DE903342C

DE903342C - Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage

Info

Publication number: DE903342C
Application number: DEA3116D
Authority: DE
Original assignee: Aktiengesellschaft fuer Technische Studien
Current assignee: Aktiengesellschaft fuer Technische Studien
Priority date: 1943-07-02
Filing date: 1944-06-17
Publication date: 1954-02-04

Description

Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage Die Erfindung betrifft eine Winderzeugungs-und W-inderhitzungs-Anlage, und, sie bezweckt, den Wärmeverbrauch in, solchen Anlagen. zu vermindern, also deren. Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. Zu diesem Behufe verdichtet in einer Anlage gemäß der Erfindung ein Verdichter die Verbrauchsluft (Wind) auf einen höheren Wert, als dem um den normalen zusätzlichen Druckverlust in, Rohrleitungen und Apparaten vermehrten Verbrauchsdruck am Verbrauchsort entspricht, worauf sie mittelbar erhitzt und dann in einer Luftturbine entspannt wird. Dabei dient diese Lu,ftturi)#ine zum Antreiben des erwähnten Verdichters.
Wird für den Antrieb des Verddichteirs. Zusatzleistung benötigt, so kann diese von einer Wärmekraftanlage geliefert werden, in welcher mindestens der größere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels einen, Kreislauf beschreibt und dabei in mindestens einem Verdichter auf höheren Druck gebracht, dann: durch äußere Wärmezufuhr erhitzt und hierauf in mindestens einer Turbine entspannt wird. In einem solchen Falle ist es dann möglich, die Verbrauchsluft und das den Kreislauf der Wärmekraftanlage beschreibende Arbeitsmittel im gleichen Appaxat zu erhitzen, wobei sich der weitere Vorteil erreichen läßt, daß die Rauchgase in diesem Apparat sehr weit abgekühlt werden können, ohne daß es erforderlich wird, z. B. einen besonderen Verbremndungsluftvarwärmer vorsehen zu müssen. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, in. vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i eine Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage, in welcher vom Verbrauchsluftverd:ichter benötigte Zusatzleistung von einer Wärmekraftanlage geliefert wird, und: Fig. 2 zeigt eine Anlage, in welcher zwischen dem Heizsvstem für das Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage und einem Heizsystem für die V-"rbrauchsluft Eine Zusatzbrennvorrich.tung va-rgesehen ist.
In Fig. i bezeichnet i einen Hochofen. Die in diesem benötigte 'Verbrauchsluft (ZVind) wird von einem Verdichter 2 geliefert, der sie aus dier Atmosphäre ansaugt und, auf einen höheren Wert verdichtet, als dem um den normalen zusätzlichen Druckverlust in: den Leitungen und Apparaten vermehrten Verbrauchsdruck am Hochofen i entspricht. Wie durch den gestrichelten Linienzug veranschaulicht ist, gelangt die so verdichtete Luft in ein Röhrensystem 3 eines Erhitzers 4, wo, sie durch Wärmezufuhr auf höhere Temperatur gebracht wird, um hierauf in: einer Luftturbine 5 teilweise entspannt zu werden. Die so, teilweise entspannte Luft durchströmt dann ein zweites Röhrensystem 6 des Erhitzers 4, wo sie mittelbar auf die für den Betrieb des Hochofens i benötigte Endtemperatur erhitzt wird. Die in der Luftturbine 5 erzeugte Leistung wird zum Antreiben des Verbrauchsluftverdichters 2 benutzt. Für' den Antrieb: des letzteren noch benötigte Zusatzleistung wird von. einer Wärmekraftanlage geliefert, in welcher mindestens der größere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels, wie durch einen ausgezogenen Linienzug veranschaulicht ist, einen geschlossenen Kreislauf beschreibt und dabei in. einem drei Stufengruppen aufweisenden Verdichter 7 auf höheren Druck gebracht, hierauf nach erfolgter Wärmeaufnahme, in einem Wärmeaustauscher 8 in einem Röhrensystem 9 des Erhitzers 4 mittelbar durch äußere, Wärmezufuhr weiter erhitzt und dann in zwei hintereinandergeschalteten, verschiedene Wellen antreibenden Turbinen io und i i entspannt wird. Die zuerst vom erhitzten Arbeitsmittel Turbine io (Hoehd.ruckturbine) treibt den Verdichter 7 der an, während die, zweit durchströmte Turbine ii (Niederdruckturbine) Zusatzleistung an den Verdichter 2 für die Verbrauchsluft abgibt. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß i il einen Verbrennungsluftvorwärmer bezeichnet.
