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Mit einem gasförmigen Arbeitsmittel betriebene Kraftmaschinenanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine mit einem gasförmigen Arbeitsmittel betriebene
Kraftmaschinenanlage, bei der das Arbeitsmittel vorzugsweise mehrstufig mitZwischenkühlung
verdichtet, dann in einem Wärmeaustauscher durch die Wärme von Heizgasen erhitzt,
in der Kraftmaschine entspannt und dann einem Brennraume zugeführt wird, in dem
durch Brennstoffzufuhr die Heizgase erzeugt werden. Die bisher vorgeschlagenen Kraftmaschinenanlagen
dieser Art besitzen Oberflächenwärmeaustauscher, bei denen die Wärme der etwa unter
Außenluftspannung stehenden Heilzgase durch metalleneWandungen hindurch auf das
verdichtete Arbeitsmittel übertragen wird. Solche Kraftmaschinenaniagen konnten
nicht mit Erfolg verwirklicht werden, weil die für die metallenen Wandungen verfügbaren
Werkstoffe nur etwa 5500 C wagrin werden dürfen, wenn sie gleichzeitig den
mechanischen Beanspruchungen gewachsen sein sollen, die sich aus dem Spannungsunterschied
zwischen den Heizgasen und dem verdichteten Arbeitsmittel ergeben. Der thermische
Wirkungsgrad fällt dabei sehr niedrig aus.
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Die übrigen Teile einer Kraftmaschinenanlage der genannten Art, die
mit den am höchsten erhitzten Gasen in Berührung kommen, können aber so ausgestaltet
werden, daß sie Temperaturen von iooo bis iioo'C auszuhalten imstande sind. Damit
sind thermische und auch Gesamtwirkungsgrade für eine solche Anlage erreichbar,
die diejenigen der Dampfturbinen übersteigen und die der Dießelmaschinen erreichen,
wobei beliebiger Brennstoff, also auch Gichtgas oder Kohlenstaub, verarbeitet'werden
kann.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit Kraftmaschinenanlagerr
der genannten Art nur dann eine günstige Brennstoffausnutzung erreicht werden kann,
wenn
es gelingt, die Wärme der Heizgase auf das verdichtete Arbeitsmittel
betriebssicher, mit Temperaturen von etwa iooo' oder mehr zu übertragen. Dies ist
erfindungsgemäßdadurch, möglich, daß als Wärmeaustanscher zwischeR dem verdichtetenArbeitsmittel
und den Hel,Z"-'# gasen mehrere Wärmespeicher vorgeseheii sind, von denen abwechselnd
einer oder mehrere von den Heizgasen und gleichzeitig der oder die anderen von dem
verdichteten Arbeitsmittel durchströmt werden. Die Wärmeübertragting von den Heizgasen
nied# riger Spannung auf das verdichtete Arbeitsmittel erfolgt dabei dadurch, daß
der wärmespeichernde Stoff, wenn die wärmeabgebenden Heizgase den Speicherraum durchströmen,
dieWärme aus den Heizgasen aufnimmt und später, wenn das wärmeaufnehmende, verdichtete
Arbeitsmittel den Speicherraum durchströmt, dieWärme an dieses abgibt. Der wärmespeichernde
Stoff braucht dabei nicht unbedingt aus einem Metall zu bestehen. Aber auch die
zur Verfügung stehenden legierten Eisensorten sind bis zu i:zoo' C als Wärmespeichermasse
dauernd betriebsfähig, da sie keine wesentlichen mechanischen Beanspruchungen auszuhalten
hat.
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Auf die Weise ist die Aufgabe gelöst, eine Kraftmaschine mit einem
Arbeitsmittel hoher Temperatur betreiben zu können"ohne daß die Brennstoffverunreinigungen,
beispielsweise die Asche beim Kohlenstaub, mit dem Arbeitsmittel durch dieKraftmaschine
gehen.
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Weitere Ausbildungsformen des Erfindungsgegenstandes werden bei der
Beschreibung der zeichnerischen Ausführungsbeispiele behandelt.
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Wärmespeicher bei Wärmekraftmaschinen zu benutzen, ist an sich bekannt.
