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Dampfkraftanlage mit schwankendem Kraft- und Wärmebedarf Die Erfindung
bezieht sich auf eine Dampfkraftarilage mit schwankendem Kraft- und Wärrnebedarf
und einem Zwanglaufkessel, vor dessen Überhitzerteil ein Flüssigkeitsabscheider
eingeschaltet ist, und bestellt' darin, daß nur die Brennstoffzufuhr des Zwanglaufkessels
geregelt, ihm dagegen die Speiseflüssigkeit iin wesentlichen in unveränderlicher
Menge eingeführt wird, und daß die ini J.-,lüssigli eitsabscheider abgeschiedene
Flüssigkeit zu einem Niederdruckdampferzeuger geführt wird, in welchem durch die
Wärine des nicht verdampften Arbeitsmittels Niederdruckdampf erzeugt wird.
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Es sind Danipferzeugeranlagen bekannt, bei denen die Speiseflüssigkeitsmeilge
in veränderlicher Menge, d. li. nach Maßgabe eines Betriebszustandes geregelt,
einem Durchflußröhrendampferzeuger zugeführt wird. Dabei ist im Durchflußröhrendampferzeuger
ein Flüssigkeitsabscheider angeordnet, in welchem die Unreinigkeiten der Speiseflüssigkeit
init dein noch nicht verdampften Rest des Arbeitsmittels in einen unter Druck stchenden
Wasserrauin geführt werden, der jedoch einen höheren Druck aufweist als der Dampf
am Austritt aus dein Durchlaufdampferzeuger. Bei -ewissen außer-ewöhnlichen Betriebsverhältnissen
kann dieser Wasserratim zur Ab-I#, Irabe voll Dampf mit herangezogen -werden. Der
gespeicherte Dampf -muß daher der gleichen Druckstufe zugeführt werden wie der Dampf
-ans dem Durchflußröhrendampferzeugen Durch die Erfindung wird null der Vorteil
erreicht, daß dein Dampferzeuger die Speiseflüssigkeit in unveränderlicher "Men-e
zu-e-I LI II führt werden kann, so daß Regelvorrichtungen, die sonst bei Dtirchflußrölirendaiilpferzeugern
zur Gleichlialtung des Dampfzustandes notwendig sind, entbehrlich werden. Der Durchflußröhrendampferzeugerkann
nun ähnlich betrieben werden wie Niederdruckgroßraunikessel, indem einfach die Feuerung
dein Druck im Niederdruckspeicher allgepaßt wird.
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In der Entnahmeleitung des Flüssigkeitsabscheiders kann eine Düse
init einem solchen Querschnitt eingebaut sein, daß bei höchstzulässigem Druck im
Dampferzeuger die ganze dein Dampfer7euger zugeführte Flüssigkeitsmenge noch durchströmen
kann. Sobald aber Dampf vor der Düse erscheint, kann nur noch ein bedeutungsloser
Bruchteil des Gewichts des Arbeitsmittels durchströmen, so daß der Hauptteil des
Dampfes durch den Danipferzeuger unmittelbar zu den Verbrauchsstellen geführt wird.
Dem Niederdruckdampferzeuger kann auch das nicht zur Niederdruckstufe der niehrstufigen
Dampfmaschine
fließende Arbeitsmittel noch zugeführt werden.
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Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung vereinfacht
dargestellt. Fig. i zeigt eine Dampfanlage nach der -findung, Fig. ?, eine Einzelheit
dieser Dampfanlageik#, Ein Hochdruckröhrendampferzeuger i (Fig. i) erzeugt Dampf,
welcher zum Betrieb einer Dampfkraftmaschine:2 benutzt wird und nach Arbeitsleistung
zum Teil in einen Niederdruckspeicher 3 geleitet und zum andern Teil in einem
Kondensator 4 verflüssigt wird. Das bei der Wärmespeicherung und bei der Verflüssigung
im Kondensator entstehende Kondensat strömt einem Speiseflüssigkeitsbehälter
5 zu, aus welchem die Speiseflüssigkeit wieder entnommen und mittels einer
Speisepumpe 6 dem Dampferzeuger i wieder zugeführt wird.
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Als Speiseflüssigkeit strömt das Arbeitsmittel in unveränderlicher
Menge einem Ende 7 dees aus dem Rohrstrang 8 bestehend,en Dampferzeugers
zu, wird zum Teil verdampft und gelangt als Dampfflüssigkeits# gemisch in den Abscheider
9, in welch= der Dampf von der Flüssigkeit getrennt wird und dem als überhitzer
wirkenden Rohrstrang io zuströmt. An dem Ende i i desselben wird der überhitzte
Gebrauchsdampf entnommen und durch die Leitung 12 der Hochdruckstufe 13 der
Dampfkraftmaschine 2 zugeführt. Bei Bedarf kann die zur Kraftmaschine strömende
Dampfmenge durch ein Organ 14 geregelt werden. Nach der Entspannung strömt der Dampf
durch die Leitung 15 zu einer Krenzungsstelle 16, von wo er je nach den Druckverhältnissen
entweder über die Leitung 17 der Niederdruckstufe 18 oder über die Leitung ig dem
Heizkörper:2o des Niederdruckdampferzeugers 3 zugeführt wird.
