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Dampfkraftanlage Es ist bekannt, den Wärmewirkungsgrad einer Dampfkraftanlage
dadurch zu heben, daß der in der Dampfkraftmaschine entspannte Dampf verdichtet
und dem Kessel wiederzugeführt wird. Zu diesem Zweck wird der entspannte Dampf von
einer Wasserstrahlpumpe angesaugt, welcher der Wasserstrahl durch eine besondere
Pumpe zugeführt wird.
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Auch die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine derartige Anlage.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstrahlpumpe in einen Kreislauf eingeschaltet
ist, inwelchem Kesselwasser durch eine besondere Lrmwälzpumpe in Umlauf versetzt
wird.
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Es ist weiter bekannt, den von der Strahlpumpe angesaugten Dampf in
einem Kondensator durch Zusatzwasser abzukühlen und zu verdichten. Von dieser Maßnahme
kann auch beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung -Gebrauch gemacht werden. Im
Gegensatz hierzu sollte nach dem bekannten Vorschlag die Wasserstrahlpumpe durch
Kondenswasser gespeist werden, das durch teilweises Niederschlagen des in .der Kraftmaschine
entspannten Dampfes gewonnen und durch die besondere Pumpe der Wasserstrahlpumpe
zugeführt wurde. Um die erheblichen Abdampfmengen der Maschine zu verdichten und
dem Kessel zuzuführen, bedarf die Wasserstrahlpumpe aber erheblicher Wassermengen,
welche wesentlich diejenigen Mengen überschreiten, die sich durch teilweises Niederschlagen
des Abdampfes der Maschine gewinnen lassen, sofern man nicht einen außerordentlich
hohen Druck des Wasserstrahles in Kauf nehmen will, der erhebliche Förderleistungen
für den Wasserstrahl erfordert und zu einem schlechten Wirkungsgrad der Wasserstrahlpumpe
führt.
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Wird die Wasserstrahlpumpe aber in einenKesselwasserkreislauf eingeschaltet,
wie
es erfindungsgemäß geschieht, stehen zur Förderung des Dampfes
erheblich größere Wassermengen zur Verfügung, ohne daß der Kreislauf des Kesselwassers
mit einem wesentlichen Wärmeverlust verbunden wäre.
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In an sich bekannter Weise kann der von der Wasserstrahlpumpe angesaugte
entspannte Dampf zur Verringerung seines Volumens in einem Einspritzkondensator
durch Zusatzwasser abgekühlt werden. Die von der Wasserstrahlpunipe anzusaugende
und zu fördernde Dampfmenge wird dadurch wesentlich verkleinert.
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In Weiterbildung der Erfindung wird der Einspritzkondensator durch
das Abwasser einer an -den Dampfkessel angeschlossenen Heißwasserturbine gespeist.
Auf diese Weise wird der Energieverlust verringert, der durch die Notwendigkeit
bedingt ist, den entspannten Dampf abzukühlen, bevor er der Wasser-:trahlpumpe zugeführt
wird.
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Zweckmäßig dient die Heißwasserturbine zum Antrieb der L mwälzpuinpe.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Heißwasserturbine
und dem Einspritzkondensator ein Oberflächenkühler eingeschaltet.
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Dem Abwasser der Heißwasserturbine kann kaltes Kesselspeisewasser
zum Ausgleich. der Kreislaufverluste zugesetzt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nunmehr mit
Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der die Dampfkraftanlage
wesenhaft veranschaulicht ist.
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Die Kolbendampfmaschine 2 sei eine Dampfmaschine mit gutem Wirkungsgrad
von i ooo PS-Leistung, die mit 15 atü Dampfdruck betrieben wird und mit Oberflächenkondensation
arbeitet.
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Um die durch die vorliegende Erfindung zu erzielende Erhöhung des
Wirkungsgrades klarzustellen, diene folgende Rechnung: Bei der bisher üblichen Ausführung
der Anlage ohne die Rückführung des Abdampfes in den Kessel ergibt sich erfahrungsgemäß
ein spezifischer Kohlenverbrauch von 0,6o kg je PSih. Der stündliche Gesamtverbrauch
beläuft sich daher auf 60o kg, entsprechend einer stündlichen Dampferzeugung bei
8,3 facher Verdampfung von 60o - 8,3 = - 5ooo kg. Danach ergibt sich bei einem @\'ärtnewert
der Kohle von ,730o WE ein stündlicher Wärmeaufwand von 600 - 7300
==
- 4a.00000 WE. Im Dampfkessel entstehen etwa 18% Verluste, so daß der lIaschine
zugeführt werden q:4oo ooo - o,82 = 3 600 000 WE.