In: einer Anlage der beschriebenen Art werden die Maschinen zweckmäßig so bemessen, da.ß der Absol Abdruck derLuft am Austritt des Ve@rbrauchslu.ftverdichters 2 mindestens das Doppelte: des Absalutdruckes der Luft am Eintritt in den Hochofen i beträgt. Ferner erfolgt diel Regelung der Leistung zweckmäßig durch Verändern des, Druckniveaus, im Kreislauf der Wärmekraftanlage, wobei die Drehzahl des Verdichters 7 dieser Anlage mindestens angenähert unverändert bleibt, während sich die Drehzahl des Verbrauchsluftverdichfers 2 entsprechend :den jeweiligen Anforderungen i ndert.
Indem sowohl die mittelbare Erhitzung der Verbrauchsluft vor und nach ihrer Entspannung in der Turbine 5 als auch die mittelbare Erhitzung des Arbeitsmittels: deir Wärmekraftanlage durch äußere Wärmezufuhr in -einem einzigen Apparat 4 erfolgt, ergibt sich eine, gedrängte und einfache Bauart. Sodann lassen: sich die Rauchgase. mit Hilfe der Verbrauchsluft, welche das zuletzt von diesen Gasen bespülte Röhrensystem 3 durchströmt, so tief abkühlen, daß es nicht mehr erforderlich wird, noch einen Verbrennungsluftvorwärmer vorsehen. zu müssen, um den Rauchgasen soviel Wärme zu entziehen, daß eine genügend tiefe Abgastemperatur und damit ein hoher Wirkungsgrad des Lufterhitzers erzielt wird. Wenn aus andern Gründen tratzdern ein Verbrennungsluftvorwärmer, wie in Fig. i gezeigt, vorgesehen wird!, so kann derselbe jedenfalls klein gehalten werden. Anstatt die Rauchgase zuerst das Röhrensystem, in welchem das Arbeitsmittel der Wärmekraftan:lager erhitzt wird, und erst hierauf das Röhrensystem bestreichen zu lassen, in welchem die Verbrauchsluft zum zweiten Male erhitzt wird, kann auch eine umgekehrte Anordnung vorgesehen werden.
Während bei den bisher bekanntgewordenen Winderhitzern die Wärmeabfuhr im Rohrinnern bei niedrigem Überdruck von i bis 2 at geschehen mußte, was! zur Erreichung der notwendigen Wärmeübergangszahlen bei gleichzeitiger 'Niedrighaltung der Rohrvandtemperatu;ren verhältnismäßig hohe Geschwindigkeiten verlangt und entsprechend hohe Druckverluste bedingt, erleichtert bei der Anordnung nach Fig. i der hohe Rohrinnendruck: im Heizsystem 9 für das Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage, welcher Druck z. B. 2o bis 3o at betragen kann, diel Wärmeabfuhr im Gebiet der hohen Feu.ergastemperaturen. Die Erhöhung des Luftdruckes bringt nämlich eine analoge Verbesserung des Wärmeüberganges wie die entsprechende Geschwindigkeitssteigerung, da sich, die Wärmeübertragungs@zahle@n für Gase mit dem Ausdruck (c - p)0,75 ändern, d. h. mit dem Produkt aus Geschwindigkeit c und Gasdruck p. Die Rohrwandtemperatur, kann daher leichter niedrig gehalten werden. Die Rohrpartien des Winderhitzers, die die höchsten Windtemperaturen erzleugen, liegen hier in einem Gebiet bereits erniedrigter Rauchgastemperatur, wo nach obigem die Verhältnisse für die Beherrschung der maximal zulässigen Rohrwahdtiemperaturen trotz den hohen: Inneinlufttemperaturen und dem geringen Luftdruck günstig liegen.
Falls es sich bei der Erhitzung der Verbrauchsluft und des Arbeitsmittels einer Wärmekraftanlage im gleichen Apparat für erforderlich erweisen sollte, daß sich die, Temperatur der Verbrauchsluft unabhängig von der Temperatur des Arbeitsmittels der Wärmekraftanlage beeinflussen läßt, so kann die in Fig@2 gezeigte Anordnung getroffen werden. Bei dieser ist zwischen einem Heizsystem 12 für ein Arbeitsmittel einer im übrigen nicht gezeigten Wärmekraftanlage und einem Heizsystem 13 für Verbrauchsluft ein Zusatzbrenner 14 vorgesehen. In Fig. 2 bezeichnet ferner 15 den Hauptbrenner des: Erhitzers 16. Den Brennern 14, 15 strömt durch Leitungen 17 bzw. 18 Gichtgas zu, wobei sich dessen Menge mittels eines