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In der Leitung 17 ist ein Regelorgan 2 1 eingebaut, welches,
vom Geschwindigkeitsregler 22 der Kraftmaschine 2 beeinflußt, die zur Niederdruckstufe
j8 strömende Dampfmenge beherrscht, und zwar so, daß bei Vergrößerung der Drehgeschwindigkeit
der Durchflußquerschnitt des Organs 21 vermindert und bei Verkleinerung der Drehgeschwindigkeit
vergrößert wird. Entsprechend wird gleichzeitig die durch die Leitung ig zum Heizkörper
20 strömende Dampfmenge ver-'ändert.
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Nach der Arbeitsleistung in der Niederdruckstufe strömt der Dampf
durch die Leitung 23 in den Kondensator 4, in welchem er an den Rohrschlangen
24, welche vom Kühlwasser durchflossen sind, sich niederschlägt. Das Kondensat wird
durch die Pumpe 25 über die Leitung 26 angesaugt und durch die LeitUng
27 in den Speiseflüssigkeitsbehälter 5 gefördert, dessen Flüssigkeitsstand
mit Hilfe des Flüssigkeitsstandanzeigers 28 beobachtet werden kann.
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Derjenige Teil des Dampfes, weicher nicht von der Niederdruckstufe
18 benötigt wird, ;kähn im Heizkörper 20 niedergeschlagen werwobei die Wärme an
die den Heizkörper umgebende Flüssigkeit des -Niederdruckdampferzeugers
3 abgegeben wird. Das Kondensat strömt aus dem Heizkörper durch die Leitung
29 ebenfalls in den Speiseflüssigkeitsbehälter 5.
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Die im Flüssigkeitsabscheider 9 abgeschiedene- Flüssigkeit
strömt über die Leitung 30
in den Heizkörper 2o; ihre Wärme wird dann zur
-Niederdruckdampferzeugung lierangezogen. In der Entnahmeleitung 3o des Abscheiders
ist ein Organ 31 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Entnahmernenge verändert und unterbrochen
werden kann. Eine Drosselblende 32 begrenzt die Höchstmenge, welche aus dem
Abscheider 9 ausströmen kann. Die Durchflußorgane 33 und
35 geben die Mög-
lichkeit, die abgeschiedene Flüssigkeit entweder
in den Heizkörper 2o oder Über die Leitung 34 in den Flüssigkeitsraum des Niederdruckdampferzeugers
3 zu leiten.
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Für den Fall, daß die Hochdrucksttife der Kraftmaschine 2 weniger
Dampf aufnii-rinit, als der Dampferzeuger i erzeugt, kann bei Überschreitung eines
zulässigen Dampfdrucks der Dampf über die Leitung 36 und über das gewichtsbelastete
Organ 37 in die Leitung 38
strömen. Aus der Leitung 38 führt
die Leitung 39 den Dampf zur Kreuzungsstelle 16, von wo aus, falls die Niederdruckstufe
18 auch keinen Dampf aufnimmt, der Dampf dem Heizkörper 2o zugeleitet wird. Sollte
der Heizkörper nicht mehr genügend Dampf niederschlagen, so kann der überschüssige
Dampf über ein Sicherheitsorgan 4o ins Freie abströmen.
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Falls der im Danipferzeuger erzeugte Dampf zum Betrieb der Kraftmaschine
2 nicht hinreicht, kann beim Absinken des Drucks an der Kreuzungsstelle 16 und in
der Leitung 39 über die Leitung 41 aus dein Niederdruckdampferzeuger Niederdruckdampf
entnommen und zur Arbeitsleistung in der Niederdruckstufe 18 der Kraftmaschine 2
herangezogen werden. Zu diesem Zweck ist in der Leitung 41 ein durch den Kolben
42 belastetes Durchflußorgan 43 eingebaut. Bei einem unzulässigen Sinken des Drucks
in der Leitung 39 sinkt der Druck über dem Kolben 42, so daß die Feder 44
das Ventil anhebt und den Durchfluß für den Dampf freigibt.
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Ein anderer Teil des im 2"-,iederdruckdampferzeuger erzeugten Dampfes
strömt durch die Leitungen 45 und -16 zu den nicht gezeichneten Verbrauchsstellen,
beispielsweise
Heizvorrichtungen oder anderen Kraft-Z> maschinen.
Zur Regelung des Drucks in der Leitung 46 ist ein Durchflußorgan 47 vorgesehen,
dessen Ventil durch den Kolben 48 gesteuert wird. Beim Steigen des Drucks in der
Leitung 46 wird der Querschnitt des Durchflußorgans 47 vergrößert und umgekehrt
beim Sinken des Drucks in der Leitung -[6 durch die Feder 49 verkleinert.
