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Dampfkraftanlage mit Vorwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere Speisewasser
Die Erfindung bezieht sich auf Dämpfkraftanlagen, bei denen Anzapf- oder Gegendruckdampf
einer Kraftmaschine zur Vorwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere Kesselspeisewasser,
verwendet wird.
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Bei den Anlagen nach der Erfindung erfolgt die Dampferzeugung des
Kessels unabhängig vom jeweiligen Dampfbedarf der Maschinen. Für den Ausgleich zwischen
den Belastungsschwankungen wurde bisher vorgeschlagen, die Dampfentnahme aus der
Maschine nach der Belastung zu richten und den entnommenen Dampf, soweit er den
Bedarf für die Speisewasservorwärmung überstieg, in einem Gefällespeicher zu speichern.
Bei Mangel an Vorwärmdampf sollte der Speicher unter Drucksenkung entladen werden.
Nach diesem Vorschlag ausgebildete Anlagen haben vor allem den Nachteil; daß die
Maschine mit schwankendem Gegendruck bzw. Anzapfdruck arbeitet und daß durch die
Dampfspeicherung ein Teil des für die Vorwärmung notwendigen Temperaturgefälles
verlorengeht.
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Gemäß der Erfindung wird der Ausgleich unter Vermeidung der genannten
Nachteile dadurch herbeigeführt, daß bei geringer Belastung oder bei Dampfüberschuß
unter gleichzeitiger Vermehrung der Dampfentnahme eine größere Flüssigkeitsmenge,
bei hoher Belastung oder bei Dampfmangel unter gleichzeitiger Verringerung der Dampfentnahme
eine geringere Flüssigkeitsmenge vorgewärmt und daß der Unterschied zwischen der
anfallenden und der benötigten vorgewärmten Flüssigkeitsmenge durch einen Speicher
ausgeglichen wird; die Speisung des Kessels aus dem Speicher erfolgt .dabei zweckmäßig
gleichmäßig.
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Die Menge der mit Anzapf- oder Gegendruckdampf vorzuwärmenden Flüssigkeit
wird nach. Maßgabe des in der Anlage vorhandenen Überschußdampfes geregelt. .
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Dabei kann die für die Vorwärmung zu entnehmende Dampfmenge allein
durch die Größe der Flüssigkeitszufuhr bestimmt werden, ohne in der Anzapfleitung
ein weiteres Regelventil anbringen zu müssen. Bei hintereinandergeschalteten Vorwärmern
genügt selbstverständlich nur ein Regelorgan vor oder zwischen den Vorwärmern.
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Außer der Regelung der Flüssigkeitszufuhr kann erfindungsgemäß auch
eine Regelung der Dampfentnahme, z. B, durch Dampfventile, stattfinden, die den
Dampfüberschuß den Vorwärmern zuleiten.
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Bei hoher Belastung der Kraftanlage wird die Dampfentnahme für die
Vorwärmung verringert und der Kessel aus dem Heißwasserspeicher gespeist. Bei niedriger
Belastung wird hingegen die Dampfentnahme vergrößert und der Heißwasserspeicher
durch erhöhte Zufuhr vorgewärmten Wassers geladen, Außer den Dampfvorwärmern können
auch Abgasvorwärmer Verwendung finden, die z. B. vor und hinter den Dampfvorwärmern
eingeschaltet sind.
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Wenn die Vorwärmung mit Anzapf- oder Gegendruckdampf nicht auf gleichbleibende
Temperatur erfolgt, so kann sie erfindungsgemäß
durch Dampf höheren
Druckes bis zur bestimmten gleichbleibenden Temperatur weiter betrieben werden.
Dies ist z.B. für die Speisewasservorwärmung erwünscht und kann erfindungsgemäß
so durchgeführt werden, daß die Entnahme von Dampf hohen Druckes durch ein Ventil
geregelt wird, dessen Einstellung von der Speisewassertemperatur abhängig ist. Die
Dampfentnahme in den Stufen niedrigen Druckes kann ohne die Regelung durch ein Dampfventil
erfolgen.
