichers mit der Atmosphäre unterbunden ist.
-
Der oberhalb der Flüssigkeitsschicht im Speicher dauernd strömende
Überdruckdampf wird in einen oberhalb des Speichers angeordneten Entgaser »1 zur
Entgasung des gashaltigen Zusatzwassers geleitet. Die Dampfmenge ist dann so zu
bemessen, daß zur Erzielung ausreichender Entgasungswirkung das Zusatzwasser auf
oder annähernd auf Siedezustand erwärmt wird, wobei zweckmäßig ein Dampfüberschuß
aufrechtzuerhalten ist ; damit der Siedezustand bei möglichen Schwankungen der Betriebsverhältnisse
sicher erzielt wird.
-
Der zugeführte Dampf strömt dann entgegen dem im Entgaser von oben
nach unten herabrieselnden, durch Leitung zllfließenden Zusatzwasser und wird hierbei
zum Teil unter Erwärmung des Zusatzwassers niedergeschlagen, während der nicht niedergeschlagene
Teil durch Leitung o zusammen mit den bei der Entgasung aus dem Wasser sich ausscheidenden
Gasen einem vom Zusatzwasser oder Kondensat oder beiden durchflossenen Wärmeaustauscher
zugeleitet wird, um hierin niedergeschlagen zu werden.
-
Bei der in Fig. I dargestellten Ausführungsform sind zwei hintereinandergeschaltete
Wärmeaustauscher dargestellt, so daß der Dampf aus dem Entgaser zuerst dem vom Zusatzwasser
durchflossenen Wärmeaustauscher p zuströmt, um hieraus, soweit in diesem beispielsweise
bei Ausbleiben oder zu geringem Zufluß von Zusatzwasser nicht niedergeschlagen,
dem zweiten vom Kondensat durchströmten Wärmeaustauscher q zugeleitet zu werden.
Die hierbei im ersten oder erst im zweiten Wärmeaustauscher frei werdenden, aus
dem Brüdenniederschlag abgeschiedenen Gase treten durch die Leitung r über einen
Wasserverschluß s infolge ihres Überdruckes gegen die äußere Atmosphäre in diese
aus, während das entstandene Niederschlagwasser durch Leitung dem Entgaser zwecks
Entgasung zugeleitet oder in diesen gefördert wird. Durch den Wärmeaustauscher q
kann hierbei das gesamte oder nur ein Teil des Maschinenkondensats geleitet werden;
in letzterem Falle wird der Kondensatwärmeaustauscher q durch Leitung in den Nebenschluß
der von der Kondensatpumpe zur Kesselspeisepumpe bzw. zum Speicherbehälter führenden
Leitung angeordnet. Um einen Verlust an Zusatzwasser bzw. Kondensat zu vermeiden,
sperrt bei einem bestimmten höchsten Wasserspiegel im Speicherbehälter ein mittels
Schwimmer v betätigtes Absperrglied w den weiteren Zusatzwasserzufluß zum Entgaser
ab. Zur Sicherung, daß nicht nur der zum Schutz des im Speicher befindlichen Speisewassers
erforderliche Dampf in jedem Betriebszustand bezüglich Druck und Menge selbsttätig
geregelt ist, sondern daß die zugeführte Dampfmenge auch zur ausreichenden Erwärmung
und Entgasung des Zusatzwassers ausreicht, ist die Dampfzufuhr zum Speicher noch
weiter unter den Einfluß eines von der Temperatur des Wassers im Entgaser durch
einen selbsttätigen Temperaturregler x betätigten, in der Dampfzuleitung angeordneten
Regelgliedes y gestellt.
-
Sinkt beispielsweise die Temperatur des entgasten Zusatzwassers unter
die dem Dampf überdruck im Speicher entsprechende Siedetemperatur, so öffnet der
Temperaturregler das Regelventil y in der Dampfleitung, wodurch eine verstärkte
Dampfzufuhr und damit die gewünschte Steigerung der Temperatur des entgasten Wassers
auf die dem Überdruck entsprechende
Siedetemperatur erfolgt. Anstatt
die Dampfzufuhr durch einen von der Temperatur des entgasten Wassers beeinflußten
Temperaturregler zu betätigen, kann der Temperaturregler auch in die Leitung n zwischen
Entgaser und Wärmeaustauscher p angeordnet werden, wobei dann seine Einstellung
auf eine der gewünschten Erwärmung des Zusatzwassers im Wärmeaustauscher p durch
die aus dem Entgaser abgeführte Überschußdampfmenge entsprechende Temperatur zu
erfolgen hat.
-
Die zur Aufrechterhaltung einer strömenden Dampfdecke oberhalb des
Wasserspiegels im Speicherbehälter benötigte Dampfmenge reicht in der Regel zur
Entgasung der bei Kraftanlagen zu entgasenden, verhältnismäßig nur kleinen Zusatzwassermenge
aus.
-
In Fällen, wo die zu entgasende Zusatzwassermenge größer ist, muß
die Dampfmenge entsprechend vergrößert werden, um das zu entgasende Wasser auf Siedezustand
zu bringen bzw. kann auch der Entgaser mit Unterdruck gegen die äußere Atmosphäre
betrieben werden.
