DE685942C

DE685942C - Steam generating system heated by engine exhaust gases on ships with generator gas engines

Info

Publication number: DE685942C
Application number: DEH152888D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Schmidt
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1937-09-07
Filing date: 1937-09-07
Publication date: 1939-12-29

Description

Durch Motorabgase beheizte Dampferzeugungsanlage auf Schiffen mit Generatorgasmotoren Die Erfindung betrifft Verbesserungen der im Patent 685 oog beschriebenen Dampferzeugungsanlage für Schiffe mit Generatorgasmotoren, der während des Betriebes der Gasmotoren zusätzlich die Abwärme des Gaserzeugers und bei schwankender Belastung oder Stillstand der Gasmotoren als Ersatz für die fehlende Motorabwärme von den Motoren nicht verbrauchtes Generatorgas als-Brennstoff zugeführt wird. Die Erfindung besteht darin, die Bildungswärme des Sattdampfes in der Dampferzeugungsanlage erstlinig aus der Abwärme der Motoren oder der Ersatzwärme, die bei schwankender Belastung oder Stillstand der Motoren aus dem nicht verbrauchten Generatorgas frei wird und aus der Abwärme des Gaserzeugers zu bestreiten und das Überhitzen des Sattdampfes durch Verbrennen von Generatorgas herbeizuführen. Es wird also der den Wirkungsgrad des Dampferzeugers verschlechternde Teil der Gesamtwärme, nämlich die Sattdampferzeugungswärme, aus der Abwärme des gasmotorischen Teils bestritten und lediglich die Überhitzungswärme durch Verbrennen von über den augenblicklichen Gasbedarf der Motoren hinausgehenden Gasmengen aufgebracht. Dadurch kann der Anteil der Dampfenergie an der Gesamtenergie ohne Wirkungsgradverschlechterung erheblich gesteigert werden, denn beim Beurteilen des Wirkungsgrades der Dampferzeugungsanlage im Rahmen der Gesamtanlage ist nur die in den Überhitzern verbrauchte Gaswärme maßgebend, weil die Abwärme des Gaserzeugers und der Gasmotoren schon beim Beurteilen des gasmotorischen Teils der Gesamtanlage berücksichtigt ist. Kann man aber die aus Abwärme bestrittene Sattdampfwärme unberücksichtigt lassen, so ist die Dampfkraftanlage der Gaskraftanlage als gleichwertig, wenn nicht sogar als überlegen anzusehen:: Da in Generatorgaskraftanlagen beträc@'t=' liche Abwärmemengen zur Verfügung stehen;-so ist mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung neben der reinen gasmotorischen Leistung ein erheblicher Betrag ebenso billiger dampfmotorischer Leistung erzielbar. Dabei ist das Dampferzeugen keineswegs abhängig von der Größe der gasmotorischen Leistung, denn das Verhältnis der durch Abwärme und durch Zusatzheizen gelieferten Dampfwärme ist in weiten Grenzen veränderbar. Man ist deshalb imstande, den Gasmotoren ohne Wirkungsgradverschlechtern der Gesamtanlage eine starke Dampfmaschine zuzuordnen, die den Schiffen alle Vorzüge eines Dampfmaschinenantriebes verleiht.Steam generator on ships heated by engine exhaust Generator Gas Engines The invention relates to improvements in the 685 patent above described steam generating system for ships with generator gas engines, which during the operation of the gas engines also the waste heat of the gas generator and with fluctuating Load or standstill of the gas engines as a substitute for the missing engine heat generator gas not consumed by the engines is supplied as fuel. the Invention consists in the heat of formation of the saturated steam in the steam generation plant primarily from the waste heat of the engines or the substitute heat that is generated when the Load or standstill of the engines from the unused generator gas free and to dispute from the waste heat of the gas generator and the overheating of the saturated steam by burning generator gas. So it will be of the efficiency of the steam generator deteriorating part of the total heat, namely the saturated steam generation heat, from the waste heat of the gas engine part and only the overheating by burning gas in excess of the engines' instantaneous gas requirements Amounts of gas applied. As a result, the proportion of steam energy in the total energy can be increased considerably without a deterioration in efficiency, because when assessing of the efficiency of the steam generation system in the context of the overall system is only the gas heat consumed in the superheaters is decisive, because the waste heat from the gas generator and the gas engines when assessing the gas engine part of the overall system is taken into account. But you can Waste heat denied saturated steam heat ignored, the steam power plant is considered to be equivalent to the gas power plant, if not even to be regarded as superior :: Since in generator gas power plants @ 't =' Liche amounts of waste heat are available; -so is with the subject of the present Invention in addition to the pure gas engine power a considerable amount as well cheaper steam engine performance achievable. This is by no means generating steam depending on the size of the gas engine power, because the ratio of through Waste heat and steam heat supplied by additional heating can be varied within wide limits. It is therefore possible to use the gas engine without reducing the efficiency of the overall system a powerful steam engine, which gives the ships all the advantages of a steam engine drive confers.