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Die Vorwärmung kann in bekannter Weise im Speicher erfolgen, oder
der Vorwärmer kann als Speicher ausgebildet sein. Sie kann auch so durchgeführt
werden, daß einzelne Stufen auf gleichbleibenden Druck bzw. gleichbleibende Temperatur
geregelt werden. Dies geschieht dadurch, daß entweder _ die Dampfzufuhr oder die
Zufuhr des anzuwärmenden Mittels oder beider zu einer solchen Vorwärmstufe in Abhängigkeit
von dem dort herrschenden Druck bzw. von der Temperatur geregelt wird.
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Wenn weniger Wasser im Vorwärmer auf die bestimmte Temperatur gebracht
werden kann als zur Vorwärmung anfällt, dann wird erfindungsgemäß das kalte Wasser
aufgespeichert. Wenn weniger heißes Wasser, z. B. zur Kesselspeisung, verbraucht
als vorgewärmt wird, dann wird das heiße Wasser gespeichert. Es kann also abwechselnd
kaltes oder vorgewärmtes Speisewasser in einem oder mehreren Behältern zur Speicherung
kommen. Dieses Verfahren wird z. B. für das in Zeiten hoher Belastung anfallende
überschüssige Kondensat der wechselnd belasteten Maschine angewandt, das in- einem
Kaltwasserspeicher aufgespeichert wird, aus dem es in Zeiten niedriger Belastung
entnommen, durch Anzapfdampf erhitzt und einem Heißwasserspeicher zugeführt wird.
Wenn nur ein Behälter mit schichtenweiser Speicherung von kaltem und heißem Wasser
Verwendung findet, dann wird das kalte Kondensat bei hoher Belastung der Maschine
dem Speicher unten zugeführt. Bei niedriger Belastung wird es dann dort entnommen,
durch Anzapfdampf vorgewärmt und dem Speicher oben als heißes Wasser wieder zurückgegeben.
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Wenn die im Kessel trotz Heißspeisung erzeugte Dampfmenge den Bedarf
nicht deckt, so kann dem Speicher Dampf unter Druckabfall entnommen werden.
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Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Ausführungsbeispiele der
acht Abbildungen. Darin bedeuten: a Dampferzeuger, b Heißwasserverbraucher,
f Maschinendampfkondensator, 1a, lal, lag Dampfverbraucher, in Ventil in
der Dampfableitung von der Entnahmestelle, 1a, 1a1, %L2, 113 Speisewasserspeicher,
o, o1, o2 Dampfvorwärmer für Speisewasser, P Ventil in der Speicherladeleitung,
y Druckminderventil, s, s1, s2 Dampfmaschine oder Dampfmaschinenstufe, v Ventil
in der Wasserleitung zum Vorwärmer oder Speicher und z Ventil in der Dampfzuleitung
zur Entnahmestelle.
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Die Abb. = und a zeigen Beispiele einer grundsätzlichen Lösung für
die Dampfentnahme aus einer Kraftmaschine zum Zwecke der Speisewasservorwärmung
nach der Erfindung. Die Größe der Dampfentnahme wird in Abhängigkeit von der Belastung
durch die Wasserzufuhr zum Vorwärmer geregelt.
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Bei der Anlage nach der Abb. z wird der Dampf zum Vorwärmen der Stufe
s1 der gewöhnlichen Anzapfmaschine s1 bis s2 entnommen. Die Entnahmemenge regelt
das Wasserventil v; wenn der Druck im Kessel steigt, z. B. weil die Belastung der
Maschine gesunken ist und der Regler z die Dampfzufuhr zur Maschine gedrosselt hat,
dann vergrößert das Ventil v die Wasserzufuhr zumVorwärmer o, in der Entnahmeleitung
entsteht ein Druckabfall, das Ventil m in der Dampfleitung zwischen den beiden Stufen
s1 und s2 verringert den Dampfabfluß zur Stufe s2 und der Regler z vergrößert jetzt
den DampfzufluB zur Stufe s1, damit die benötigte Leistung abgegeben werden kann.
