DE664080C - Verfahren zum Umformen von Niederdruck- bzw. Abdampf in Dampf von erhoehtem Druck und erhoehter Temperatur - Google Patents

Description

• Verfahren zum Umformen von Niederdruck- bzw. Abdampf in Dampf von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur

  Die Erfindung bezieht sich auf ein #.'er-

  fahren zum Uniformen von Dampf, z. B. Ab-

  dampf oderNiederdruckdampf durchEinleiten

  dieses Dampfes in einen Wärmeaustauscher,

  der eine Lösung mit erhöhtem Siedepunkt

  enthält, die imstande ist, den Dampf aufzu-

  nehmen, wobei die durch die Aufnahme des

  Dampfes in der Lösung entwickelte Wärme

  zum Erzeugen von Dampf von erhöhtem

  Druck und erhöhter Temperatur in dem

  Wärmeaustauscher ausgenutzt wird. Um bei

  derartigen bekannten Verfahren die Anreiche-

  rung der Lösung im Aufnehmer aufrechtzu-

  erhalten, wurde die Lösung zum Umlaufen

  zwischen dein Aufnehmer und einem Ver-

  dampfer gebracht, in welchem eine der im

  Aufnehmer aufgenommenen Dampfmenge ent-

  sprechende Dainpfrnenge, beispielsweise in

  der Form von Hochdruckdampf, mittels von

  außen zugeführte Wärme ausgetrieben wurde,

  ehe die Lösung dem Aufnehmer wieder zu-

  geführt wurde.

  Um den Verlauf eines derartigen Ver-

  fahrens beim Dampferzeugen näher ausein-

  anderzusetzen, ist in der Zeichnung eine

  Dampferzeugungsanlage vereinfacht darge-

  stellt, die in der erwähnten Weise arbeitet.

  i bezeichnet einen Eindampfer für die

  danrpfaufnehrnende Lösung. Er wird auf

  zweckmäßige Weise durch von außen zuge-

  führte Wärme erhitzt. Der hierbei erzeugte

  Hochdruckdampf wird durch die Leitung 2

  an eine Kraftanlage, z. B. eine Dampfturbine 3,

  abgegeben, deren Abdampf durch die Lei-

  tung q. in den Aufnehmer 5 eingeleitet wird.

  Der Aufnehmer enthält eine zweckmäßige

  Lösung mit erhöhtem Siedepunkt, die im-

  stande ist, Dampf des Lösungsmittels von

  niedrigerer Temperatur als derjenigen der

  Lösung unter Freimachung der latenten

  Wärme des Dampfes aufzunehmen. Die bei

  der Aufnahme des Dampfes frei gemachte

  Wärme wird größtenteils zum Erzeugen von

  Dampf, beispielsweise Niederdruckdampf, in

  einem mit dem Aufnehmer 5 zusammen-

  gebauten Dampferzeuger 6 ausgenutzt. Der

  erzeugte Dampf wird durch die Leitung 7 an

  nicht dargestellte Dampfverbraucher abgelei-

  tet. Sind dies reine Wärmeverbraucher, wird

  auch die durch die Aufnahme frei gemachte

  latente Wärme des Niederdruckdampfes aus-

  genutzt, wonach der niedergeschlagene Dampf

  sich als Speiseflüssigkeit zum Dampferzeu-

  ger 6 durch die Leitung 8 zurückführen läßt.

  Beim Aufnehmen des Abdampfes im Auf-

  nehmer 5 würde die Lösung verdünnt wer-

  den. Um das Verfahren dauernd in Gang

  halten zu können, ist es deshalb notwendig,

  die Lösung der Verdünnung entsprechend

  fortlaufend im Verdampfer i einzudampfen.