Es ist auch nicht mehr neu, einen Wärmespeicher zunächst mit Verbrennungsgasen aufzuheizen,
deren Verbrennungsluft nicht durch die Maschine hindurchgegangen ist, um ihn dann
durch verdichtete Luft, die im Wärmespeicher erhitzt und dann der Kraftmaschine
zugeführt wird, wieder abzukühl-en. Die Wärme der entspannten Auslaßgase wird hierbei
nicht ausgenutzt, denn sie werden nicht der Feuerung zugeführt. Andere bekannte
Vorschläge gehen dahin, Wärmespeicher bei geschlossenen Heißluftmaschinen oder bei
Maschinen mit innerer Verbrennung anzuwenden. Bei den geschlossenenHeißluftmaschinen
werden nur dieWärmemengen niedrigerTemperatur, die aus der entspannten Luft stammen,
auf die zurückkehrende verdichtete Luft übertragen, während die Wärmemengen höherer
Temperatur der Verbrennungsgase durch metallene Wandungen hindurch auf die Luft
übertragen werden. Hierbei ist die entspannte Luft nicht die Verbrennungsluft. Auch
ist wegen derWärmeübertragung durch Wandungen hindurch keine genügend hohe Erhitzung
der Arbeitsluft möglich, wie oben -dargelegt wurde. Bei Maschinen mit innerer -#V...gbrennung,
bei denen also die Verbrenvor oder im Arbeitszylinder vor sich geht, entfallen die
Vorteile der Erfindung, besonders der Vorteil des reinen Arbeitsmittels während
der Entspannung. Im Speicher werden nur dieWärmemengen niedrigerTemperatur der Auslaßgase
übertragen.
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Im Gegensatz dazu dient beim Erfindungsgegenstande der Wärmespeicher
sowohl der Übertragung derWärrne der entspanntenLuft als auch der durch Brennstoffzufuhr
zur entspannten Luft neu erzeugten Wärme hoher Temperatur auf die neue als Arbeitsmittel
dienende verdichtete Luft.
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Die Zeichnungen stellen beispielsweise Ausführungen der Erfindung
dar.
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Die Abb. i zeigt zunächst eine Ausführung, bei der Brennöl als Brennstoff
in der BrennkammerB verbrannt wird, und zwar in den Abgasen der alsTurbine ausgebildeten
Kraftmaschine T, die aus reiner Luft bestehen oder aus Luft mit einem gewissen Wasserdampfgehalt,
wie dies weiter unten noch erläutert wird. Die in der Brennkammer auf diese Weise
entstehendeneVerbrennungsgase durchströmen- eine oder mehrere parallel geschaltete
Kammern des Wärmespeichers R, die gerade aufzuheizen sind, um dann noch hinterher
in Oberflächenwärmeaustanschern ihre Wärme soweit wie möglich abzugeben.
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Die vom Verdichter V angesaugte Außenluft wird von diesem in mehreren
Stufen auf höfiere Spannung gebracht, wobei sich zwischen den einzelnen Stufen in
üblicher Weise Oberflächenzwischenkühler 2, 3 und 4 befinden, in denen die
Luft die in der voraufgegangenen Verdichtungsstufe aufgenommene Wärtnewieder. abgeben
kann. Ditse Oberflächenkühler werden vom Kühlwasser durchflossen, welches die Pumpe
5 durch sie hindurchdrückt. Das auf dieseWeise erwärmteWasser gelangt durch
die Leitung 6 oben auf die Rieselschicht 7 des Sättigers
S, in welchen die endverdichtete Luft des Verdichters V durch die Leitung
8 eintritt, um dann die Rieselschicht 7
von unten nach oben, dem niederrieselnden
Wasser entgegen, zu durchströmen, wobei sich diese Druckluft mit Wasserdampf sättigt
und gleichzeitig das Wasser abkühlt, welches auf diese Weise aufs neue befähigt
wird, in den Oberflächenkühlern 2, 3 und 4 Wärme aufzunehmen. Das derart
in der Rieselschicht 7
verdunsteteWasser wird durcheinenSchwimmerregler
9 ersetzt. Dieses Zusatzwasser, welches durch die Leitung., io zugeführt
-wird, durchströmt zuvor den bereits erwähnten Oberflächenwärmeaustauscher
i i, der von den
Verbrennungsgasen, die den Wärmespeicher verlassen,
beheizt wird.