Der Dampfüberschuß strömt dem Vorwärmer o zu und wird dort von einer entsprechenden
Wassermenge niedergeschlagen. Bei niedriger Belastung findet eine starke Speisewasservorwärmung
statt. Bei normaler Belastung entspricht der Wasserzufluß zum Vorwärmer o ungefähr
dem Speisewasserbedarf des Kessels.
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Steigt die Belastung, so öffnet das Ventil z den Dampfzufluß zur Maschine,
der Druck im Frischdampfnetz sinkt und das Ventil v drosselt den Wasserzufluß zum
Vorwärmer o. In der Entnahmeleitung steigt der Druck; das Ventil m öffnet den Dampfabfluß
zur Stufe s2, die zur Aufrechterhaltung der benötigten Leistung stärker herangezogen
wird. Die Speisewasservorwärmung wird also bei steigender Belastung verringert und
unter Umständen, wenn das Ventil v ganz geschlossen ist, eingestellt.
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Die Stufe s2 der Maschine ist mit dem Kondensator f ausgerüstet, dessen
Kondensat zum Vorwärmer o geleitet wird. Wenn infolge geringer Speisewasservorwärmung
mehr Kondensat anfällt, als zur Vorwärmung gebraucht wird, dann wird das kalte Kondensat
in den Teil n3 des Speichers gefördert. Übersteigt der Bedarf an vorzuwärmendem
Wasser den Anfall an Kondensat, dann wird das im Raum n3 gespeicherte kalte Wasser
zur Vorwärmung nach dem Vorwärmer o gepumpt. Der Vorwärmer o steht mit dem Speicher
in Verbindung. Letzterer ist durch Scheidewände in die Räume ral, zag und za, geteilt,
und zwar derart, daß das Wasser der oberen, heißen Schicht eines Raumes mit der
kühleren, unteren Schicht des ihm folgenden in Verbindung steht.
Wird
nun bei niedriger Belastung viel heißes Wasser im Vorwärmer o erzeugt, dann wird
das heiße Wasser gespeichert; die einzelnen Räume füllen sich allmählich mit heißem
Wasser und verdrängen das vorher darin enthaltene kalte Wasser, das zur Vorwärmung
nach dem Vorwärmeraum o gebracht wird.
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Mit dem im Vorwärmer o erzeugten heißen Wasser gleichbleibender Temperatur
wird der Kessel gemäß seinem Bedarf, gegebenenfalls gleichmäßig, gespeist.
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In der Anlage nach der Abb.2 verringert das Ventil m in der Dampfleitung
zwischen den Stufen s1 und s2 der Maschine den Dampfabfluß zur Stufe s2, wenn der
Druck im Kessel steigt. Dadurch wird ein Öffnen des Reglers z veranlaßt, und in
der Entnahmeleitung für den Vorwärmdampf steigt der Druck. Von diesem Druck wird
das Wasserventil v beeinflußt, es vergrößert die Wasserzufuhr zum Vorwärmer o bei
steigendem Druck, der überschüssige Dampf wird also dort durch eine ihm entsprechende
Wassermenge niedergeschlagen. Die Speisewasservorwärmung ist bei niedriger Belastung
groß. Steigt der Kraftbedarf, so öffnet der Regler z den Dampfzufluß zur Maschine,
der Druck im Frischdampfnetz sinkt und das Ventil m öffnet den Dampfabfluß zur Stufe
s2, die stärker als vorher zur Deckung des Kraftbedarfes herangezogen wird. In der
Entnahmeleitung für den Vorwärmdampf fällt der Druck; das Ventil v drosselt infolgedessen
den Wasserzufluß zum Vorwärmer o. Die Speisewasservorwärmung wird bei steigender
Belastung verringert, unter Umständen, wenn das Ventil v geschlossen ist, ganz eingestellt.