Reglers i9 in Abhängigkeit von der Temperatur der aus dem Heizsystem 13 austretenden Verbrauchsluft bzw. mittels eines Reglers 2o in Abhängigkeit von der Temperatur des aus dem Heizsystem 12 austreten den Arbeitsmittels regeln läßt. Mit Hilfe des Zusatzbrenners 14 ist es, möglich, die Temperatur der Verbrauchsluft in weiten Grenzen unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand des Brenners, 15 zu beeinflussen.Dabei Erfolgt derBetrieb zweckmäßig so, daß die Hauptgichtgasmenge, z. B. 8o%, dem Brenner 15 zugeführt wird, während der Brenner 14 nur eine verhältnismäßig geringe Menge, z. B. 2o '/o, erhält.
Bei einer Anlage nach Fig. i kann eine solche Zusatzbrennvorrichtung zwischen den Heizsystemen 3 und 6 oder dann zwischen den Heizsystemen 6 und 9 oder schließlich sowohl zwischen den Heizsystemen 6 und 9 als auch den Heizsystemen 3 und 6 vorgesehen sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage, dadurch gekennzeichnet, da.ß ein Verdichter die Verbrauchsluft (Wind) auf einen höheren Wert verdichtet, als dem um den normalen zusätzlichen Druckverlust in Rohrleitungen und Apparaten vermehrten Verbrauchsdruck am Verbrauchsort entspricht, worauf sie mittelbar erhitzt und dann in einer Luftturbine teilweise entspannt wird, wobei diese Luftturbine zum Antreiben des genannten Verdichters dient.
2. Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutdruck der Luft am Austritt des Verdichters mindestens das Doppelte des, Absoluitdruckes der Luft am Eintritt in den Verbrauchsort beträgt.
3. Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß vom Verdichter für die Verbrauchsluft benötigte Zusatzleistung durch eine Wärmekraftanlage geliefert wird, in welcher mindestens der größere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittelsi einen Kreislauf beschreibt und dabei in mindestens einem Verdichter auf höheren; Druck gebracht, dann durch äußere Wärmezufuhr erhitzt und hierauf in mindestens einer Turbine entspannt wird.
4. Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung des den Kreislauf der Wärmekraftanlage beschreibenden Arbeitsmittels in zwei hirntereinandergeschalteten Turbinen erfolgt, von denen die zweit durchströmte (Niederdruckturbine) den. Verbrauchsluftverdichter und die zuerst durchströmte (Hochdruckturbine) den Verdichter der Wärmekraftanlage antreibt.
5. Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Leistung der Wärmekraftanlage durch Verändern des Druckniveaus in ihrem Kreislauf erfolgt, wobei die Drehzahl des Verdichters dieser Anlage unverändert bleibt, während die Drehzahl des Verbrauchsluftverdichters entsprechend den jeweiligen Anforderungen ändert.
6. Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrauchsluft vor und nach der teilweisen Entspannung erhitzt und diese Erhitzung in demselben Apparat erfolgt, in welchem auch das Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage erhitzt wird, wobei die erste Erhitzung der Verbrauchsluft im Teil dieses Apparates erfolgt, in welchem die tiefsten Rauchgasternperaturen herrschen.
7. Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage nach den Ansprüchen 1, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite Erhitzung der Verbrauchsluft in einem Teil des Erhitzerapparates erfolgt, in welchem bereits erniedrigte Rauchgastemperaturen herrschen. B. Winderzeugungs- und Winderhitzungs-Anlage nach den Ansprüchen 1, 3 und 6, dadurch gekennzeichne, daß mindestens zwischen zwei Heizsystemen des Erhitzerapparates eine Zusatzbrennvorrichtun:g vorgesehen ist. g. Winderzeugungs.- und Winderhitzungs-Anlage nach den Ansprüchen 1, 3, 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der in den Zusatzbrennvorrichtungen erzeugten Flammen in; Abhängigkeit von, der Endtemperatur des unmittelbar hinter der jeweiligen Zusatzbrennvorrichtung erhitzten Mediums erfolgt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 644 829, 726 319, 744 427, 748 263; Zeitschrift Feuerungstechnik,Jahrgang 30 (1942), Heft 9, S. 2o8.