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Hochdruckspeicheranlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckspeicheranlage,
die durch überhitzten, nicht kondensierenden Dampfmittels eines Wärmeaustauschers
auf höheren Druck als den Druck des überhitzten Dampfes aufgeladen wird. Derartige
Hochdruckspeicheranlagen sind insbesondere für Kraftanlagen geeignet, da der Speicherdampf
Turbinen von normaler Bauart zugeführt werden kann.
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Während der Ladung der Speicheranlage wird dem überhitzten Kesseldampf
ein Teil seiner Überhitzungswärme durch den Wärmeaustauscher entzogen. Bei der Entladung
der Speicheranlage wird Sattdampf oder mäßig überhitzter Speicherdampf in die Kess-eldampfleitung
eingeleitet. Aus beiden Gründen ist die Überhitzungstemperatur des Dampfes beim
Eintritt in die Kraftmaschine Schwankungen unterworfen, die sich nachteilig auf
den Betrieb der Kraftmaschine auswirken können. Bei verringerter überhitzungstemperatur
steigt der Dampfverbrauch der Maschine. Plötzliche Temperaturänderungen des Dampfes
haben Wärmespannungen in der Maschine zur Folge, die leicht zu größeren Störungen
Anlaß geben können und die Lebensdauer der Maschine verkürzen.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die
Beheizung des Wärmeaustauschers in Abhängigkeit von der Temperatur des Dampfes in
der Hauptdampfleitung hinter der Einmündung der Entladeleitung der Speicheranlage
geregelt wird. Diese Regelung erfolgt zweckmäßigerweise durch ein von der Dampftemperatur
an der angegebenen Stelle der Hauptdampfleitung gesteuertes Ventil, das in eine
Umgehungsleitung zu dem Wärmeaustauscher eingeschaltet ist- Es wäre an sich auch
möglich, den Zufluß des im Wärmeaustauscher zu erhitzenden Speicherwassers von der
Überhitzungstemperatur zu regeln, doch hat diese Regelung den Nachteil; daß sie
wegen des nicht unbedeutenden Wasserinhaltes des
Wärmeaustauschers
träge arbeitet. Die Regelung durch ein in einer Vorbeileitung eingeschaltetes Drosselventil
wirkt dagegen sehr schnell. Das Drosselventil kann als .einfache Drehklappe ausgebildet
sein, die nicht absolut dicht zu sein braucht.
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Durch den Wärmeaustauscher soll das Speicherwasser möglichst nur in
dem über der Sattdampftemperatur des Kesseldampfes liegenden Bereich erhitzt werden.
Es ist daher zweckmäßig, das Speisewasser für die Speicheranlage durch kondensierenden
Kesseldampf bis nahe an die Sattdampftemperatur des Frischdampfes vorzuwärmen. Während
der Entladung der Speicheranlage ist die Vorwärmung des Speisewassers zu verringern
oder abzustellen, so daß der zur Vorwärmung verwendete Dampf für andere Zwecke frei
wird. Die Regelung der Vorwärmung des Speisewassers für den Speicher erfolgt in
einfachster Weise dadurch, daß der Wasserdurchfluß durch den Vorwärmer geregelt
wird. Ist der Wasserdurchfluß abgestellt, so hört auch die Dampfaufnahme des Vorwärmers
von selbst auf. Die Abstellung der Speisewasserzufuhr zum Wärmeaustauscher während
der Entladung hat auch den Vorteil, daß dem Wärmeaustauscher Wasser von hoher Temperatur
aus dem Speicher zugeführt wird. Die Dampferzeugung des Wärmeaustauschers steigt
daher.
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Während des Ladevorganges kann es zweckmäßig sein, die Speisung der
Speicheranlagc erst dann anzustellen, wenn der Druck im Speicher seinen höchsten
Wert erreicht hat, um den Speicher möglichst rasch wieder auf hohen Druck und damit
auf höchste Entladebereitschaft zu bringen.
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Bei Anlagen mit Speisewasserspeichern ist es an sich bekannt, die
Wasserzufuhr zum Speicher in Abhängigkeit vom Kesseldruck derart zu steuern, daß
der Kesseldruck möglichst konstant bleibt. Bei hohem Dampfbedarf hat der Kesseldruck
das Bestreben, abzunehmen. in diesem Falle wird die Wasserzufuhr zum Speicher bei
der bekannten Anlage verringert und daher weniger Dampf im Speicher niedergeschlagen.
Bei geringem Dampfbedarf hat der Kesseldampf das Bestreben, anzusteigen; die Wasserzufuhr
zum Speicher wird daher vergrößert, und der überschüssige Dampf im Speicher niedergeschlagen.
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Die Anlage nach vorliegender Erfindung unterscheidet sich von der
bekannten Anlage dadurch, dala der Druck in der Speicheranlage in weiten Grenzen
schwankt und daß in dem Speicher nicht Kesseldampf niedergeschlagen wird. Der Speicher
wird vielmehr lediglich durch Überhitzungswärme aufgeladen. Der Erfindungsgedanke
besteht ntin darin, dem. Speicher erst dann Wasser zuzuführen, wenn der entladene
Speicher durch Cberhitzungswärme wieder auf den normalen Betriebsdruck gebracht
ist. Diese Maßnahme ist gegenüber der bekannten Anlage neu und gewährleistet eine
rasche Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft bei einem Speicherdruck, der über
dem Kesseldruck liegt.