Das in diesem Falle nicht für die Vorwärmung benötigte kalte Kondensat aus dem Kondensator
f der Stufe s2 wird im Behälter ia, aufgespeichert. Wenn der Bedarf an vorzuwärmendem
Wasser wieder steigt, dann wird es aus dem Behälter % entnommen und dem Vorwärmer
o wieder zugeführt.
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Bei der Anlage nach der Abb.3 wird der Stufe s1 Abdampf zur Vorwärmung
von Speisewasser entnommen. Wenn der Regler z infolge sinkender Belastung schließt,
dann steigt der Druck im Frischdampfnetz, und das von dort beeinflußte Ventil v
vergrößert den Wasserzufluß zu den Vorwärmern; in diesen und in den Dampfentnahmeleitungen
entsteht ein Druckabfall, der für die Entnahmedampfmenge maßgebend ist. Das in den
Vorwärmern o2 und o1 vorgewärmte Speisewasser wird dem Speicher ia zugeführt.
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Wenn die Belastung ansteigt, so daß der Regler z den Dampfzuflüß zur
Maschine vergrößert, dann sinkt der Druck im Frischdampfnetz, und das Wasserventil
v drosselt die Wasserzufuhr zu den Vorwärmern. Infolgedessen steigt der Druck in
den Dampfentnahmeleitungen an, und es wird jetzt weniger Dampf zur Vorwärmung entnommen
als vorher, unter Umständen wird die Dampfentnahme ganz eingestellt, wenn das Ventil
v die Wasserzufuhr geschlossen hat. Der Abdampf der Stufe s2 wird in den Verbrauchern
lt, und lag verwendet.
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Das in den Vorwärmern o1 und o2 vorgewärmte Wasser hat keine gleichbleibende
Temperatur. Dies ist aber, insbesondere bei Speisewasservorwärmung, unerwünscht.
Infolgedessen wird das Wasser im Speicher durch Dampf höheren Druckes auf gleichbleibende
Temperatur erhitzt. Den Dampfzufluß regelt das Ventil P in Abhängigkeit vom Druck
oder von der Temperatur im Speicher. Diese Vorwärmung durch Dampf höheren Druckes
könnte auch in einer besonderen Vorrichtung vor sich gehen, nur in diesem Ausführungsbeispiel
ist der Speicher gleichzeitig als Vorwärmer verwendet.
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Dem Speicher wird heißes Wasser für den Verbraucher b entnommen.
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In der Abb. q. ist eine Anlage gezeigt, bei der der vom Verbraucher
h benötigte Dampf vorher in der Maschine s zur Arbeitsleistung herangezogen wird.
Wenn der Verbraucher h nicht allen von der Maschine s gelieferten Abdampf aufnehmen
kann, so wird dieser zur Vorwärmung von Speisewasser verwendet. Wenn nämlich der
Druck in der Entnahmeleitung für den Vorwärmedampf steigt, dann öffnet das Ventil
v die Wasserzufuhr zum Speicher, so daß in Zeiten niedriger Belastung die Speisewasservorwärmung
vergrößert wird. Steigt der Bedarf im Netz h, dann sinkt der Druck in der Entnahmeleitung
für den Vorwärmdampf, und das Ventil v verringert den Wasserzufluß zum Vorwärmer
o. Der nicht über die Maschine s zu deckende Dampfbedarf des Verbrauchers h wird
durch eine zur Maschine parallele Leitung geliefert. Diese Dampfmenge regelt das
Ventil z in Abhängigkeit vom Druck in der Entnahmeleitung für den Vorwärmdampf.