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Die mitWasserdämpfen,angereicherteLuft, welche den Sättiger
S durch die Leitung 12 verläßt, gelangt durch eine oder mehrere parallel
geschalteteKammern des vorhervon den Verbrennungsgasen aufgeheizten Wärmespeichers
und dann durch die Leitung 13 in hocherl#itztem Zustande in die Turbine T, wo sie
sich ausdehnt und mechanische Leistung auf das Rad der Turbine überträgt. Die beispielsweise
bis nahezu auf Außenluftspannung entspannte und weitgehend abgekühlte Luft verläßt
die Turbine T durch die Leitung 14, um in der oben beschriebenen Weise in der Brennkammer
auf die höchste Temperatur gebracht zu werden und dann in die zu beheizenden Kammern
des Wärmespeichers einzutreten. Dieser Wärmespeicher R wird in bekannter Weise so
betrieben, daß die einzelnen Wärmespeicherkammern, von denen rnindestens drei vorhanden
sein müssen, derart umgeschaltet werden, daß auf eine Zeit der Aufheizung der aktiven
Masse des Wärmespeichers durch die Verbrennungsgase eine Zeit derAbkühlung durch
die z - u erwärmende Luft folgt, bis die aktive Speicherwasse so weit abgekühlt
ist, daß wieder auf Aufheizung umgeschaltet werden muß.
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Wird, wie es bei einer Ausführung nach Abb. 2 der Fall ist, gasförmiger
Brennstoff für die Beheizung der Brennkammer B benutzt, so wird gemäß der Erfindung
für einen Teil der Kraftmaschinenabgase, die, wie erwähnt, entweder nur aus Luft
oder aus Luft mit einem gewissen Dampfgehalt bestehen, ein von diesem Teil der Kraftmaschinenabgase
beheizter, das brennbare Gas vorwärmender Wärmeaustauscher 16, dem die
Ab-
gase durch die Leitung 15 zuströmen, vorgesehen, während für den anderen
Teil eine mit dem vorgewärmten brennbaren Gase befeuerte Brennkammer B vorhanden
ist. Dabei braucht der Vorwärmer 16 für das brennbare Gas, welches ihm durch ein
Gebläse 17, das nur einen geringen Überdruck zu erzeugen hat, zugeführt wird, Nichte
unbedingt ein Wärmespeicher (Regenerator), sondern es kann auch ein Oberflächenwärmeaustauscher
sein, wie dieses in Abb. 2 angenommen ist, weil die Kraftmaschinenabgase und das
Brenngas niedrige Spannung liaben können und die Temperatur im Vorwärmer 16 noch
mäßig ist.
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Um bei dieser Vorwärtnung des brennbaren Gases eine günstige thermische
Ausnutzung der Wärme der Abgase zu erreichen, muß der Wärmeaustauscher für äie Vorwärmung
des brennbaren Gases für einen solchen Teilder Kraftmaschinenabgase bemessen
werden, daß das Produkt aus dem Gewicht dieses Teiles der Abgase und ihrer spez.
Wärme gleich dem Produkt aus dem Gewicht des brennbaren Gases und seiner spez. Wärme
ist, denn dann ergibt sich auf der Ein- und Austrittsseite beider Gase die geringste
Temperaturdifferenz zwischen beiden.
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Wird für die Beheizung der Brennkammer stäubförmiger, fester Brennstoff
gewählt,-wie dies bei der Anordnung gemäß Abb. 3 vorausgesetzt ist, so ist
zu berücksichtigen, daß dieser Brennstoff mit Luft oder mit einem stark Infthaltigen
Gasgemisch eingeblasen werden muß, -dessen Temperatur aber nicht so hoch sein darf,
daß bereits eine Zündung des Brennstoffes durch diese Einblaseluft eintritt. Der
staubförmige, feste Brennstoff wird daher zweckmäßig mit den stark lufthaltigen
Abgasen eingeblasen, welche den Wärmespeicher verlassen und infolgedessen in ihm
bereits stark abgekühlt sind. Aus der Abgassammelleitung 18, in welche die Abgase
gelangen, die die Wärmespeicher verlassen, wird ein Teil entnommen und dem Gebläse
ig zugeführt, welches die Spannung der abgekühlten Abgase um so viel erhöht, daß
damit die Einblasevorrichtung der Brennkammer B betrieben und der Widerstand der
Wärmespeicher überwunden werden kann. Aus dem Gebläse ig gelangen die Abgase durch
die Leitüng:2o in den Kopf der Brennkammer B, wo sie sich mit dem einzublasenden
festen Brennstoff, der aus dem Behälter 21 und der Aufgabevorrichtung 22 dahin gelangt,
mischt, um mit ihm in die Brennkammer B zu gelangen. Dort trifft das eingeblasene
Gemisch aul die durch die Leitung 14 zugeführte Abluft, in welcher der feste Brennstoff
verbrennt. Die hocherhitzten Verbrennungsgase treten dann wieder ebenso wie bei
den vorher beschriebenen. Beispielen in den Wärmespeicher ein.