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ach der Arbeitsleistung tritt der Dampf, von welchem etwa io% durch
Kondensation, Strahlung usw. verlorengehen, aus der 'Maschine aus. Nimmt pan an,
daß der Abdampf je Kilogramm 647 WE enthält, so ergibt sich eine Abwärme von :I500
- t-4; - 2 () 10 000 Wä rineeinheiten.
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In Anlehnung an einen früheren Vorschlag soll nun diese Wärme dadurch
ausgenutzt werden, daß der Abdampf durch eine Wasserstrahlpumpe verdichtet und dem
Kessel wieder zugeführt wird. Würde man statt dessen den Abdampf restlos kondensieren
und als Ergebnis 4500 kg von etwa ; o = Temperatur erhalten und zur Kesselspeisung
verwenrlen, so würde hierdurch an Wärme gewonnen werden :I500 - 70 = -
320 000 WE, also nur ()0/0 der der Dampfmaschine zugeführten Wärme von
3 600 000 WE.
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Wollte man versuchen, den gesamten Abdampf von .Ljoo kg Gewicht und
2 o i o 00o WI-in den Dampfkessel zu pumpen, so würde das eine Energie erfordern,
die die Nutzleistung der Dampfmaschine aufzehren würde. Erfindungsgemäß wird -laher
folgender Weg beschritten: Der Wasserraum des Dampfkessels i wird in einem äußeren
Umwä lzkreis mit einer eingebauten U mwä lzpumpe 5 eingeschaltet, und dieser Kreis
betreibt die Strahlpumpe 4, die den Abdampf der Dampfmaschine ansaugt und in den
Dampfkessel drückt. Man erhält auf diese Weise für den Abdampf eine umlaufende Tragflüssigkeit
von weitaus höherem Gewicht und Wä rrneinlialt. als dem zu überführenden Abdampf
innewohnt. Bei den heute üblichen Kesseln mit einem Zwangsumlauf des Kesselwassers
beträgt die in Umlauf gesetzte Wassermenge etwa das 8- bis iofache der stündlich
verdampften Wassermenge. Der Kraftverbrauch der L`mwälzpumpe beläuft sich hierbei
auf i bis 2% der Gesamtleistung. Zum Teil wird diese Leistung dazu verbraucht, das
Umlaufwasser durch eine Reihe von Verteilerdüsen zu pressen. Im vorliegenden Fall
genügt es, etwa dieselbe Wassermenge in Umlauf zu versetzen. Das bedeutet bei einer
stündlich verdampften Wassermenge von 5ooo kg, daß 50 00o kg Wasser von Zoo =' Temperatur
mit einem Gesamtwärmeinhalt von 5o ooo # 2o = 10 2r>0 0()( Wärmeeinheiten umgewälzt
werden, da bei Zwangsumlaufkesseln (La Mont-Kesseln ) etwa das iofache der verdampften
Wassermenge umgewälzt wird. Die hierfür erforderliche Leistung beläuft sich auf
rd. 29 PS, wozu noch die zusätzliche Leistung kommt, welche die Strahlpumpe .I erfordert
und welche durch die Beimengung des Abdampfes und die Notwendigkeit größerer Geschwindigkeit
des Umlaufwassers bedingt ist. Diese zusätzliche Leistung liegt etwa in der gleichen
Größenordnung.
