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Dampferzeuger mit einer unter hohem Druck arbeitenden Feuerung Durch
die Erfindung soll ein Dampferzeuger geschaffen werden, dem bei einer großen spezifischen
Leistung zugleich eine große Betriebssicherheit zu eigen ist.
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Um eine große spezifische Leistung zu erzielen, hat man Dampferzeuger
vorgeschlagen, bei denen die Rauchgasgeschwindigkeit wesentlich über den bislang
üblichen Betrag hinausgeht. Die Anwendung solcher Rauchgasgeschwindigkeiten bringt
eine Erhöhung des Wärmedurchganges und damit .eine Verringerung der Größe der notwendigen
Heizflächen mit sich. Auf der anderen Seite hat eine solche Erhöhung der Rauchgasgeschwindigkeiten
aber zur Folge, daß größere Druckunterschiede für die Feuer- und Rauchgase erforderlich
werden, damit die infolge der Geschwindigkeitssteigerung anwachsenden Reibungswiderstände
der Gase auf dem Wege durch den Kessel überwunden werden können. Eine Möglichkeit,
das notwendige große Druckgefälle für die Gase zu erzeugen, ohne den erwarteten
Wirkungsgrad der auf diese Weise betriebenen Kesselanlage wieder zu beeinträchtigen,
besteht nach bekannten Vorschlägen darin, daß man die notwendige Rauchgaspressung
durch .ein mit einer Gasturbine gekuppeltes Gebläse ;erzeugt, wobei die Gasturbine
in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers eingeschaltet ist. Die Verwendung einer
Gasturbine in diesem Zusammenhange kann leicht zu Betriebsstörungen der ganzen Anlage
führen, und zwar deshalb, weil der Rauchgasstrom niemals völlig frei ist von Bestandteilen,
die beim Durchgang durch die Gasturbine dieser schädlich werden können. Flugasche,
Unverbranntes, Koksteilchen u. dgl. m. wirken bei der hohen Rauchgasgeschwindiglzeit
etwa wie ein Sandstrahlgebläse auf die Schaufeln der Gasturbine :ein und können
infolgedessen sehr bald eine Zerstörung der Schaufeln und damit .eine Betriebsstörung
herbeiführen. Weiterhin kann es vorkommen, daß durch eine unachtsame Betriebsführung
die Rauchgase vorübergehend mit Temperaturen in die Gasturbine ,eintreten, die die
an sich hoch beanspruchten Schaufeln nicht ohne bleibende Schädigung vertragen können.
Nicht zuletzt verteuert die Verwendung der Gasturbine den Aufbau des ganzen Kessels
dadurch, daß der Druck für die Feuerung im ganzen durch das Einschalten der Gasturbine
in dem Gasstrom erhöht werden muß, damit die Gasturbine überhaupt ein genügendes
Gefälle erhält, das zum Aufbringen der Verdichterleistung ausreicht. Der Kessel
muß aus diesem Grunde beim Einschalten einer Gasturbine in den Rauchgasweg entsprechend
druckfest ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß wird zum Erzeugen des Überdruckes für die Rauchgase
an Stelle der
bisher zum Antrieb des Verdichters benutzten Gasturbine
:eine Luftturbine gesetzt. Dieser Luftturbine ist ein in dem Feuer- oder Rauchgasstrom
des Kessels eingesetzter Lufterhitzer vorgeschaltet. Die Abluft dieser Turbine wird
dann mit dem notwendigen Überdruck dem Brenner des Kessels oder der Brennkammer
zugeführt. Bei dieser Anordnung wird also grundsätzlich vermieden, daß eine Beschaufelung
unmittelbar vom Rauchgasstrom beaufschlagt wird. Die Stichflammen, die sich bei
einer vorübergehenden unsachgemäßen Bedienung der Feuerung bilden, können niemals
auf- die empfindliche Beschaufelüng unmittelbar einwirken. Auch Flugasche, Koks-
oder -Schlacketeilchen, die vom Rauchgasstrom mitgeführt werden, können den Betrieb
nicht mehr stören oder gefährden.
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Die Vereinigung einer Luftturbine mit einem Verdichter und einem dazwischengeschalteten:
Lufterhitzer ist an sich bekannt. Brei der bekannten Anordnung .handelt es sich
indessen nicht darum, - die Betriebssicherheit eines Dampferzeugers, von dem die
Erfindung ausgeht, zu steigen. Bei der bekannten Anlage dient die Luftturbine in
Verbindung mit ihrem Verdichter lediglich als Einrichtung zur Abwärmeverwertung
bei Industriefeuerungen ganz allgemein. Dort haben Luftturbine, Verdichter und Heizfläche
keine andere Aufgabe als die, in einem Abgaskamin Abwärme zu erfassen und gewissermaßen
als Wärmepumpe wirkend diese Abwärme der Anlage an einer geeigneten Stelle wieder
zuzuführen.