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Die Art der Luftverdichtung und die Anreicherung der endverdichtetenLuft
mit Wasserdämpfen durch teilweise Verdunstung des Kühlwassers der Zwischenkühler
des Luftverdichters kann dabei in der gleichen Weise durchgeführt werden, wie bei
der oben betrachteten Ausführung nach Abb. i. Die Anreicherung der Druckluft mit
Dämpfen kann aber auch noch dadurch gesteigert werden, daß das Kühlwasser, welches
die Zwischenkühler:2, 3 und 4 verläßt, in einem Wärmeaustauscher #3 weiter
erwärmt wird, der durch die Abgase des Wärmespeichers R be-
heizt wird. Diese
Abgase durchströmen dann hinterher noch den Wärmeaustauscher ii, in welchem das
Zusatzwasser, welches zum Schwirnmerreglerg gelangt, vorgewärmtwird.
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Die Abb. 4 und 5 stellen die Brennkammer mit der Vorrichtung
für die Zuführung des Brennstoffes in größerem Maßstabe dar, und zwar ist Abb. 4
ein senkrechter Schnitt
nach der Schnittli>nie I-I und Abb.
5 e-in waagerechter Schnitt nach der Schnittlinie II-II. -
Die Brennkammer
B besitzt einen Kopf 24, in welchem sich der staubförmige Brennstoff mit der Einblaseluft
niischt. Diese durch die Leitung 2-o zugeführte Einblaseluft tritt tangential in
den Mischkopf 24 ein. Der staubförmige Brennstoff, der sich imVorratsbehälter 21
befindet, fällt aus dem unteren Teil dieses Vorratsbehälters in regelbarer Menge
heraus. Die herausfallende Menge kann dabei durch eine senkrechte, sich drehende
Welle25 geregelt werden, indem diese Welle mehr oder weniger angehoben wird. Der
unterste Teil dieser Welle 25 ist ventilartig ausgebildeti während sie gleich
darüber unrund gestaltet ist. Hierdurch und durch die Drehung der Welle wird eine
Gewölbebildung des staubförmigenBrennstoffesverhindert und erreicht, daß die abwärts
gerichtete Bewegung des Brennstoffstaubes keineUnterbrechung erfährt. Der aus dem
Behälter 21 herausfallende Brennstoff gelangt in den darunterbefindlichen Raum mit
der Fördervorrichtung22, durch die er nach links geschafft wird, bis er zu dem Rohre26
gelangt, in welchem er niederfällt. Am unteren Ende dieses Rohres 26
wird
der Brennstoff von der Einblaseluft mitgerissen und gelangt mit ihr gemischt in
den eigentlichen Brennraum27 der Brennkannrier B.
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Diesem Brennraume:27 wird die erhitzte Luft, welche von der Turbine
T kommt, durch die Leitung 14 zugeführt, die tangential in das Brennkammergehäuse
B mündet. Dabei wird die Luft durch die Schaufeln -Y8 geführt. Diese Schaufeln überdecken
sich mit ihren Enden, wodurch erreicht wird, daß nur ein Teil ihrer Flächen der
Wärmestrahlung der Verbrennungsgase im Brennraume 27
ausgesetzt ist, während
die übrige Oberfläche von den sehr viel weniger heißen Gasen, die durch die,
Leitung 14 zugeführt werden, bespült und dadurch gekühlt werden. Auch durch die
obere ringförmige Öffnung des eigentlichen Brennraumes 2,;7, die zweckmäßig mit
den schraubenförmigen Schaufeln -,9 versehen ist, gelangt ein Teil dieser
Gase zum Brennraume undkühlt dadurch die obere Begrenzungswand 3o der BrennkammerB.
Auch diese schraubenförmigen Schaufeln überdecken sich in ähnlicherWeise wie die
Schaufeln 28, wie Abb. 6 dies erkennen läßt. Die hocherhitzten Verbrennungsgase
treten aus der BrennkammerB durch den Stfitzen3I aus, um dem Wärmespeicher zuzuströmen.
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Es ist bekannt, daß die Leistung einer Wärmekraftmaschine erheblich
gesteigert werden kann, wenn der Aufschlagsdruck und die Austrittsspannung unter
Beibehaltung der Temperaturen im gleichen Verhältnis erhöht werden. Beträgt z. B.
bei einer Turbine die Spannung von ihr 7 ata, während die Austrittsspahnung
i ata ist, so wird die Leistung dieser Turbine auf das dreifache gesteigert, wenn
die Spannungen dreimal so hoch sind, die Spannung vor der Turbine also 21 ata und
die Austrittsspannung 3 ata beträgt. Es geht dann, wenn die Temperaturen
vor und hinter der Turbine die gleichen sind wie die im ersten Falle, das dreifache
Gewicht des Treibmittels hindurch. Von diesen an sich bekannten Zusammenhängen ist
bei einer Anlage nach Abb.7 Gebrauch gemacht.