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Um die beim Betrieb eintretenden Verluste an Arbeitsmittel im Hochdruckkreislauf
zu ersetzen, ist ein Hilfskondensator 50 vorgesehen, dein durch die Leitung
51 Dampf zugeleitet wird; das entstehende Kondensat strömt durch die Leitung
52 in die Leitung 29 und von hier zum Speisebehälter 5. Die im Behälter
5 befindliche Speiseflüssigkeit wird durch die Ptlii-,Pe 55 über die
Leitung 56 der Speisepunipe 6 zugeführt.
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Für den Niederdruckdampferzeuger 3 ist eine SPeisePul-nPe
57 vorgesehen, welche Speiseflüssigkeit dem Behälter 58 entnimmt und
über die Leitung 59 einem rauchgasbeheizten Vorwärmer 6o zuleitet, aus dem
sic durch die Leitung 61 in den Dampferzeuger 1
strömt. Der Druck des Niederdruckdampferzeugers
3 kann durch das Sicherheitsorgan 7o an einem zu hohen Anstieg verhindert
werden. Für den Wasserumlauf in dem Dampferzeuger 3 ist eine in eine Umlaufleitung
54 eingebaute UmlaufPumPe 53 vorgesehen.
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In der EntnahineleitUng 30 kann, wie in .1,'ig.:2 gezeigt,
beispielsweise eine Düse 62 angeordnet sein, deren Durchflußquerschnitt F
so beinessen ist, daß beim höchstzulässigen Druck des Dampferzeugers i gerade die
ganze Arbeitsmittelmenge, welche durch die Speisepumpe 6 gefördert werden
kann, durchströmt. Da die durchströmende Menge ungefähr der Dichte des durchströmenden
Mittels proportional ist, strömt durch den gleichen Durchflußquersclinitt F eine
Dampfmenge, deren Gewicht nur ungefähr %" des Gewichts der durchströmenden Flüssigkeitsmenge
beträgt. Dadurch wird eine selbsttätige Regelung der aus dem Abscheider entnoinmenen
Arbeitslilittelnienge erreicht.
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Die Arbeitsweise der Anlage ist die folgende: Durch die Speisepumpe
6 wird dein aus den Rohrsträngen 8 und io bestehenden Dampferzeuger
i eine unveränderliche Flüssigkeitsmenge zugeführt. Die Leistung des Dampferzeugers
wird in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand des Dainpferzeugers 3, welcher
am 1.1iissigkeitsstand 63 abgelesen werden kann, oder in Abhängigkeit von
dein am Meßgerät 6-t gemessenen Druck des Niederdruckdampfes geregelt. Zu diesem
Zweck wird die durch die Leitung 6,5 dem Brenner 66 zugeführte Brenn3toffnienge
mit Hilfe des Durchflußorgans 67 verändert. Die durch die Leitung
68 zuströmende Verbrennungsluft kann dann entsprechend durch das Durchflußorgan
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verändert werden. Je nach der Wärmezufuhr verdampft eine größere oder eine
kleinere Menge der unverändert zugeführten Speiseflüssigkeit. Die nicht verdampfte
Flüssigkeit wird durch den Flüssigkeitsabscheider 9 wieder ausgeschieden.
Die Regelung der Dampfteinperatur am Austrittsende i i erfolgt selbsttätig dadurch,
daß bei großer Wärmezuführung eine vergrößerte Flüssigkeitsmenge verdampft wird,
somit ein vermehrter Wärmebedarf vorhanden ist und damit das unzulässige Ansteigen
der Temperatur verhindert ist. Umgekehrt wird bei geringer Wärmezuführung nur eine
kleine Dampfnienge erzeugt, so daß die geringe zugeführte Wärmemenge wohl noch imstande
ist, die kleine Dampfmenge auf die vorgeschriebene Temperatur zu überhitzen.
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Die Anlage nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die Temperaturregelvorrichtungender
bekannten Dampferzeuger nicht mehr notwendig sind und trotzdem die Dampftemperatur
auch ohne einen großen Flüssigkeitsraum im Hochdruckdampferzeuger imveränderlich
gehalten werden kann. Insbesondere für kleinere Anlagen bringt das einen bedeutenden
Vorteil mit sich, weil bei diesen, verglichen mit dem Danlpferzeuger, die Regelvorrichtungen
sehr umfangreich werden und zudem noch Anlaß zu Betriebsstörungen beim Versagen
geben können.
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Zum Betrieb der Dampfanlage können alle bekannten Vorrichtungen herangezogen
werden. Es können beispielsweise anstatt eine Kolbentnaschine als Kraftanlage auch
eine oder mehrere Turbinen verwendet werden. Anstatt den Niederdruckdampferzeuger
nach dem Wärmeaustauschverfahren zu beheizen, kann er auch unmittelbar durch Mischung
des Heizdampfes mit der zu verdampfenden Flüssigkeit beheizt werden.