-
Eine Ausführungsform für diese Arbeitsweise ist in Fig. 2 dargestellt.
Hierbei ist der Entgaser so hoch oberhalb des höchsten Wasserspiegels im Speicherbehälter
angeordnet, daß der Unterschied der Wasserspiegelhöhenlagen im Behälter und Entgaser
den gewünschten Unterdruck in letzterem bestimmt.
-
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist grundsätzlich die gleiche
wie die der in Fig. 1 dargestellten, nur daß der Druck im Entgaser geringer ist
als im Speicherbehälter. Je nach dem Höhenunterschied zwischen Wasserspiegel im
Entgaser und Speicherbehälter herrscht im Entgaser Unter- bzw. Überdruck gegen die
äußere Atmosphäre, und zwar Überdruck dann, wenn die Wassersäule kleiner und Unterdruck,
wenn die Wassersäule größer ist als die dem Überdruck des Dampfes im Speicher entsprechende
Wassersäule. Im dargestellten Falle ist Unterdruck im Entgaser angenommen, so daß
die im Wärmeaustauscher nach Niederschlag des ihm zugeleiteten Dampfes frei werdenden
Gase nicht selbsttätig in die Atmosphäre entweichen können, sondern durch eine Luftpumpe
abgesaugt oder nach dem Maschinenkondensator abgeleitet werden müssen. Das Kondensat
kann bei entsprechender Höhenlage des Wärmeaustauschers über dem Entgaser in diesem
mit eigenem Gefälle ablaufen. Wird der Wärmeaustauscher aber niedriger als der Entgaser
angeordnet, so ist auch hierfür eine Fördereinrichtung nötig.
-
Endlich kann der oberhalb der Flüssigkeitsschicht im Speicher eingeführte
Dampfstrom vor seiner Einleitung in den Entgaser einem vom Zusatzwasser durchströmten
Wärmeaustauscher zugeleitet werden, in welchem das Zusatzwasser auf eine höhere
Temperatur erwärmt wird, als dem Druck im Entgaser entspricht, so daß es überhitzt
in den Entgaser eintritt und unter Versprühen, das eine gute und schnelle Zerteilung
und damit Entgasung sichert, z. T. verdampft. Der so entstandene Dampf wird mit
den bei der Entgasung aus dem Wasser ausgeschiedenen Gasen einem vom Zusatzwasser
oder Kondensat bzw. zuerst einem vom Zusatzwasser und darauffolgend einem- vom Kondensat
durchflossenen Wärmeaustauscher zugeleitet. Eine Einrichtung für diese Arbeitsweise
ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt.
-
Hierbei wird der unter Überdruck stehende Schutzdampf aus dem Speicherbehälter
durch Leitung, dem Vorwärmer r zugeführt, der von dem zu entgasenden Zusatzwasser
durchflossen wird. Das aus dem Dampf hierin entstehende Niederschlagwasser fließt
entweder unmittelbar in den Entgaser zurück oder, wenn bei Ausbleiben von Zusatzwasser
infolge Absperrung des Regelgliedes w durch Schwimmer v kein Zusatzwasser zum. Niederschlag
dieses Dampfes vorhanden ist, auch dem zweiten, vom Kondensat oder einer Teilmenge
desselben durchflossenen Wärmeaustauscher q noch als Dampf zu, um erst hierin niedergeschlagen
und als Niederschlagwasser in den Entgaser abgeleitet zu werden.
-
Der im Entgaser aus dem überhitzten Wasser durch teilweise Verdampfung
desselben entstandene Dampf wird mittels Leitung 0 dem Wärmeaustauscher p zugeführt,
der vom Zusatzwasser durchflossen ist, schlägt sich hierbei nieder und wird entweder
bei ausreichendem Gefälle in den Entgaser abgeführt oder durch eine Fördereinrichtung
entfernt. Die in diesem Wärmeaustauscher frei werdenden, bei der voraufgegangenen
Entgasung aus dem Wasser ausgeschiedenen Gase werden durch eine Luftpumpe abgesaugt.
Die Einrichtung und Arbeitsweise entspricht sinngemäß dem Vorbeschriebenen, nur
daß der Entgaser unter geringerem Überdruck steht, als dem Dampfüberdruck im Speicherbehälter
entspricht, wobei dieser geringere Druck sowohl Überdruck als auch Unterdruck gegen
die äußere Atmosphäre sein kann, und daß der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels zugeführte
Dampf vom Wasser nicht unmittelbar in den Entgaser, sondern zunächst in einen Vorwärmer
geleitet wird. Auch ist eine weitere Abänderung der Arbeitsweise dahin möglich,
daß der Zusatzdampf im Vorwärmer das Wasser nur auf eine Temperatur unterhalb der
dem Druck im Entgaser entsprechenden erwärmt und Dampf in den Entgaser noch besonders
eingeleitet wird.
-
Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung gegenüber den bekannten
Verfahren und Einrichtungen besteht im wesentlichen darin, daß bei ausreichender
Sicherung von Kondensat und entgastem Zusatzwasser lediglich die zum
Erhitzen
des Zusatzwassers erforderliche Wärmemenge aufzuwenden ist, wobei die Gesamtanlage
für die Entgasung kleiner und die Betriebskosten geringer werden.