In der Strahlpumpe 4 saugt der Wasserstrahl, dessen
Wasser bei einem Druck von 15 atü Zoo ° C hat, den Abdampf an. Eine stündliche Wasserstrahlmenge
von 5o ooo kg muß also stündlich 45ookg Abdampf fördern. Mangels besonderer Vorkehrungen
würde aber der Abdampf bei i atü und i20° Temperatur das 68fache Volumen wie das
Strahlwasser aufweisen. Dieses große Volumen könnte die Strahlpumpe 4 nicht zuverlässig
bewältigen. Aus diesem Grunde wird der von der Wasserstrahlpumpe angesaugte entspannte
Dampf zur Verringerung des Volumens in einem Einspritzkondensator 3 durch Zusatzwasser
abgekühlt. Diese zusätz-1:clie Kühlwassermenge, die in den Kondensator 3 einzuspritzen
ist, ist verhältnismäßig gering. Sie ist nur ein kleiner Bruchteil der bei normaler
Einspritzkondensation erforder-1_chen Menge. Denn bei dieser handelt es sich darum,
zur Erzielung eines guten Vakuums eine sehr niedrige Temperatur im Kondensator zu
halten, wozu viel Einspritzwasser erforderlich ist. Im vorliegenden Fall genügt
eine teilweise Kondensation des Abdampfes, wozu beispielsweise das 21/2fache derAbdampfmenge
ausreicht. DieMischungswärme berechnet sich dann wie folgt:
| 450o kg Abdampf zu je 647 WE - 2 gio 000 WE |
| ii 50o kg Einspritzwasser von 5o° je 5o WE --- 575
000 WE |
| 16 ooo kg Gemisch = 3 485 000 WE |
Das Gemisch hat also je i kg einen Wärmeinhalt von 2i8 WE. Mithin beläuft sich der
Wärmeinhalt des Gemisches auf etwa die gleiche Größenordnung wie der Wärmeinhalt
des Strahlwassers.
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Eine Rechnung ergibt, daß sich das Gesamtvolumen der Mischung, die
sich aus Wasser und gesättigtem Dampf zusammensetzt, auf 2714m3 beläuft. Das Gesamtvolumen
beläuft sich also auf das 45fache des Strahlwassers von 6o m3.
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Die Strahlpumpe fördert in den Dampfkessel
| 5o ooo kg Umlaufwasser - io 20o ooo WE |
| 16 ooo kg Gemisch = 3 485 ooo WE |
| 66 ooo kg Mischung - 13 685 ooo WE |
Die gesamte Abdampfwärme von 2 gio ooo Wärmeeinheiten wird also in den Dampfkessel
zurückgeführt. - Der dem Kessel gleichzeitig zugeführte Wasserüberschuß von 16 ooo
- 5ooo = i i ooo kg Wasser muß aus dem Kessel als heißes Wasser ausgeblasen werden.
Diese Wassermenge hat einen Wärmeinhalt von i 1000 # 204 = 2 244000 Wärmeeinheiten.
Indessen wird ein vollständiger Verlust dieser Wärmemenge dadurch vermieden, daß
dieses abzublasende Wasser zum Betrieb einer Heißwasserturbine 6 benutzt wird, welche
die Umwälzpumpe 5 durch eine elektrische Übertragung betreiben kann. Das Heißwasser
wird dabei bis auf i atü entspannt und alsdann in einem Kühler 7 bis auf etwa 5o°.
abgekühlt, um schließlich als Einspirtzwasser für den Kondensator 3 zu dienen. Auch
hier ist also ein geschlossener Kreislauf vorhanden.
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Beim Arbeitsprozeß gehen erfahrungsgemäß io°/o des Wassers durch Undichtigkeiten
verloren. Es müssen also etwa 50o kg Verlustwasser ersetzt werden. Diese Wassermenge
wird nicht in dem Dampfkessel gespeist, sondern dem Abwasser der Heißwasserturbine
zugesetzt. Der Kühler 7 ist ein gewöhnlicher Oberflächenkühler, wie er als Kondensator
bei normalen Maschinenanlagen Verwendung findet. Die hier verlorengehende Wärme
beläuft sich auf i i ooo (204-5o) = 1 700 000 WE-Bei der beschriebenen Dampfanlage
sind also drei geschlossene Kreisläufe vorhanden, die hinter der Strahlpumpe miteinander
vereinigt sind. Der erste Kreislauf ist der Dampfkreislauf vom Dampfventil des Kessels
i zur Maschine :2 und über den Kondensator 3 und die Strahlpumpe 4 zurück zum Kessel.
Der zweite Kreislauf ist derjenige des Umlaufwassers vom Kessel über die Pumpe 5
und die Strahlpumpe .4 zurück zum Kessel. Der dritte Kreis verläuft vom Kessel über
die Heißwasserturbine 6, den Kühler 7, den Kondensator 3 und die Strahlpumpe 4 zurück
zum Kessel.