Die Abwärme der Generatorgaskraftanlage fällt an verschiedenen Stellen mit verschiedenem Wärmeinhalt und verschiedener Temperatur an. So enthalten z. B. die Motorabgase, die Wasserkammer des Gaserzeugers und das Motorkühlwasser den größten Teil der Abwärmemengen. Um diese Abwärmemengen wirtschaftlich nutzbar zu machen, besteht die Dampferzeugungsanlage in weiterem Ausgestalten der Erfindung zweckmäßig aus einer der Zahl der Abwärmequellen entsprechenden Zahl von Sattdampferzeugern, die entsprechend den thermischen Eigenschaften der ihnen zugeführten Abwärmequelle Sattdampf verschiedener Spannung erzeugen. Der Sattdampf wird dann in durch Generatorgas beheizten Überhitzern überhitzt. Beim Verwenden einer mehrstufigen Dampfkraftmaschine wird zweckmäßig jeder Stufe ein von einer Abwärmequelle beheizter Dampferzeuger zugeordnet. Der Abdampf jeder Stufe wird dem Frischdampf des der nächstniederen Stufe zugeordneten Dampferzeugers vorzugsweise vor dem Überhitzer zugemischt. DieseAnordnung hat neben hoher Wirtschaftlichkeit den Vorteil, daß ein beliebig hohes Wärmegefälle erzielbar ist, ohne daß der als Dampferzeuger ausgebildete Wassermantel des Gaserzeugers für den Höchstdruck bemessen werden muß. So kann z. B. der Höchstdruckdampf in dem Abhitzekessel der Gasmotoren, der Mitteldruckdampf in der Wasserkammer des Gaserzeugers und der Niederdruckdampf in einem Vakuumverdampfer für das Motorkühlwasser erzeugt werden.The waste heat from the generator gas power plant falls at various points with different heat content and different temperature. So contain z. B. the engine exhaust gases, the water chamber of the gas generator and the engine cooling water are the largest Part of the waste heat. In order to make this amount of waste heat economically usable, the steam generating system is expedient in a further refinement of the invention from a number of saturated steam generators corresponding to the number of waste heat sources, according to the thermal properties of the waste heat source supplied to them Generate saturated steam of various voltages. The saturated steam is then in by generator gas heated superheaters overheated. When using a multi-stage steam engine it is expedient for each stage to have a steam generator heated by a waste heat source assigned. The exhaust steam of each stage becomes the live steam of the next lower Stage associated steam generator preferably admixed upstream of the superheater. This arrangement In addition to high economic efficiency, it has the advantage that an arbitrarily high heat gradient can be achieved without the water jacket designed as a steam generator of the gas generator must be dimensioned for the maximum pressure. So z. B. the maximum pressure steam in the Waste heat boiler of the gas engines, the medium pressure steam in the water chamber of the gas generator and the low pressure steam is generated in a vacuum evaporator for the engine cooling water will.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist schematisch auf der Zeichnung dargestellt.An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is schematic shown on the drawing.