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Die Leistung der Heißluftturbine kann nach verschiedenen Gesichtspunkten
bemessen werden. Sind nur verhältnismäßig geringe Widerstände zu überwinden, etwa
in der Größenordnung, wie sie bei den üblichen Kesseln auftreten, so kann
ein erheblicher Betrag an Nutzleistung nach außen abgegeben werden. Es kann aber
auch die Turbinenleistung so bemessen werden, daß sie gerade zur Deckung der Strömungswiderstände
ausreicht, so daß freie Nutzleistung nicht verfügbar ist. Innerhalb dieser beiden
Grenzen. ist dann jede Leistungsbemessung der Heißluftturbine möglich. In gewissen
Fällen wird es zweckmäßig sein, von der Heißluftturbine auch die für die Anlage
erforderliche Hilfsleistung, z. B. für die Kesselspeisepumpe, abzunehmen.
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Das Schema einer Anlage gemäß der Erfindung ist in -einem Ausführungsbeispiel
in der Abbildung dargestellt. Der Dampferzeuger ist schematisch als kanalförmiger
Schacht dargestellt, . ohne daß naturgemäß diese Ausführungsform irgendwelche Bedeutung
für die Erfindung hätte. In diesem Schacht sind vier Heizflächen untergebracht,
und zwar eine Strahlungsheizfläche a, die Berührungsheizflächen bi und b2 und eine
weitere Berührungsheizfläche c. Die Heizflächen a, bi und b2 sind Dampferzeugungsheizflächen,
während die Heizfläche c den Erhitzer für die Luftturbine d darstellt. Die Luftturbine
d ist mit einem Luftverdichter e und einem Gasverdichter f . gekuppelt. Der Gasverdichter
ist nur eingezeichnet, um die Möglichkeit seiner Verwendung entsprechend den jeweils
vorliegenden Verhältnissen darzustellen. Er kann unter Umständen weggelassen werden.
Mit dem Maschinensatz ist außerdem eine .elektrische Maschine g gekuppelt, die entweder
dazu dient, Überschußleistung der Turbine d nach außen abzugeben oder fehlende Leistung
an den Maschinensatz zu liefern. Die Maschine g wird insbesondere auch dazu dienen
können, den Maschinensatz anzulassen, falls nicht Druckluft oder eine andere Kraftquelle
zum Anlassen zur Verfügung steht. Der Brennstoff wird bei h zugeführt. i ist die
Abluftleitung der Luftturbine d. Es erscheint zweckmäßig, an der Stelle k eine Hilfswärmequelle
in Form. eines Brenners einzufügen, schon um eine Feinregelung der Lufttemperatur
zu erzielen. Der Maschinensatz arbeitet in der Weise, daß durch die Turbine d Luft
im Verdichtl verdichtet wird, die durch die Wärmeaustauschvorrichtung c hindurchgeführt
wird. In dieser nimmt sie die Menge an Wärmeenergie auf, die erforderlich ist, um
die Veräichterleistung zu decken bzw. um einen gewissen Betrag an überschußleistung
über die elektrische Maschine g nach außen abzugeben. Die in der Wärmeaustauschvorrichtung
c erhitzte und unter Umständen durch den Brenner k nacherhitzte Luft leistet in
der Turbine d Arbeit und wird dann über die Leitung! dem bei h zugeführten Brennstoff
als Verbrennungsluft zugeführt. Die Luftturbine d ist also eine Gegendruckturbine,
deren in der Abluft enthaltene Energie durch Zuführen zur Feuerung im Kreislauf
erhalten bleibt.
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Ein besonderer Regler der Luftturbine d ist .nicht unbedingt erforderlich,
und zwar aus folgendem Grunde: Wenn die Kesselbelastung sinkt, ist auch die zuzuführende
Wärmemenge, d. h. die Brennstoffmenge; zu verringern. Die Folge davon ist ein Absinken
der Gastemperatur, was dazu führt, daß die in der Wärmeaustauschvorrichtung c übertragbare
Wärmemenge sich verringert. Es sinkt also auch die Antriebsleistung der Turbine
d und damit deren Drehzahl. Wenn die Heizfläche so geschaltet ist, wie es in der
Abbildung dargestellt ist, stellt sich also der Maschinensatz gewissermaßen selbsttätig
auf die Kesselleistung .ein. Durch Regelung der Zusatz-
Feuerung
k läßt sich der Energieinhalt der Triebluft den jeweiligen Leistungs- bzw. Betriebsbedingungen
.anpassen.