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Der Hauptteil der aus der Turbine T, entweichenden Abgase strömt,
auch bei der Anlage nach Abb. 7, durch die Leitung 14, jer doch jetzt mit
höherer als atmosphärischer Spannung zur Brennkammer B. Hier werden die Gase auf
eine weiter unten beschriebene Art erhitzt, gelangen in den Wärmespeicher R, wo
sie ihre Wärme abgeben und werden noch weiter abgekühlt in den Wärmeaustauschern
23 und i i. Dann aber werden sie nicht ins Freie entlassen, sondern einem
Wäscher W
zugeführt, in welchem sie von den Verunreinigungen befreit werden,
und zwar sowohl von den staubförmigen Verunreinigungen als auch von den sauren Bestandteilen.
Dies geschieht am besten beispielsweise durch eine aus Rieselkörpern gebildete Rieselschicht
32,
die von oben durch eine alkalische Lösung, beispielsweise Kalkwasser,
berieselt wird, während die zu reinigenden Gase der niederrieselnden Flüssigkeit
entgegen von unten nach oben die Rieselschicht 3:2 durchströmen, um dann
dem Luftverdichter V, zugeführt zu werden, welcher sie so wie die Luft bei der Anlage
nach Abb. i verdichtet und auf dem gleichen Wege wie bei der Anlage nach Abb. i
zur Turbine b, treibt. Das Kalkwasser des Wäschers W kann im wesentlichen
durch die Pumpe 33 im Kreislauf umgewälzt werden, wobei es je nach
der gewünschten Wirkung in einem Wärmeaustauscher 34 erwärmt oder gekühlt werden
kann. Je nach dem Säuregehalt der Gase wird es sich empfehlen, einen größeren oder
kleineren Teil aus diesem Kreislauf abzuführen und durch frisches Kalkwasser zu
ersetzen, was durch einen Schwimmerregler 'geschehen kann.
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Würde man eine Anlage in dieser Weise betreiben, so würde sehr bald
der Sauerstoffgehalt des immer wieder im Kreislauf benutzten Gases in der Brennkammer
B verbraucht sein. Um die Anlage dauernd in Betrieb zu halten, ist es daher nötig,
einen Teil der Gase aus dem Kreislauf abzuführen und durch neue, sauerstoffhaltige
Luft züi ersetzen, mit welcher der der Brennkammer B zugeführte Brennstoff verbrannt
wird.
Die Abführung der Gase geschieht durch die Leitung
35, die von der Leitung 14 abzweigt. Da diese Gase aber noch gespannt sind,
so weeden sie der Turbine T, zugeführt, in welcher sie bis auf atmosphärische Spannung
entspannt werden. Durch die Leitung 36 werden diese Abgase einem Wärmeaustauscher
37 zugeführt, der der Erwärmung der verdichteten Luft dient. Da es sich hierbei
um wesentlich niedrigere Temperaturen handelt als bei dem WärmespeicherR, so l<.ann
dieser Wärmeaustauscher 37 auch ein Oberflächenwärmeaustauscher sein. Nachdem
die Abgase auch noch die Oberflächenwärmeaustauscher 38 und 39 durchströmt
haben, gelangen sie ins ' Freie.
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Um die Abgase, die durch die Leitung 35
dem Hochdruckkreislauf
entnommen wurden, durch frische Luft zu ersetzen, ist der Luftverdichter
V. vorgesehen, der atmosphärische Luft ansaugt und durch die Leitung 4o in
den Sättiger S, drückt, damit die Luft dann mit Dämpfen beladen und im Wärmeaustauscher
37 erwärmt mit der Spannung, die in der BrennkammerB herrscht, zu dieser
gelangen kann, um die Verbrennung des beispielsweise von der Brennölpumpe 41 zugeführten
Brennstoffes zu ermöglichen. Die Zwischenkühler des Luftverdichters V, werden in
gleicher Weise mit Kreislaufwasser versorgt wie bei der Anlage nach Abb. i, wobei
auch hier das die Zwischenkühler verlassende Kühlwasser noch eine zusätzliche Erwärmung
im Wärmeaustauscher 38 erfahren kann. Das Zusatzwasser wird im Wärmeaustauscher
vorgewärmt und durch einen Schwimmerregler 42 dem Sättiger S2, der der Rückkühlung
des Wassers dient, zugeführt.