Das im Gaserzeuger i erzeugte Gas gelangt, sofern es in einer Reinigungsv orrichtung 2 gereinigt. und gekühlt ist, durch die Rohrleitung 3 zu den Gasmotoren q., die über lösbare Kupplungen 5 und das Getriebe 6 die Schraubenwelle 7 antreiben. Das Regeln der Gaszufuhr erfolgt, wie beim Gegenstand des Hauptpatents, durch ein in der Drehzahl veränderliches Gebläse 8 und einen Druckregler g. Die heißen Abgase der Gasmotoren gelangen durch die Rohrleitung io in den Motorabhitzekessel i i und von dort ins Freie. Der in dem Abhitzekessel i i erzeugte Sattdampf strömt durch die Rohrleitung i2 in den überhitzer 13, der mit dem Gaserzeu-' ger i entnommenen Generatorgas beheizt wird. In der dem Überhitzer 13 das Gas zuführenden Rohrleitung 14 ist eine federbelastete Absperrklappe 15 vorgesehen, die sich bei einem bestimmten Gasdruck hinter dem Gebläse 8 öffnet und dann dem Gas Zutritt zu den im Überhitzer 13 angeordneten Brennern verschafft. Die Absperrklappe 15 kann beim Öffnen den Heizstromkreis einer Zündkerze für die im Überhitzer 13 angeordneten Brenner schließen, so daß das Gas im Überhitzer selbsttätig entzündet wird. Durch Ändern der Drehzahl des Gebläses 8, z. B. in Abhängigkeit von der Temperatur des überhitzten Dampfes, ist die Gaszufuhr zum überhitzer 13 regelbar. Die aus dem Überhitzer kommenden Verbrennungsgase durchströmen den Abhitzekessel i i bevor sie ins Freie gelangen. Bei Stillstand oder wechselnder Belastung der Gasmotoren setzt selbsttätig eine vermehrte Gaszufuhr zum Überhitzer 13 ein, da das von den Motoren nicht verbrauchte Generatorgas infolge des Druckanstieges zwischen dem Gebläse 8 und dem Druckregler g in die zum Überhitzer führende Rohrleitung 12 eintritt. Die im Abhitzekessel i i fehlende Motorabwärme wird somit selbsttätig durch Verbrennen eines Teils des von den Motoren nicht verbrauchten Generatorgases ersetzt.The gas generated in the gas generator i arrives if it is cleaned in a cleaning device 2. and is cooled, through the pipeline 3 to the gas engines q., which drive the screw shaft 7 via releasable couplings 5 and the gearbox 6. The regulation of the gas supply takes place, as in the subject of the main patent, by a variable speed fan 8 and a pressure regulator g. The hot exhaust gases from the gas engines pass through the pipe io into the engine waste heat boiler ii and from there into the open air. The saturated steam generated in the waste heat boiler ii flows through the pipeline i2 into the superheater 13, which is heated with the generator gas taken from the gas generator i. In the pipeline 14 supplying the gas to the superheater 13 , a spring-loaded shut-off valve 15 is provided, which opens at a certain gas pressure behind the fan 8 and then gives the gas access to the burners arranged in the superheater 13. When opened, the shut-off valve 15 can close the heating circuit of a spark plug for the burner arranged in the superheater 13, so that the gas in the superheater is automatically ignited. By changing the speed of the fan 8, e.g. B. depending on the temperature of the superheated steam, the gas supply to the superheater 13 can be regulated. The combustion gases coming from the superheater flow through the waste heat boiler ii before they get outside. When the gas engines are at a standstill or when the load changes, an increased gas supply to the superheater 13 automatically sets in, since the generator gas not consumed by the engines enters the pipe 12 leading to the superheater as a result of the pressure increase between the fan 8 and the pressure regulator g. The engine waste heat missing in the waste heat boiler i i is thus automatically replaced by burning part of the generator gas not consumed by the engines.

Der überhitzte Dampf des Motorabhitzekessels strömt durch die Rohrleitung 16 der Hochdruckstufe HD einer mehrstufigen Dampfkraftmaschine 17 zu. In der Hochdruckstufe HD entspannt sich der Dampf bis auf den Druck des in dem Gaserzeugerabhitzekessel 18 erzeugten Sattdampfes. Der Abdampf der Hochdruckstufe HD und der Sattdampf des Gaserzeugerabhitzekessels 18 werden bei Punkt ig zusammengeführt, in einem mit Generatorgas oder mit Heißdampf des Motorabhitzekessels ii beheizten Überhitzer 2o überhitzt und treten durch die Rohrleitung 2i in die Mitteldruckstufe ND der Dampfkraftmaschine 17 ein. Der Abdampf der Mitteldruckstufe wird in dem mit Generatorgas oder Heißdampf beheizten Überhitzer 22 überhitzt und tritt dann durch die Rohrleitung 23 in die Niederdruckstufe ND der Dampfkraftmaschine 17 ein.The superheated steam from the engine waste heat boiler flows through the pipeline 16 of the high pressure stage HD of a multi-stage steam engine 17. In the high pressure stage HD, the steam expands down to the pressure of the saturated steam generated in the gas generator waste heat boiler 18. The exhaust steam of the high pressure stage of HD, and the saturated vapor of the Gaserzeugerabhitzekessels 18 are merged strength at point superheated in a with a generator gas or with superheated steam of Motorabhitzekessels ii heated superheater 2o and pass through the pipe 2i in the medium-pressure stage ND of the steam engine 17 a. The exhaust steam of the medium-pressure stage is superheated in the superheater 22, which is heated with generator gas or superheated steam, and then enters the low-pressure stage ND of the steam engine 17 through the pipeline 23.

