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Verfahren zur Ausnutzung der Heizgaswärme bei Dampfkraftanlagen mit
umlaufendem Dampferzeuger Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Einrichtung zur Ausnutzung der Heizgaswärme bei Dampfkraftanlagen mit umlaufendem
Dampferzeuger.
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Für solche Kraftanlagen hat man vorgeschlagen, den umlaufenden Dampferzeuger
msit der Kraftmaschine, z. B. einer Turbine, zusammenzubauen, um ohne große Verluste
den erzeugten Dampf entweder unmittelbar oder nach vorheriger Überhitzung in ebenfalls
umlaufenden überhitzerrohren der Turbine zuführen zu können. Der Dampferzeuger kann
hierbei selbst Bestandteil der Turbine sein oder aber auf besonderer Wellte, z.
B. gegenläufig zu dieser, umlaufen. Die üb.erhitzung des Dampfes in schnell umlaufenden
überhitzern ist nur bedingt möglich und stößt auf Schwierigkeiten, weil bei hohen
Temperaturen infolge der auftretenden Fliehkräfte aus Festigkeitsgründen hierfür
Grenzen gesetzt sind. Man muß sich entweder mit Drehzahlen begnüg en, die, vom Standpunkt
des Turbinenbauers ,aus gesehen, unwirtschaftlich sind und zur Erzielung der gewünschten
Dampfdrücke, kesselseitig betrachtet, nicht ausreichen, oder man müßte sich mit
ungewöhnlich niedrigen überhitzertemperaturen begnügen. Es ist deshalb besser, auf
die Überhitzung des Frischdampfes bei mit großer Geschwindigkeit umlaufenden Dampferzeugern
ganz zu verzichten und statt dessen den' Zwischendampf im Gebiet niedrigerer Heizgastemperaturen
einer Wiedererhitzung zu unterwerfen. Diese Wiedererhitzung im Gebiet niedriger
Heiz gastemp;eraturen wäre zwar bei normalen Dampfkraftanlagen, d. h. bei solchen
mit feststehenden Dampferzeugern, nachteilig, weil hierfür unwirtschaftlich große
Heizflächen erforderlich werden würden. In der Praxis hat sich dieser Vorschlag
deshalb auch nicht bewährt. Handelt es sich aber um Dampfkraftanlagen mit umlaufenden
Dampferzeugern, bei denen infolge des Umlaufens der Heizflächen bedeutend bessere
Wärmeübergänge erzielbar sind, so lohnt sich die Wiedererhitzung des Arbeitsdampfes
auch im Gebiet niedrigerer Heizgastemperaturen und dies auch mit Heizflächen erträglichenAusmaßes.
DerHauptvorteil liegt hierbei in der erweiterten Ausnutzbarkeit der Heizgaswärme
und ist nur erzielbar, wenn, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, der Arbeitsdampf
auf dem Wege von einer Arbeitsstufe zu einer nachfolgenden Arbeitsstufe in mit dem
Dampferzeuger umlaufenden Kammern einem Wärmeaustausch mit den Heizgasen unterzogen
wird.
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Ein besonderer Vorteil - dieses Verfahrens besteht darin, daß das
anfallende Kondensat jeweils in den Zwischenüberhitzungskammern
wieder
restlos verdampf, und zwar auf völlig zwanglose Art, weil es infolge der Fliehkraft
und der radial gerichteten Strömung diesen Kammern selbsttätig zugeführt wird, ohne
weder in diesen (die Kammern-: haben ja die gleiche Umlaufgeschwindigkeit. «=ie
der Dampferzeuger ) noch in der nachgeschalteten Stufe schädlich wirken zu können.
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Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist besonders günstig
bei ohne. besondere Speisepumpe arbeitenden Dampferzeugern, z. B. der im Patent
640558 beschriebenen Bauart. Es besteht hierbei nämlich die Möglichkeit,
den Zwischendampf durch das bei der Drehung Ringform annehmende Speisewasser hindurch
den umlaufenden Kammern zuzuführen, derart, daß er hierbei Wärme an das Spcisewasser
abgibt und demnach im Wärmeaustausch sowohl mit diesem als auch mit den Heizgasen
steht. Das Speisewasser wird dabei vorgewärmt.
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Im nachfolgenden ist an Hand der Zeichnung das Verfahren und eine
Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens beispielsweise beschrieben.
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Die dargestellte Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem umlaufenden
Dampferzeuger, einer Mehrstufenturbine mit dazwischen angeordneten Zwischenüberhitzern
und einer Kondensationseinrichtun. In Fig. i ist ein Längsschnitt, in Fig.2 ein-
Teilschnitt nach der Linie A-B der Fig. i dieser Einrichtung dargestellt.