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Bei der soeben beschriebenen Anlage herrscht die höchste Temperatur
in der Brennkammer B, in welcher die niedrige Spannung des Hochdruckkreislaufes
herrscht, Die Temperatur der Gase in der Leitung 13, die im Wärmespeicher
R erhitzt wurden, bleibt nur wenig dahinter zurück. Diese Gase haben die hohe Spannung
des Hochdruckkreislaufes und werden in der Turbine T, auf eine mittlere Spannung,
welche die niedrige Spannung des Hochdruckkreislaufes ist, Arbeit 'leistend entspannt
und dadurch auf eine mittlere Temperatur abgekühlt.
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Mit. dieser mittleren Temperatur und Spannung tritt der durch Leitung
35 aus dem Hochdruckkreislauf abgezapfte Teil der Gase in die Niederdruckturbine
T2 ein, um dort bis etwa auf atmosphärische Spannung entspannt zu werden.
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Ein Mangel des Arbeitsverfahrens dieser Anlage ist es, daß der Niederdruckteil
der Anlage mit einem thermisch ungünstigeren Wirkungsgrad arbeitet als derHochdruckteil,
da die Niederdruckturbine T2 mit Treibgasen niedrigerer Temperatur beaufschlagt
wird als die Hochdruckturbine Ti. Dies wird vermieden bei einer 'Ausführung der
Anlage nach Üem Schema der Abb. 8, welches im wesentlichen dem Schema der
Abb. 7 entspricht, mit dem Unterschiede, daß die Leitung 35, welche
der Niederdruckturbine T, die Treibgase zuführt, nicht an die Zuführungsleitung
14 der Turbinenabgase zur BrennkammerB, sondern an die Auslaßleitung der Brennkammer
*angeschlossen ist, wodurch auch die Niederdruckturbine T, mit Treibgasen hoher
Temperatur' beschickt wird. Erkauft ist dieser Vorteil allerdings - dadurch"
daß durch die Niederdruckturbine T, jetzt nicht mehr ledig" lich saubere Gase, sondern
Verbrennungsgase strömen, welche die Verunreinigungen enthalten, die bei der Verbrennung
in die Gase hineingelangen.
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Eine solche Anlage nach Abb. 8 weist auch im Niederdruckteil
einen hohen thermischen Wirkungsgrad auf, weil auch die Niederdruckturbine T, mit
Gasen etwa ebenso hoher ',Temperatur wie die Hochdruckturbine T:t beaufschlagt werden.
Ist das Entspannungsverhältnis in beiden Turbinen das gleiche, z. B. in der Hochdruckturbine
T, --von 49 ata auf 7 ata und in der Niederdruckturbine T# von
7 ata auf i ata, das Verhältnis also 7 : 1 '
so sind auch die Auslaßtemperaturen
der Turbinen in den Leitungen 14 und » etwa die gleichen. Auf*diese Temperatur
wird die im Wärmeaustauscher 38 vorgewärmte Luft annähernd erhitzt.
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Aus dem Gesagten geht hervor, daß bei einer solchen Anlage der Wärmeaustauscher
37 wesentlich höheren Temperaturen ausgesetzt ist als der gleiche Wärmeaustanscher
bei einer Anlage nach Abb. 7, wenn auch nicht!so hohen Temperaturen wie der
Wärmespeicher R. Immerhin kann es in gewissen Fällen nötig sein, den Oberflächenwärmeaustauscher
3 7 auch bei einer Anlage nach Abb. 8
durch einen Wärmespeicher zu
ersetzen. Einen grundsätzlichen Unterschied bezüglich der thermischen Wirkung bringt
dies, abgesehen davon, daß bei einem Wärmespeicher die Temperaturunterschiede zwischen
dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden Gas kleiner gehalten werden können,
nicht mit sich.
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Soll die Niederdruckturbine T2 mit Treibgasen von gleicher Temperatur
beaufschlagt* werden wie die. Hochdruckturbine TI, bringt aber andererseits der
in der Hauptbrenn-Immmer benutzte Brennstoff eine so große Verunreinigung der Verbrennungsgase
hervor, daß mit ihnen ohne Nachteil die Niederdruckturbine T2 nicht betrieben werden
kann, so kann für die Niederdruckturbine T2, Wie
Abb.