In einem Vakuumverdampfer 25 wird aus dem durch die Rohrleitung 26 aus den Kühlwasserräumen der Motoren abfließenden heißen Motorkühlwasser Niederdrucksattdampf erzeugt. Er wird in dem durch Generatorgas oder Heißdampf beheizten überbitzer 27 überhitzt, dann mit dem Abdampf der Niederdruckstufe ND der Dampfkraftmaschine 17 vermischt und der Abdampfturbine 24 zugeführt. Der Abdampf der Abdampfturbine 24 gelangt durch die Rohrleitung 28 in den durch See- oder Flußwasser gekühlten Kondensator 29. Das Kondenswasser wird durch eine Kondensatpumpe 30 in einen Sammelbehälter 31 befördert, aus der die Pumpe 32 das Motorkühlwasser und die Pumpen 33 und 34 das Kesselspeisewasser für den Gaserzeugerabhitzelzessel18 und den Motorabhitzekessel i i entnehmen.In a vacuum evaporator 25, low-pressure saturated steam is generated from the hot engine cooling water flowing through the pipe 26 from the cooling water spaces of the engines. It is superheated in the superheater 27 heated by generator gas or superheated steam, then mixed with the exhaust steam of the low-pressure stage ND of the steam engine 17 and fed to the exhaust steam turbine 24. The exhaust steam of the Abdampfturbine 24 passes through the pipeline 28 into the cooled by sea or river water condenser 29. The condensed water is conveyed through a condensate pump 30 into a collection container 31, from which the pump 32, the engine cooling water and the pumps 33 and 34, the boiler feed water for Remove the gas generator waste heat boiler 18 and the engine waste heat boiler ii.

Anstatt der soeben beschriebenen Schaltung der Abhitzekessel i i, 18, 25 kann natürlich jede beliebige andere treten. So kann z. B., wenn man auf das Erzeugen von Höchstdruckdampf verzichten will, der Motor- und der Gaserzeugerabhitzekessel zu einem Kessel zusammengefaßt werden. Der dort erzeugte Mitteldruckdampf wird durch Generatorgasbeheizung überhitzt und leistet in einer z. B. zweistufigen Dampfkraftmaschine Arbeit. Ihr Abdampf wird in der eben beschriebenen Weise gemeinsam mit dem aus dem Motorkühlwasser gewonnenen Dampf in einer Niederdruckdampfturbine 24 ausgenutzt.Instead of the just described circuit of the waste heat boiler i i, 18, 25 can of course kick any other. So z. B. when you click on wants to forego the generation of high pressure steam, the engine and the gas generator waste heat boiler can be combined to form a boiler. The medium pressure steam generated there is through Generator gas heating overheats and performs in a z. B. two-stage steam engine Job. Your exhaust steam is in the manner just described together with that from the Engine cooling water obtained steam in a low-pressure steam turbine 24 is used.

Will man auf das Ausbilden des Gaserzeugers als konzessionspflichtigen Dampferzeuger verzichten, so kann man den Abhitzekessel 18 des Gaserzeugers auch als Niederdruckdampferzeuger ausbilden, dessen Sattdampf nach vorherigem Überhitzen durch Generatorgasverbrennung mit dem Niederdruckabdampf einer von dem Motorabhitzekessel i i mit Dampf belieferten Dampfkraftmaschine und mit überhitztem Dampf aus dem Vakuurndampferzeuger 25 vermischt in der Niederdruckdampfturbine 24 Arbeit leistet.If one wants to train the gas producer as a licensee Do not use steam generators, so you can also use the waste heat boiler 18 of the gas generator train as a low-pressure steam generator, whose saturated steam after previous overheating by generator gas combustion with the low-pressure exhaust steam from one of the engine waste heat boiler i i steam engine supplied with steam and with superheated steam from the vacuum steam generator 25 mixed in the low-pressure steam turbine 24 performs work.