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In der Abb. 5 bestimmt das Ventil v die Anzapfdainpfmenge. Es wird
in Abhängigkeit vom Druck an einer Stelle des Expansionsverlaufes, z. B. des aus
der Stufe s1 austretenden Dampfes, beeinflußt. Den Kesseldruck hält das Ventil z
auf gleicher Höhe. Ist die Maschine schwach belastet, so daß der Regler m den Dampfabfluß
zu den Stufen s2 und s3 gedrosselt hat, dann ist .in der Dampfentnahmeleitung für
den Vorwärmdampf der Druck angestiegen; das Ventil v hat infolgedessen den Wasserzufluß
zu den Vorwärmern vergrößert. Der überschüssige Dampf wird durch eine entsprechende
Wassermenge im Vorwärmer o niedergeschlagen. Die Speisewasservorwärmung ist also
bei niedriger Belastung groß. Der Wasserdurchfluß durch den Vorwärmer ol bestimmt
die Entnahmedampfmenge aus der Stufe s2.
Steigt die Belastung, so
vergrößert der Regler zrz den Dampfabfluß zu den Stufen s2 und s3 der Maschine,
in der Entnahmeleitung für den Vorwärmdampf sinkt der Druck, das Ventil v verringert
den Wasserzufluß zu den Vorwärmern, die Anzapfmenge der Stufen s, und s2 wird dadurch
verkleinert, die Speisewasservorwärmung unter Umständen ganz eingestellt, wenn das
Ventil v geschlossen ist. Das Kondensat der Stufe s3 wird bei geringer Speisewasservorwärmung
im unteren Teil des Speichers za, der mit dem Vorwärmer o in Verbindung steht, gespeichert.
Bei steigendem Wasserbedarf zur Vorwärmung wird das kalte Kondensat unten aus dem
Speicher zz entnommen und zur Erhitzung in die Vorwärmer o1 und o2 gebracht.
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In der Abb. 6 wird der der Stufe s1 entnommene Dampf für den Verbraucher
hl verwendet. Das Ventil z hält den Kesseldruck auf gleicher Höhe. Bei sinkender
Belastung drosselt der Regler m den Dampfabfluß zur Stufe s2. Dadurch steigt der
Druck in der Dampfleitung zum Verbraucher hl. Das Ventil P in der Entnahmeleitung
für den Vorwärmdampf öffnet und vergrößert den Dampfzufluß zum Vorwärmer o. Dort
steigt infolgedessen der Druck, und das Ventil v verstärkt den Wasserzufluß zum
Vorwärmer. Der überschüssige Dampf wird also durch eine entsprechende Wassermenge
im Vorwärmer o niedergeschlagen und die Speisewasservorwärmüng auf diese Weise bei
niedriger Belastung vergrößert.
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Steigt die Belastung der Maschine, so öffnet der Regler m den Dampfabfluß
zur Stufe s2; der Druckabfall in der Dampfleitung zum Verbraucher hl veranlaßt ein
Schließen des Ventils P. Dadurch sinkt der Druck im Vorwärmer o, und das Ventil
v drosselt den Wasserzufluß. Bei steigender Belastung wird also die Speisewasservorwärmung
`verringert. Die Speicherung des kalten Kondensats der Stufe s2 und die Entnahme
desselben für die Vorwärmung findet in der gleichen Weise statt, wie bei der Abb.
5 beschrieben.
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Da das Wasserventil v vom Druck oder auch von der Temperatur im Speicher
gesteuert wird,, so könnte dem Speicher ohne weiteres Dampf für den Verbraucher
hl oder für die Maschinenstufe s2 entnommen werden.
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In der Anlage nach der Abb. 7 bestimmt das Wasserventil v die Dampfentnahmemenge.
Bei steigender Belastung öffnet der Regler m den Dampfabfluß zur Stufe s2 der Maschine.