9 dies zeigt, eine besondere BrennkammerB'vorgesehen werden, die mit Brennstoff
beschickt wird, welcher keine oder erträglich geringe Verunreinigungen enthält.
Der Druckluftstrom des Niederdruckteils der Anlage muß dann geteilt werden, derart,
daß der Hauptteil zur Brennkammer B strörnt, während der kleinere Teil der Brennkammer
B' zug eführt wird, wie die Abb. 9, die nur den oberen Teil des Schemas der
Abb. 8
zeigt, erkennen läßt.
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Die Aufgabe, di# Niederdruckturbine T2 mit sauberen Gasen, trotzdem
aber mit der gleichen Temperatur wie die Hochdruckturbine T, zu beaufschlagen, kann
schließlich auch noch unter Verwendung nur einer Brennkammer, die mit unreinem Brennstoff
befeuert wird, gelöst werden, wie da§ Schema Abb. io zeigt. Die für die Niederdruckturbine
T2 bestimmten Treibgase werden nach diesem Schema dem Hauptstrom der Gase oberhalb
des Wäschers W durch die Leitung 43 entnommen und einem Wärmespeicher R II
zugeführt, der in gleicher Weise wie der Wärmespeicher R I durch einen Teil der
Verbrennungsgase der Brennkammer B beheizt wird. Die der Niederdruckturbine T. zuge--
el führten Treibgase werden auf diese Weise auf die gleiche Temperatur gebracht
wie diejenigen für die Hochdruckturbine T, Eine nach dem Schema der Abb. io ausgeführte
Anlage vereinigt daher in sich alle Vorteile der Anlagen nach den Abb.
7, 8 und 9, vermeidet dabei aber die Nachteile, die bei diesen Anlagen
noch in Kauf genommen werden mußten.
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Bei dem Schema nach Abb. io ist für die -Erwärmung der vom Verdichter
V. erzeugten Druckluft an Stelle des Oberflächenwärmeaustauschers 37 der
Abb. 7, 8 und 9 auch ein Wärmespeicher R III vorgesehen, in welchem
die Druckluft auf ungefähr die gleiche Temperattir gelangt, wie sie die Auslaßgase
der Hochdruckturbine T, besitzen. Infolgedessen arbeitet eine Anlage nach dem Schema
der Abb. io auch grundsätzlich im Niederdruckteil mit ebenso hohem Wirkungsgrad
wie eine Anlage nach dem Schema der Abb. 8.
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Die Abb. ii zeigt eine gleiche Anlage wie die Abb. io, jedoch für
gasfürmigen Brennstoff. Außer dem Niederdruckluftverdichter TI', ist für das brennbare
Gas ein Niederdruckverdichter V,3 vorgesehen und Sättiger S,3,
in welchen
die Verdichtung des brennbaren Gases und die nachfolgende Behandlung die gleichen
sind wie bei dem Luftverdichter V, die Verdichtung und bei S ättiger
S2 die Na7chbehandlung der Luft. Die Abgase der Niederdruckkraftmaschine
T, strömen zum Teil durch den Wärmespeicher R 111, in welchem die Luft erhitzt
wird, und zum Teil durch den Oberflächenwärmeaustauscher 50, in weichem das
verdichtete brennbare Gas erwärmt wird. Dabei kann dieser Oberflächenwärmeatistauscher
5o auch durch einen Wärmespeicher ersetzt werden. Die im WärmespeicherRIII erwärmte
Luft und das im Oberflächenvorwärmer 50 erwärmte brennbare Gas strömen beide
durch getrennte Leitungen zur Brennkammer B, wo sie zusammentreff en und wo die
Verbrennung stattfindet.
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Soll statt des in Abb. io vorausgesetzten flüssigen Brennstoffes staubförmiger,
fester Brennstoff in der Brennkaiiii-ner verbrannt werden, so ist das Schema einer
dafür geeigneten Anlage das gleiche wie*dasjenige nach Abb. io, jedoch wird ein
Teil der aus dein Sättiger S, austretenden Druckluft benutzt, um unter Umgehung
des Wärmespeichers RIII als Eiiiblaseluft für den festen, staubförmigen Brennstoff
in ähnlicher Weise zu dienen, wie dieses bei dem Schema Abb. 3 be-
schrieben
wurde.
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Eine besonders einfache Ausführung des Niederdruckteils der Anlage
ergibt sich, wenn die zu ersetzende und aus dem Hochdruckkreislauf abzuzapfende
Verbrennungsgasmenge, wie beim Schema der Abb. 7, der Ab-
gasleitung
der TurbineT, entnommen, jedoch nicht immittelbar zur Turbine 7#, sondern, wie Abb.