Die Motorabgase können auch zuerst den Überhitzer 13 und dann den Abhitzekessel i i durchströmen. Die zum Überhitzen erforderliche Gasmenge wird dann den Gasmotoren 4 als Überschußgas zugeführt, das mit dem Überhitzer zugeführten Luftsauerstoff verbrennt. Dadurch werden die Gasmotoren 4 unempfindlich gegen Frühzündungen. Selbstverständlich muß der Abhitzekessel i i auch einen Gasbrenner aufweisen, der ihm bei schwankender Motorbelastung oder Stillstand der Motoren als Ersatz für die fehlende Motorabwärme von den Motoren nicht v er brauchtes Generatorgas zuführt.The engine exhaust can also first the superheater 13 and then the Flow through waste heat boiler i i. The amount of gas required for overheating is then supplied to the gas engines 4 as excess gas that supplied with the superheater Oxygen in the air burns. This makes the gas engines 4 insensitive to pre-ignition. Of course, the waste heat boiler i i must also have a gas burner which him when the engine load fluctuates or the engine stops as a replacement for the Missing engine waste heat from the engines supplies unused generator gas.

Der Wärmeinhalt des dem Überhitzer 13 .zugeführten Generatorgases läßt sich auch durch Verändern der Brennstoffschichthöhe im Gaserzeuger verändern. Bei sich vermindernder Schichthöhe nimmt der Gehalt des Gases an fühlbarer Wärme zu. Gleichzeitig nimmt natürlich auch die an den Gaserzeugerabhitzekessel abgegebene Wärmemenge zu, so daß man ein einfaches Mittel zur Hand hat, um sowohl die Überhitzungstemperatur als auch die Dampferzeugung im Motorabhitzekessel zu beeinflussen. Das dem Überhitzer zugeführte Generatorgas wird dem Gaserzeuger, um den Gehalt an fühlbarer Wärme zu erhalten, vor Eintritt des Gases in den Gaserzeugerabhitzekessel entnommen.The heat content of the generator gas fed to the superheater 13 can also be changed by changing the height of the fuel layer in the gas generator. As the layer height decreases, the amount of sensible heat in the gas increases to. At the same time, of course, the waste heat boiler given off to the gas generator also increases Amount of heat too, so that one has a simple means at hand of both the overheating temperature as well as influencing steam generation in the engine waste heat boiler. The superheater supplied generator gas is the gas generator to the content of sensible heat obtained, taken before the gas enters the gas generator waste heat boiler.

Die Anlage ist nicht nur für Schiffe, sondern auch für andere Fahrzeuge, z. B. Lokomotiven und für ortsfeste Anlagen, brauchbar.The system is not only for ships, but also for other vehicles, z. B. Locomotives and for fixed systems, useful.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Steam generating system heated by engine exhaust on ships with generator gas engines, which also occurs while the gas engines are in operation the waste heat from the gas generator and when the load fluctuates or the Gas engines as a replacement for the missing engine heat from the engines not used Generator gas is supplied as fuel, addendum to patent 685 oo9, characterized in that that the heat of formation of the saturated steam in the steam generation plant from the waste heat of the gas generator and the engines and when the load is stationary or fluctuating of the engines is partly covered by unused generator gas, while the saturated steam is superheated by burning generator gas.

2. Steam generating plant according to claim i, characterized in that it consists of several waste heat boilers (11, 18, 25), which is saturated steam according to the heat content of the individual heat sources different voltages generated in superheaters heated by generator gas (13, 20, 22, 27) is dried and overheated.

3. Steam generating plant after claims i and 2, characterized in that only the superheater (13) of the Engine waste heat boiler (ii) is heated by generator gas' while overheating des in the waste heat boilers (18, 25) generated lower steam voltages Steam takes place through the superheated steam of the high pressure steam generator.

4. Steam generating plant according to claim 3, characterized in that the overheating of the engine exhaust gases superheater (r3) flowing through it applied by the gas engines supplied excess gas which subsequently burns in the superheater with the air supplied there.

5. Steam generating plant according to claims z to 4, characterized in that when the steam is used in a multi-stage steam power machine, each stage receives one from a waste heat source heated waste heat boiler is assigned and that the exhaust steam of the individual stages the live steam from the waste heat boiler feeding the next lower level is preferably added before the superheater.