  Zu diesem -Zwecke wird die Lösung in fort-

  dauerndem Umlauf zwischen dem Aufnehmer 5

  und dem Verdampfer i versetzt. Die Lösung

  wird dabei durch die Leitung g- mittels einet-'

  Pumpe io dem Verdampfer i zugeführt. Die

  angereicherte Lösung wird vom Verdampfer

  an den Aufnehmer durch die Leitung i i und

  das Drosselventil 1z zurückgeleitet, wobei ein

  Wärmeaustauscher 13 zwischen den Leitun-

  gen 9 und i i angeordnet ist. Im Verdampfer i

  wird mittels von außen zugeführter Wärme

  eine Menge Hochdruckdampf je Zeiteinheit

  ausgetrieben, die der ,Menge des im Auf-

  nehmer je Zeiteinheit aufgenommenen Ab-

  dampfes gleich ist. Auf diese Weise wird die

  Anreicherung sowohl im Aufnehmer wie auch

  im Verdampfer- bei ihren vorbestimmten Wer-

  ten aufrechterhalten. Wenn für jedes Kilo-

  gramm aufgenommenen Abdampfes je Kilo-

  gramm Lösung durch die Leitung 9 mit der

  im Aufnehmer herrschenden Anreicherung

  weggeleitet wird, so muß gleichzeitig je i kg

  von im Verdampfer eingedampfter Lösung

  dem Aufnehmer durch die Leitung i i zuge-

  führt werden, damit Gleichgewicht in der An-

  lage stattfinden soll. Im Verdampfer herrscht

  somit höhere Anreicherung als im Aufnehmer,

  wie auch höherer Druck und höhere Tempe-

  ratur.

  Bisher gemachte Vorschläge zur Aus-

  nutzung des oben beschriebenen Verfahrens

  waren hauptsächlich auf die Verwendung von

  Kaliumbydrat- oder Natriumhydratlösungen

  als dampfaufnehmende Flüssigkeit gerichtet,

  und zwar wegen der sehr vorteilhaften ther-

  mischen Eigenschaften dieser Lösungen im

  Vergleich mit anderen vorgeschlagenen Lö-

  sungen. Bei den vorhandenen hohen Tem-

  peraturen und Anreicherungen greifen aber

  Natrium- und Kaliumhydratlösungen schnell

  und in hohem Maß die Baustoffe an, die in

  einem Dampferzeuger zur Verwendung ge-

  langen. Infolgedessen ließ sich auch dies

  Verfahren bisher im Betriebe nicht durch-

  führen.

  Der Dampf, der in dem mit dem Auf-,

  nelitner zusammenwirkenden Dampferzeuger

  erzeugt wird, läßt sich für Kraftzwecke oder

  für Heizzwecke verwenden. Im ersten Falle

  geht die Dampferzeugun:gswärme durch

  Niederschlagen verloren. Um diesen Verlust

  herabzusetzen, sind die Verhältnisse daher

  derart abzustimmen, daß die im erwähnten

  Dampferzeuger erzeugte Dampfmenge mög-

  lichst klein wird, und daß man--den Hoch-

  druckdampf bis zum niedri:gst möglichen

  Druck entspannt. Im letzteren Falle dagegen

  tritt die Schwierigkeit auf, den für Heiz-

  zwecke benutzten Dampf im Verhältnis zum

  Hochdruckdampf des Eindampfers so abzu-

  stimmen, @daß man sowohl den gewünschten

  Hochdruckdampf als auch den gewünschten

  Heizdampf in derselben Anlage gleichzeitig

  entnehmen kann.

  'M .gewissen Industrien, wie in der Papier-,

  °'``lhxlose-, Zucker-, Brauerei-, Textilindustrie

  liegen beispielsweise gleichzeitig ein

  großer Kraftbedarf und ein gewisser Bedarf

  an Niederdruckdampf für Heizzwecke vor.

  In derartigen Industrien wird der erförder-

  liche Niederdruckdampf gewöhnlich in der

  Form von Abdampf von mittels Hochdruck-

  dampf getriebenen Krafterzeugern, z. B.

