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Verfahren zur Krafterzeugung durch Wasserdampf Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Krafterzeugung durch Wasserdampf, das besonders für Dampfturbinen
geeignet ist.
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Die Erfindung bezweckt, den Wirkungsgrad des Kreislaufes des Dampfes
zu erhöhen und den Brennstoffverbrauch für die Dampferzeugung herabzusetzen, und
zwar durch zweckmäßige Verteilung der dieVerdampfung und die Verbrennung betreffenden
Vorgänge.
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Es ist bekannt, Wasserdampf in einer beheizten Düse zu entspannen,
um mit seiner so erhaltenen kinetischen Energie im Laufrad einer Turbine Arbeit
zu leisten. Weiterhin ist es bekannt, den Dampf in einer beheizten Turbine isotherm
expandieren und dabei Arbeit leisten zu lassen.
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Die Herabsetzung des Brennstoffverbrauches und die Erhöhung des Wirkungsgrades
der Verbrennung werden gemäß der Erfindung dadurch bewirkt, daß der feste Brennstoff,
der zuvor durch die Verbrennungsgase des Herdes getrocknet und vorgewärmt wird,
zunächst durch einen Gaserzeuger läuft, der brennbare Gase liefert, die bei hoher
Temperatur dazu verwertet werden, die Verdampfung und die isothermische Entspannung
des Dampfes von dein Verdampfungsdruck auf den Gebrauchsdruck herbeizuführen, worauf
der Brennstoff als glühender Koks in einen Herd eingebracht wird, wo er unter Wärmeentwicklung
verbrennt und das unter V erdampfungsdruck stehende Wasser erhitzt. Dieser Verbrennungsvorgang
ist vorteilhaft auf den Verdampfungskreislauf nach der Erfindung anwendbar. Tatsächlich
erfordert die Erhitzung des Wassers eine viel kleinere Wärmemenge als seine Verdampfung
und stellt im Vergleich mit der Verdampfung einen langsamen Vorgang dar; im Gegensatz
hierzu erfordert die Verdampfung die Zufuhr einer großen Wärmemenge innerhalb einer
sehr kurzen Zeit. Es ist daher vorteilhaft, die Verbrennung des Kokses (verhältnismäßig
langsame Verbrennung) für die Erhitzung des Wassers auszunutzen und die Verbrennung
der Gase (schnelle Verbrennung) für die Verdampfung; da ferner die für die Erhitzung
des Wassers verbrauchte Wärme zu der gesamten Verdampfungswärme hinzukommt, können
die Verdampfungsflächen um so kleiner sein, je größer die zusätzliche Wärmemenge
ist.
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Gemäß der Erfindung kann eine weitere im Herd verlorengegan.gene Wärmemenge
dadurch wieder gewonnen werden, daß der Gaserzeuger im Innern des der Erhitzung
des Wassers dienenden Röhrenbündels angeordnet wird; ferner werden die Verbrennungsgase
gemäß der Erfindung vorteilhaft dazu ausgenutzt, die Kraftmaschine zu erhitzen,
in der die krafterzeugende isothermische Entspannung vor sich geht.
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Gemäß der Erfindung spielt sich die Verdampfung des Wassers unter
konstantem
Druck in einem Raum ab, der unmittelbar der Wirkung von
durch die Verbrennungsgase des Gaserzeugers gespeisten Brennern ausgesetzt ist und
der mittels einer durch die Abzugsgase des Brenners geheizten Düse mit einem Dampfsammler
verbunden ist, wobei in der Düse die isothermische Entspannung des Dampfes ohne
äußere Arbeitsleistung vor sich geht.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen veranschaulicht.
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Fig. i ist ein Entropiediagramm des Wasserdampfes, in dem der erfindungsgemäße
und der bekannte Kreislauf dargestellt sind.
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Fig.2 ist eine beispielsweise Darstellung des Gaserzeugers und der
Feuerbüchse, in der sich die Verbrennung der Kohle abspielt.
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Fig.3 ist eine beispielsweise dargestellte Einrichtung, in der sich
die Verdampfung des Wassers und die isothermische Entspannung ohne von außen zugeführte
Arbeit durch Verbrennung des Gases abspielt, das im Gaserzeuger hergestellt wurde.
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In Fig. i entspricht der Kreislauf A-111-D-E-A der Erfindung, während
der bekannte Kreislauf entsprechend A-B-C-D-E-A ver-
läuft.
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Der Kreislauf nach der Erfindung umfaßt folgende Stufen: i. Das Wasser
-,wind auf 25o° erwärmt (A-1111). Um zu verhindern, daß das Wasser bei dieser Temperatur
verdampft, erfolgt die Erwärmung desselben unter erhöhtem Druck (q.o at). Im Punkt
M befindet sich das Wasser im flüssigen Zustand.
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-;". Dieses Wasser wird dann ohne Arbeitsleistung bis zu .einem
Druck von io at isotherrnisch entspannt (111-D). Während dieser Druckveränderung
von q.0 at auf i o at verdampft das Wasser augenblicklich, und es entsteht ein überhitzter
Dampf. Um eine Abkühlung während, dieser Ausdehnung zu verm.eiiden, wird eine bestimmte
Wärmemenge zugeführt.