Der Regler z, der vom Druck in der Dampfentnahmeleitung für den Vonvärmdampf beeinflußt
wird, öffnet den Dampfzufluß zur Stufe si. Dadurch sinkt der Druck im Frischdampfnetz,
und das Ventil v verringert den Wasserzufluß zum Vorwärmer o. Die Dampfentnahme
für die Vorwärmung wird vermindert, weil in der Dampfentnahmeleitung der Druck ansteigt.
Bei starker Belastung wird also die Speisewasservorwärmung verringert, unter Umständen
ganz eingestellt, wenn das Ventil v den Wasserzufluß geschlossen hat: Sinkt die
Belastung, dann drosselt der Regler m den Dampfabfluß zur Stufe s2, der Druck in
der Entnahmeleitung steigt, das Ventil z verringert den Dampfzufluß zur Stufe s1,
der Druck im Frischdampfnetz steigt, und infolgedessen vergrößert das Ventil v den
Wasserzufluß zum Vorwärmer. Dadurch entsteht in der Dampfentnahmeleitung ein Druckabfall,
und das Ventil z beginnt den Dampfzufluß zur Stufe s1 wieder etwas zu vergrößern.
Der LTberschußdampf wird dem Vorwärmer o zugeführt und durch eine entsprechende
Wassermenge niedergeschlagen. 'Bei geringer Belastung findet also eine verstärkte
Speisewasservorwärmung statt.
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Die Anlage nach der Abb. 8 gleicht der Anlage nach der Abb. 6. Der
Stufe s1 wird Dampf für den Verbraucher h entnommen. Bei sinkender Belastung schließt
der Regler ne den Dampfabfluß zur Stufe s2. Der Druck in der Dampfentnahmeleitung
für den Vorwärmdampf und damit im Speicher steigt. Dadurch öffnet das. Ventil v
den Wasserzufluß zum Vorwärmer o, der Druck sinkt dort etwas, und der Überschußdampf
strömt diesem Von@>ärmer zu. Er wird durch eine entsprechende Wassermenge niedergeschlagen.
Bei niedriger Belastung wird also die Dampfentnahmemenge vergrößert und die Kaltwasserzufuhr
zurr Vorwärmer o erhöht.
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Bei steigender Belastung öffnet der Reglerna den Dampfabfluß zur Stufe
s2. Der Druck im Speicher sinkt; das Ventil v drosselt den Wasserzufluß zum Vorwärmer
o. Dem Speicher kann unter Umständen Dampf für den Verbraucher h oder für die Stufe
s2 der Maschine entnommen werden, wenn die vom Kessel gelieferte Dampfmenge zur
Deckung des Bedarfes nicht ausreicht. Damit der Dampfbedarf der Maschine oder des
Verbrauchers h unter allen Umständen sichergestellt ist, öffnet das Ventil z in
der Dampfzuleitung zur Stufe s, die Dampfzufuhr ohne Rücksicht auf den Druck im
Frischdampfnetz, wenn der Druck in der Dampfentnahmeleitung eine untere Grenze erreicht
hat. Für die Speicherung und Zuführung des kalten Kondensates zur Vorwärmung gilt
das gleiche, wie bei der Abb. 5 gesagt.
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In allen Ausführungsbeispielen können auch zwei Maschinen oder nur
eine einstufige Maschine Verwendung finden, mit deren Ab- bzw. Anzapfdampf eine
oder mehrere Flüssigkeiten auf die gleichen oderverschiedenen Temperaturen erwärmt
werden. Die Vorwärmung der Flüssigkeiten kann in beliebig vielen Stufen vor sich
gehen, und vor allem kann statt des mit dem Speicher verbundenen Vorwärmers o stets
ein
von ihm getrennter Vorwärmer Verwendung finden. Es ist vorteilhaft,
in den Stufen niedrigen Drucks Oberflächen- und in den Stufen höheren Druckes Mischvorwärmung
anzuwenden.
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Der Kessel a wird am allgemeinen nach Bedarf, gegebenenfalls gleichmäßig,
mit dem vorgewärmten Wasser gespeist.