  Dampfturbinen, entnommen, in denen man

  den Hochdruckdampf bis auf den erwünsch-

  ten Druck des Niederdruckdampfes (Heiz-

  dampfes) entspannt. Dabei hat es sich her-

  ausgestellt, -daß, wenn man auch den ganzen

  Bedarf der Industrieanlage an Niederdruck-

  dampf auf diese Weise in .der Form von Ab-

  dampf von Krafterzeugern entnimmt, der

  ganze erforderliche Kraftbedarf jedoch bei

  weitem nicht durch die Leistung gedeckt

  wenden kann, :die der Hochdruckdampf bei

  der Entspannung erzeugt, sogar dann nicht,

  wenn :der Druck des Hochdruckdampfes bis

  auf die Größenordnung von ioo Atm. er-

  höht wird. Deshalb ist es in derartigen In-

  dustrien notwendig gewesen, den noch übri-

  gen Kraftbedarf auf andere und selbstver-

  ständlich kostspieligere Weise zu decken;

  z. B. mittels besonderer Kondensierungstur-

  binen oder mit elektrischer Kraft usw.

  Bei bisher vorhandenen gewöhnlichen Ab-

  dampfkraftanlagen, in denen der Heizdampf

  in der Form von Abdampf von Krafterzeu-

  gern entnommen wird,ist man auf eineKraft-

  men:ge von nur o,o8 bis o,iz oder im Durch-

  schnitt o,ilzW je Kilogramm Heizdampf ge-

  längt, was bei weitem nicht hinreichend ist, um

  in derartigen Industrien den ganzen erforder-

  lichen Kraftbedarf in einer und derselben

  Anlage erhalten zu können. Dies ist aber

  beim Verwenden des obigen Verfahrens mög-

  lich; bei dem man den Hochdruckdampf bis

  auf den im Aufnehmer herrschenden Druck

  entspannt, wenn dieser Druck möglichst

  niedrig gehalten wird und die Verhältnisse

  im übrigen derart abgestimmt werden, daß

  die im Dämpferzeuger des Aufnebniers er-

  zeugte Dampfmenge möglichst klein im Ver-

  h ,ältnis zur Menge des Hochdruckdampfes ,ge-

  macht wird, oder mit anderen Worten: Die-

  selben Bedingungen, .die zur Erreichung eines

  möglichst hohen thermischen Wirkungsgra-

  des vorausgesetzt wurden, wenn der Nieder-

  druckdampf nur zur Krafterzeugung benutzt

  wurde, sollen auch für den Fall erreicht

  werden, wenn der -Niederdrucl;daiiipf für

  Reizzwecke benutzt wird.