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Während der Ladung der Speicheranlage kann die dem Wärmeaustauscher
zugeführte Wassermenge größer sein, als der Verda,mpfungsfähigkeit des Wärmeaustatischers
entspricht, so daß in dem Wärmeaustauscher nur heißes Wasser oder ein Gemisch von
heißem Wasser und Dampf erzeugt wird. Die Steigerung der Speisewasserzufuhr zum
Wärmeaustauscher hat den Vorteil. daß größere überschüssige Dampfmengen zur Vorwärmung
des Speicherwasser verwendet werden können und auf diese Weise größere überschüssige
Wärmemengen in den Speicher gelangen.
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Eine weitere Verbesserung der Hochdruckspeicheranlage besteht darin,
daß das dem Speicher zuzuführende Speisewasser vor seinem Eintritt in den Wärm-eaustauscher
durch kondensierenden Frischdampf bis annähernd auf die Sattdampftemperatur des
Frischdampfes vorgewärmt wird. Bei Speisewasserspeichern ist es zwar bekannt. das
im Speicher aufgespeicherte Speisewasser des Kessels durch Kesseldampf bis nahezu
auf die Sattdampftemperatur des Kessels vorzuwärmen und den Kessel mit diesem hochvorgewärmten
Wasser aus dem Speicher zti speisen. Durch diese Maßnahme wird die Dampferzeugung
des Kessels gesteigert.
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Bei vorliegender Erfindung handelt es sich nicht um die Speisung des
Kessels mit hoch- i vorgewärmtem Wasser, sondern um die Wärmezufuhr zum Hochdruckspeicher.
d.li. um die Aufladung des Hochdruckspeichers. Diesem Speicher wird kein Wasser
zur Kesselspeisung oder zu sonstigen Zwecke i entnommen. Es findet vielmehr mir
eine Dampfentnahme unter Druckabfall statt. Der Speicherdruck ist höher als der
Kesseldruck. Zur Aufladung des Speichers mul:', daher hochwertige Überhitzungswärme
ii1 einem Wärmeaustauscher verwendet werden. Das in den Speicher zu speisende Wass:
twird nun durch kondensierenden Kesseldampf möglichst hoch vorgewärmt, damit die
hochwertige überhitzungswärme des nicht kondensierenden Dampfes uneingescliräilkt
für die Wärmezufuhr in dem über dem Kesseldruck liegenden Druckgebiet zur Verfügung
steht. Durch diese Maßnahme wird die Ladegeschwindigkeit des Hochdruckspeichers
beschleunigt, da das Speicherwasser nur noch von der Sattdampftemperatur des
Kessels
bis zur Höchsttemperatur des Speichers durch nicht kondensierenden Dampf erhitzt
werden muß.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Dampfkess;el I( erzeugen Dampf von 32 atü und 5oo'', der durch die Leitung A
zu der Turbine T strömt. Der Eintrittsdruck der Turbine beträgt 3o atü, und die
Temperatur des Dampfes soll q.5o° nicht überschreiten. Die Anlage ist so ausgeführt,
daß auch bei wesentlichen Änderungen der Belastungsverhältnisse die Dampftemperatur
von q.5o° beim Eintritt in die Turbine gehalten wird. In der Hauptdampfleitung ist
ein Wärmeaustauscher LV eingeschaltet, der durch eine Zulauf-und eine Ablaufleitung
mit dem Speicher S in Verbindung steht. In der Umgehungsleitung B ist ein Regelventil
R vorgesehen, das von der Temperatur des Dampfes vor Eintritt in die Turbine T gesteuert
ist. Dem Speicher S wird Dampf durch die Leitung C entnommen. In dieser Leitung
befindet'sich vor dem Überhitzer U ein Regelventil E, das vom Druck vor der Turbine
T gesteuert ist. Das Speisewasser der Speicheranlage wird durch die Pump P durch
einen Oberflächenvorwärrner V und über ein Regelventil L in den Speicherkreislauf
gefördert. Der Vorwärmer V ist durch die Leitung D an die Hauptdampfleitung A angeschlossen,
und zwar hinter dem Wärmeaustauscher W. Die Speisewasserleitung des Speichers ist
mit F bezeichnet.
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Das Ladeventil L ist mit dem EntladeventilE derart gekoppelt, daß
es geschlossen ist, wenn Ventil E unter dem Einfluß des Dampfdruckes in der Leitung
A geöffnet ist. Außerdem ist Ventil L vom Druck im Speicher S gesteuert, und zwar
derart, daß es erst öffnet, wenn der Speicherdruck seinen Höchstwert erreicht hat.