12 dies zeigt, zunächst durch einen Wärmeaustauscher 37 und erst dann zur
Turbine T, geführt wird. Hier werden die Gase möglichst adiabatisch bis auf Außendruch:
entspannt und dann mit niedriger Teinperatur ins Freie ausgeblasen.
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Die Druckluft wird im Verdichter V. auf Brennkammerspannung
adiabatisch oder annähernd adiabatisch verdichtet, dann im Wärmeaustauscher
37, der auch ein Wärmespeicher sein kann, erwärmt und so der Brennkammer
zugeführt.
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Diese besonders einfache Ausführung empfiehlt sich vorwiegend dann,
wenn die untere Spannung des Hochdruckkreislaufes nicht besonders hoch liegt, da
die adiabatische Luftverdichtung dann nur auf mäßige Temperaturen führt. Wird gasförmiger
Brennstoff verwandt, so ist dieser in gleicher Weise zu verdichten.
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Der Leistungsbedarf des oder der Niederdruckverdichter ist bei einer
Anlage nach Abb. 1:2 größer als die Leistung der Niederdruckturbine T2, so daß also
für die Niederdruckverdichtung ein Leistungszuschuß vorn Hochdruckteil der Anlage
zu leisten ist.
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Bei einer Anlage mit einem Hochdruckgaskreislauf und mit einem Gaswäscher
W, beispielsweise nach Abb- 7, werden die in den Wäscher W gelangenden
Gase im'allgemeinen noch so warm sein, daß das Waschwasser aus ihm mit mehr als
ioo' C abläuft. Um es zurückzukühlen
und die dabei frei
werdende Wärme zur Krafterzeugung mit heranzuziehen, wird das im Wäscher W erwärmte
Wasser, wie Abb. 12 dies zeigt, in einem Raum E entspannt, in Welchern eine
viel niedrigere Spannung als im Wäscher W herrscht, 7. B. etwa die Spannung
der Außenluft. Sie kann aber auch etwas höher oder niedriger sein. Bei der Entspannung
des Wassers kühlt es sich unter Dampfentwicklung bis auf Siedeteinperatur der im
Raum E herrschenden Spannung ab, bei Außenluftspannung beispielsweise auf
ioo' C.
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Die dabei entstehenden Dämpfe gelangen durch Leitung 52 zum
Überhitzer 53, der von den Abgasen des Wärmespeichers R beheizt wird, und
dann zur Niederdruckdampfturbine T3. Von ihr gelangt der entspannte Ab-
dampf
in den Kondensator K. Das Kondensat wird durch die Pumpe 54 auf die Spannung des
vom Entspannungsraum ablaufenden Wassers gefördert. Mit ihm zusammen wird das Kondensat
von der Pumpe 55, nötigenfalls durch ein Filter F, in den oberen Teil des
Wäschers W gedrückt.
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Von der zum Wäscher W führenden Wasserdruckleitung 56 kann
ein Abzweig 57
zu den Zwischenkühlern 22, 3 und 4 des Verdichters VI
geführt werden, die nacheinander oder besser noch parallel, wobei jeder Zwischenkühler
durch einen Abzweig von der Leitung 56 versorgt wird, von dem Wasser, das
ihnen als Kühlwasser dient, durchflossen werden. Das in ihnen erwärmte Wasser gelangt
durch die Leitung 58 zum Entspannungsratim E, wo es durch Dampfbildung
wieder auf beispielsweise ioo' C abgekühlt wird.
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Ein Schwillimerventil 59 im unteren Teil des Wäschers W hält
einen gleichbleibenden Wasserspiegel in ihm, indem es immer nur so viel Wasser zum
Entspannungsraum E ablaufen läßt, wie oben in das Wäschergefäß hineingelangt.
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Ein Schwimmerventil 6o im unteren Teil des, EntspannungsraumesE regelt
den Frischwasserzufluß, der besonders dann nötig ist, wenn ständig ein Teil des
Kreislaufwassers durch einen einstellbaren Abfluß 61 fortfließt, um eine zu starke
Anreicherung des Kreislaufwassers mit Salzen zu verhindern.
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Beim Wäscher W ist vor dem Austritt der Gase aus ihm und beim
Entspannungsgef äß E
vor dem Austritt des Dampfes aus ihm ein nicht
gezeichneter Wasserabscheider bekannter Ausführung vorgesehen.