  In früher gemachten Vorschlägen, das oben beschriebene Verfahren unter Benutzung beispielsweise von Kalium- oderNatriumhydratlösung zu verwenden, war man bestrebt, ein hohes Wärmegefälle des Hochdruckdampfes dadurch zu erreichen, daß die Anreicherung und somit auch die Siedetemperatur im Eindampfer so hoch wie möglich gehalten wurde. Da aber die Angriffe der Lösungen gegen alle verwendbaren Baustoffe sowohl mit der Anreicherung wie auch mit der Temperatur wachsen, ist dieser Weg, einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad oder ein günstigeres Verhältnis zwischen den Mengen Hochdrucledampf und Niederdruckdampf (Heizdampf) zu erreichen, unzweckmäßig. Die Erfindung hat 'den Zweck, einen anderen Weg zu weisen, um dasselbe günstige Ergebnis zu erzielen, ohne daß Anreicherung und Temperatur im Eindampfer solche Grenzen überschreiten, daß die benutzte dampfaufnehmende Flüssigkeit .den Baustoff mehr als zulässig bezüglich der Lebensdauer der Anlage angreift.
• Die Erfindung besteht darin, daß die dampfaufnehmende Lösung in dem Verdampfer nur so weit eingedampft wird, daß der Siedepunkt der Lösung höchstens 20o° C bei Atmosphärendruck ist, und daß die Menge der in der Zeiteinheit dem Eindampfer vom Aufnehmer zugeführten Lösung mindestens sechsmal größer ist als die im Aufnehmer in der Lösung in der Zeiteinheit aufgenommene Menge Niederdruck- bz-W. Abdampf. Die Möglichkeit, auf :den thermischen Verlauf des Verfahrens durch Beeinflussung der Umlaufmenge einwirken zu können, wurde früher überhaupt nicht beachtet. Die bisher vorgeschlagenen Umlaufmengen waren verhältnismäßig klein, was in den Fällen, in denen die Umlaufmenge sticht unmittelbar mit Ziffern angegeben wurde, mittelbar daraus hervorgeht, daß .der Unterschied zwischen den Anreicherungen im Verdampfer und im Aufnehmer beträchtlich war.
• Die Einwirkung der Beeinflussung oder Umlaufmenge auf den thermischen Verlauf in einer Anlage, die nach dem obigen Verfahren arbeitet, ist hauptsächlich wie folgt: Je mehr,die Umlaufmenge erhöht wird, um so mehr nähert sich die Anreicherung imAufnehmer der Anreicherung im Eindampfer. Wenn die letztere gleichgehalten wird, so folgt daraus, daß die Anreicherung im Aufnehmer mit steigender Umlaufmenge erhöht wird. Der Siedepunkt der Lösung wird seinerseits mit der Anreicherung der Lösung erhöht, unter der Voraussetzung, @daß der Druck gleichbleibt. Im Aufnehmer wünscht man aber, von einer gegebenenfalls erwünschtenRegelung abgesehen,eine vorausbestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten, die von dem vorausbestimmten erwünschten Druck des im Dampferzeuger des Aufnehmers erzeugten. gesättigten Dampfes abhängig ist. Da der letztere Druck bestimmt ist, .so ist auch die Temperatur des Dampfes und somit auch die Temperatur im Aufnehmer vorausbestimmt. Da der Siedepunkt einer gewissen Lösung von bestimmter Anreicherung mit dem Drucke fällt, so folgt daraus, daß man d ie im Aufnehmer vorausbestimmte erwünschte Temperatur, wenn die Anreicherung bei erhöhter Umlaufmenge steigt, nur durch Herabsetzen des Druckes im Aufnehmer im entsprechenden Maße aufrechterhalten kann, oder mit anderen Worten: Durch Erhöhung der Umlaufmenge kann man den Druck im Aufnehmer in entsprechendem Maße herabsetzen, was gemäß den vorhergehenden Ausführungen eben anzustreben ist, weil dadurch das Wärmegefälle des Hochdruckdampfes erhöht wird.
• Die Beeinflussung der Umlaufmenge bildet somit ein neues Mittel, die oben aufgestellten Bedingungen für einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad bzw. für die Herbeiführung eines besseren Verhältnisses zwischen den Mengen Hochdruckdampf Und Niederdruckdampf (Heizdampf) in einer Anlage zu erfüllen, die nach dem bekannten Verfahren arbeitet, ohne daß es notwendig ist, die Anreicherung und :die Temperatur so hochzuhalten, daß .die Angriffe der Lösungen gegen den benutzten Baustoff zu kräftig werden.
• Man könnte sich vorstellen, daß die Wärmeübertragung vom Aufnehmer zu dem Eindampfer mit steigendem Umlauf steigen würde, weil die vom Aufnehmer abgehende Lösung höhere spezifische Wärme :als die vom Eindampfer zurückkommende eingedampfte Lösung hat.
• Unter der Voraussetzung, daß der Wärmeaustausches 13 derart gebaut ist, daß die zum Aufnehmer zurückkehrende Lösung dieselbe Temperatur wie die vom Aufnehmer. abgehende hat, zeigt eine ausgeführte Berechnung,. daß die (je Kilogramm im Aufnehmer aufgenommenen Dampfes) vom Aufnehmer an :den Eindampfer übertragene Wärmemenge nur der Flüssigkeitswärme von z kg Wasser bei der im Aufnehmer herrschenden Temperatur gleich ist, unabhängig von der Größe des Umlaufes. Selbstverständlich wird im Betrieb die Temperatur der nach dem Aufnehmer zurückkehrenden Lösung etwas höher als die Temperatur im Aufnehmer sein; es ist aber nicht notwendig, sie höher zu halten, als daß man die vom Aufnehmer an den Verdampfer übertragene i Wärmemenge, unabhängig von der Größe der Umlaufmenge, als gleichbleibend ansehen könnte: Deswegen wird auch die Berechnung der mit dem erhöhten Umlauf verbundenen Veränderungen bezüglich Drück, Temperatur und Anreicherungen in hohem Maße vereinfacht.
• Die Bemessung der Größe der .Umlaufmenge in einem gewissen gegebenen Falle wird natürlich von den Aufgaben der Dampfanlage wie der Beschaffenheit der als dampfaufnehmende Flüssigkeit benutzten Lösung abhängig.
• Wird in einer gegebenen Anlage die Größe der Umlaufmenge verändert, so wenden, wie oben hervorgehoben wunde, die Anreicherung und der Druck im Aufnehmer und demgemäß auch Glas Wärmegefälle des Hochdruckdampfes und die Menge des im Dampferzenger des Aufnehmers erzeugten Dampfes verändert. In einer Veränderung der Umlaufmenge liegt somit ein einfaches Mittel zum Regeln der Erzeugung von Hochdruckdampf im Verhältnis zum Niederdruckdampf der Dampfanlage, so daß die Anlage wechselnden Betriebsverhältnissen angepaßt bzw. auf eine einfache Weise für ein erwünschtes bestimmtes Betriebsverhältnis genau eingestellt werden kann. Wünscht man beispielsweise bei einer Anlage sowohl für Krafterzeugung als auch für Heiz-dampferzeugung die Menge erzeugten Heizdampfes im Verhältnis zu einem wechselnden Bedarf regelbar zu machen, aber gleichzeitig eine bleichbleibende Krafterzeugung aufrechtzuerhalten, so muß offenbar die äußere Wärmezufuhr zu dem oder .den Eindampfern in einem der Veränderung des Wärmegefälles des Hochdruckdampfes entsprechenden Maße geregelt werden. In solchem Falle wird erfindungsgemäß eine Regelung der Umlaufmenge mit einer entsprechenden Regelung der an .den Eindampfer von außen zugeführten Wärmemenge verbunden.
• Die hierzu erforderliche Regelvorrichtung kann von jeder beliebigen zweckmäßigen Art sein. und bildet keinen Teil der Erfindung. _