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Reicht die im Kessel l( erzeugte Dampfmenge zur Speisung der Turbine
T aus, so wird das gesamte Temperaturgefälle zwisch:n 500 und 4.50' zur Erhitzung
oder Verdampfung des Speicherwassers verwendet. Das Regelventil ,R ist also so weit
geschlossen, daß die gewünschte Abkühlung des Dampfes auf 4.5o` eintritt. Sollte
der Speicher S vollkommen gelagert sein, d. h. der Speicherbehälter bis zum höchsten
Wasserstand aufgespeist und der Speicherdruck bis zu seiner obersten Grenze, im
vorliegenden Beispiel r 2o atü, gestiegen sein, so wird das Entladeventil E unter
dem Einfluß des höchsten Speich erdruckes geöffnet, so daß eine gering-- Menge Speicherdampf
über die Leitung C in die Hauptdampfleitung A strömt. Die Temperatur des Dampfes
in der Hauptdampfleitung wird dadurch etwas sinken und infolge davon das Regelventil
R etwas geöffnet. Im Gleichgewichtszustand strömt eine dem Temperaturgefälle von
500 auf 4.5o' entsprechende Dampfmenge aus der Speicheranlage in die Hauptdampfleitung.
Die Speicheranlage wirkt daher in diesem Falle als Erhitzer.
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Steigt der Dampfbedarf der Turbine T an oder wird eine Reserveturbine
bei einer plötzlichen Störung ausgeschlossen, so steigt der Dampfbedarf, und der
nicht vom Kessel gedeckte Teil wird aus der Speicheranlage gedeckt, da Ventil E
bei sinkendem Frischdampfdruck vermehrt öffnet. Das stärkere Zuströmen von Speicherdampf
in die Hauptdampfleitung hat ein Absinken der überhitzungstemperatur vor der Turbine
zur Folge. Diesem wird durch den Regler R in der Weise entgegengewirkt, daß eine
größere Frischdampfmenge an den Wärmeaustauscher vorbeigeleitet wird. Im Grenzfall.
geht die gesamte im Kessel erzeugte- Dampfmenge an dem Wärmeaustauscher vorbei,
und die überhi.tzungstemperatur des Dampfes wird durch den zugemischten Speicherdampf
auf q.50 herabgesetzt. in dem angegebenen Beispiel kann Speicherdampf m einer Menge,
die 25 bis q.0% des Kesseldampfes entspricht, in die Hauptdampfleitung zugemischt
werden, ohne daß die Überhitzungstemperatur vor der Turbine unter q.5o'-' fällt.
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Eine andere Art der Regelung der beschriebenen Anlage ist folgende:
Ventil. E wird vom Druck in der Hauptdampfleitung A gesteuert, und zwar derart,
daß es öffnet, wenn der Druck in dieser Leitung unter 3o,atü fällt. Außerdem ist
noch ein Überströmimpuls vom höchsten Speicherdruck vorgesehen, und zwd.r derart,
daß das Ventil öffnet, wenn der Speicherdruck seine obere Grenze von r 2o atü erreicht.
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Das Ventil L in der Speiseleitung wird in Abhängigkeit vom höchsten
Wasserstand des Speichers geregelt. Es besteht also das Bestreben, den Wasserstand
im Speicher auf seinen höchsten Stand zu halten. Diese Regelung soll aber dann unterbrochen,
d. h. die Speisung des Speichers über die Leitung F abgestellt werden, wenn der
Speicher S unter Druckabfall entladen wird.
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Diese Regelung kann derart ausgeführt werden, daß das Ventil L schließt,
wenn der Speicherdruck sinkt, oder Ventil L kann auch von der durch die Leitung
C hindurchströmenden Dampfmenge gesteuert werden, indem auf VentilL der Druckunterschied
vor und hinter dem überhitzer, der ein Maß für die durchströmende Dampfmenge darstellt,
einwirkt.
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Es sind also zwei Betriebsperioden zu unterscheiden, nämlich r. der
Normalzustand, i bei dem der Speicher voll aufgeladen ist und lediglich als Regler
für die überhitzungstemperatur
dient. In diesem Falle ist Ventil
E unter dem Einfluß des überströmpulses (i 2o atü) etwas geöffnet, und es strömt
diejenige Dampfmenge durch die Leitung C in die Leitung A, die erforderlich ist,
um die Temperatur vor der Turbine auf q.50° zu halten. Die dieser Dampfmenge entsprechende
Speisewassermenge strömt durch die Leitung F (geregelt durch Ventil L in Abhängigkeit
vom Speicherwasserstand) in den Ladekreislauf des Speichers.
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2. Sobald der Druck in der Leitung A unter 3oatü sinkt, wird die Einstellung
des Ventils E von diesem Druck bestimmt, und der Speicher gibt nunmehr unter Druckabfall
Dampf an die Hauptdampfleitung ab, d. h. der Speicher wird entladen. Ventil L wird
entweder durch einen der beiden oben erwähnten Impulse oder auch in Abhängigkeit
vom Druck in der Leitung A geschlossen, so daß die gesamte überhitzungswärme des
Kesseldampfes zwischen 450 und 5oo° zur Regelung der Überhitzung in der Leitung
A auf ¢50` und, soweit außerdem noch überhitzungswärme vorhanden ist, zur Aufladung
des Speichers S verwendet wird.