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3. Es erfolgt eine adiabatische Ausdehnung (D-E) von dem Druck von
i o at auf,denDruck von o,032 at des Komd--ensators. Diese adiabatische Ausdehnung
erfolgt in einer thermischen Maschine, vorzugsweise einer Turbme, unter Arbeitsleistung.
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Der Wirkungsgrad dieses Kreislaufes ergibt sich aus dem Verhältnis
zwischen der Fläche A-1W-D-E-A und der Fläche K-A-11i1-D-F-K.
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Der bekannte Kreislauf umfaßt: i. Eine Erwärmung des Wassers auf eine
Temperatur von i79°, welche einem Druck von i o at entspricht (A-B) ;
2. eine
Verdampfung bei einem konstanten Druck von i o, at (B-C) ;
3. eine Überhitzung
des durch diese Verdampfung entstehenden gesättigten Dampfes auf 25o°. (C-D)
;
- e; e adiabatisehe Ausdehnung (D-E) 4 unter Arbeitsleistung, welche mit
der entsprechenden Stufe des Kreislaufes nach der Erfindung übereinstimmt.
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Der Wirkungsgrad ,dieses Kreislaufes entspricht dem Verhältnis zwischen
der Fläche A-B-C-D-E-Aund derFlächeh-A-B-C-D-F-K.
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Der erfindungsgemäß praktisch durchgeführte Kreislauf unterscheidet
sich von dem theoretischen Kreislauf A-1T-D-E-A darin, daß der Dampf einer isothermischen
Entspannung in der Hochdruckstufe der Turbine gemäß der Horizontalen DP unterworfen
ist. Diese isothermnische Entspannung wird dadurch erzielt, daß man den Statorteil
.der Turbine, welcher dem der 'Hochdruckstufe entspricht, mit äußeren Flügeln versieht,
die durch die fühlbare Wärme der Abzugsgase aufgeheizt werden, die sich bei der
Verbrennung des Kokses und des Verbrennungsgases des Gaserzeugers ergeben.
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Man sieht in Fig. 2, die sich auf den Gaserzeuger bezieht, daß .der
feste Brennstoff in Pulverform durch eine Schnecke 2 zugeführt wird und dann in
den Gaserzeuger 3 fällt. Diese Schnecke ist im Innern der Leitung q., die zur Ableitung
der Abgase dient, derart untergebracht, daß die Kohle, die von der Schnecke befördert
wird, getrocknet und erwärmt wird.
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Am oberen Teil der Brennstoffbeschickung, die sich im Gaserzeuger
befindet, erfolgt eine Destillation. Die Destillationsgase entweichen durch die
durdhbrochenen Teile der 'Leitung 5 und werden am oberen Teil dieser Leitung abgeleitet,
bevor sie zur Verdampfung des Wassers benutzt werden, wie es anschließend beschrieben
Nverden wird.
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Im unteren Teil des Gaserzeugers spielt sich die Herstellung des Mischbmases
ab , indem Wasserdampf und Luft durch die Löcher des Windkessels 6 eingeführt werden.
Das Mischgas strömt gleiehfallsdurch die Leitung 5 ab und vermischt sich mit dem
Destillationsgas.
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Der Glühkoks fällt auf einen kegelförmigen Rost 7, auf dem sich seine
Verbrennung abspielt. Die Wärme, die durch diese Verbrennung erzeugt wird; dient
zum Aufheizen des Wassers, das sich in den Rohren 8 befindet. DieRohre8 umgeben
zylinderförmig den Gaserzeuger in Form eines Bündels. Sie schließen sich an eine
obere Leitung io an, durch welche das kalte Wasser eingeführt wird, sowie an eine
untere Leitung 9; die dazu dient, das erhaltene heiße Wasser zu sammeln.
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Die Verbrennungsgäse, die das Rohr 5 verlassen,dienen zur Verdampfung
des durch die Sammelleitung 9 abgeführten Wassers in den
Verdampfern,
die in Abb. 3 dargestellt sind. Das Verbrennungsgas wird durch die Leitung i i eingeführt
und dringt dann in :den unteren Teil der Windkammer 12 ein, welcher auch die Verbrennungsluft
zugeführt wird. Eine Düset 13 richtet idie brennende Flamme gegen die untere Fläche
des Kessels 1q., in welchem das aus der Sammelleitung g starnmen:d:eWasser durch
die Leitung 15 eingeführt wird. In diesem Kessel erfolgt die Verdampfung des auf
diese Weise unter ikorns.tantem Druck eingeführten Wassers. Der Kessel steht durch
die Düse 16 mit einem Dampfsammelraum 17 in Verbindung, wobei diese Düse und der
Dampfsammler .im Wege der Abzugsgase liegen. Die Düse ist derart bemessen, daß dne
Entspannung dies Dampfes isothermisch erfolgt, während die- Drücke im Kessel 14
und im Sammler 17 beispielsweise 40 und io at betragen.