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zuni Umformen von Niedendrucledampf bzw. Abdampf in Dampf von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur durch Einleiten des Dampfes in eine zum Aufnehmen des Dampfes geeignete Lösung in einer Anlage mit einem Wärmeaustauscher zur Abgabe der bei der Dampfaufnahme entwickelten Wärme und mit einem oder mehreren Eindampfern, in welchem oder welchen eine der im Aufnehmer aufgenommenen Dampfmenge entsprechende Menge Dampf aus der zwischen dem Aufnehmer und einem oder mehreren Eindampfern umlaufenden Lösung in der Zeiteinheit mittels von außen zugeführter Wärme ausgetrieben wird, dadurch gekennzeichnet; daß die Lösung in dem oder den Eindampfern (i) nur so weit eingedampft wird, daß der Siedepunkt der Lösung beim Atmosphärendruck höchstens 2oo° C wird, und daß die Menge Lösung, die in der Zeiteinheit dem oder den Eindampfern vom Aufnehmer (5) zugeführt wird, mindestens sechsmal größer ist als die im Aufnehmer in der Lösung in der Zeiteinheit aufgenommene Menge Niederdruck- ' bzw. Abdampf.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den Dampfmengen, die indem oder den Eindampfern (i) und in dem mit dem Aufnehmer zusammenwirkenden Dampferzeuger erzeugt werden, durch Änderung der zwischen dem Aufnehmer und -dem Eindampfer in der Zeiteinheit umlaufenden Menge Lösung geregelt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Umlaufmenge der Lösung gleichzeitig die dein . oder den Eindampfern von außen zugeführte Wärmemenge geregelt wird.