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In einem stillstehenden Gehäuse i ist ein Umlaufkessel 2 gelagert,
der sich um die Welle 3 in dem durch den Pfeil angedeuteten Sinn dreht. Gleichachsig
dazu ist ein aus vier Stufen bestehender Turbinenläufer 4 angeordnet, der sich um
eine Welle 5 entgegengesetzt zum Umlaufkessel 2 dreht. Die Verdampfung der eingespeisten
Flüssigkeit geschieht in U-förmig gebogenen Rohren 25, von denen mehrere radial
angeordnet sind. Im Schenke125a dieses U-Rohres erfolgt die eigentliche Verdampfung,
während der Schenkel 25b der Zuführung und Vorwärmung des Speisewassers dient. Im
Raum 6 sammelt sich der erzeugte Dampf und strömt von dort durch Düsen ; in das
erste Turbinenlaufrad ein. Nach dem Durchströmen dieses Laufrades wird der Dampf
im Raum 8 um mehr als 9o° abgelenkt und gibt hier einen Teil seiner Wärme an das
Speisewasser ah. Von hier aus strömt der Dampf in ebenfalls aus U-Rohren hergestellte
Kammern 9, die durch das Heizgas des Dampferzeugers beheizt werden. Der so auf höhere
Temperatur gebrachte Dampf wird dann in die nächste Arbeitsstufe eingeleitet, in
der sich ebenso wie in der nächstfolgenden derselbe Vorgang wiederholt. Nach Durchströmen
sämtlicher Arbeitsstufen gelangt der Dampf in den Raum i o, wo er in einer nach
Art eines Einspritzkondensators arbeitenden Einrichtung r i, 12 kondensiert wird.
Die Heizgase treten entsrechend den angedeuteten Pfeilen durch den Raum i3 in den
Dampferzeuger ein und verlassen nach Durchströmen der aus Röhren 9 gebildeten Zwischenüberhitzung
die Einrichtung durch den Abgasstutzen 14. Der Arbeitsdampf der einzelnen Stufen
wird auf diese Weise nacheinander im Richtungssinne der sich vermindernden Drücke
von demselben Heizgasstrom beheizt, nachdem dieser Heizgasstrom einen Teil seiner
Wärme vorher an den Dampferzeuger abgegeben hat. Auch die Rohreg sind in größerer
Anzahl in radialer Stellung auf dem gegenläufig zum Turbinenläufer umlaufenden Dampferzeuger
angeordnet. Damit bei der schnellen Drehung die Heizgase nicht am Außenumfang zusammengedrängt
werden, sind sowohl auf den Dampferzeugerrohren 25 wie auf den Zwischenüberhitzerröhren
9 gleichachsig verlaufende Bleche oder Rippen 15 angeordnet, die gleichzeitig
zur Erzielung guter Wärmeübergänge dienen. Die Rohre 9 der Zwischendampfüberhitzung
können außerdem mit Mitteln zur Vergrößerung der vom Dampfstrom berührten Wärmeaustauschflächen
versehen sein, also etwa auch im Innern z. B. mit oberflächenvergrößernden Ansätzen
oder Rippen ausgestattet sein.
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Durch die Ablenkung des Dampfstromes in den Räumen 8, 8#, 8b um wenigstens
9o°, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist, werden etwa im Dampf enthaltene Wasserteilchen
mit Sicherheit abgeschleudert, wobei diese Wasserteilchen der Vorwärmung des Speisewassers
nutzbar gemacht werden. Dadurch, daß die Rohre 9 durch das Speisewasser hindurchgeführt
sind, mit diesem also in unmittelbarer Berührung stehen, wird die Aufwärmung des
Speisewassers durch den Arbeitsdampf noch verbessert. Diese Wir-
kung kann
noch durch Anordnung guter Wärmeleiter, etwa Bleche 16, unterstützt werden,
die teilweise vom Dampf, teilweise vom Speisewasser berührt werden. Der Teil
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des Umlaufkessels dient als Überlauf, über dessen Kante das Kühlwasser,
das gleichzeitig zur Speisung dient, in den. feststehenden Ringraum 18 abgeschleudert
wird, von wo es durch einen Stutzen i 9 abgeleitet werden kann. Der Eintritt des
Kühlwassers erfolgt durch den Stutzen 20. Durch den Teil 21 wird das Kühlwasser
einem nach der Welle zu offenen Ringraum 22 zugeführt, in dem im Bedarfsfalle Mitnehmerbleche
23 angeordnet sein können. Durch den düsenartig verengerten Ringspalt i i wird das
Kühlwasser scheibenförmig nach außen geschleudert und
hierdurch
der im Raum io befindliche Dampf kondensiert. Der Dampferzeuger an sich arbeitet
in der Weise, daß die noch unver-. dampfte Flüssigkeit durch Schleuderwirkuri, auf
Druck gebracht wird und hierbei als " Sperrflüssigkeit. gegen Räume niedrigeren
Druckes dient.
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Aus Fig.2 sind drei der radial gestellten Rohreg ersichtlich, die
durch die Wandung des Dampferzeugers 2 in den das Speisewasser enthaltenden Raum
8Q hineinragen. Auch die aus gutem Wärmeleitbaustoff hergestellten Bleche 16, die
teils vom Dampf, teils vom Speise%vasser umströmt sind, sind hier angedeutet.
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Die einzelnen Druckstufen sind durch an sich bekannte Labyrinthdichtungen
2q. gegeneinander abgedichtet. Selbstverständlich können auch weniger oder mehr
Arbeitsstufen vorgesehen sein, wie auch Anordnungen denkbar sein könnten, bei denen
nur bei einem Teil der Arbeitsstufen mitumlaufende Zwischenüberhitzer vorgesehen
sind.