NO132306B - - Google Patents

Description

Dampkjeleanlegg. • Foreliggende oppfinnelse går ut på et dampkjeleanlegg for utnyttelse av avgass-varme fra en kraftmaskin, som f. eks. en dieselmotor.

De siste års fremgang for dampturbin-drevne fartøyer, fremfor alt hvor det gjel-der store effekter, har sporet dieselmotor-konstruktørene til anstrengelser for å øke sylindereffekten utover det som hittil har vært vanlig. Resultatet av disse anstrengelser er blitt konstruksjonen av høyt over-ladete, enkeltvirkende totakts-dieselmotorer, som så temmelig godt svarer til de stil-lete krav. Tross dieselmotorens meget høye virkningsgrad er det midlertid en forholds-vis ubetydelig del av den totalt tilførte varme i brennstoffet som utnyttes for pro-pellerdriften. Av denne grunn har den allerede i mange år kjente anordning for å ta vare på avgassvarmen, nemlig avgasskjelen, fått større og større aktualitet. Dampen fra slike avgasskjeier er allerede tid-ligere blitt anvendt for drift av en hjelpegenerator, hvorunder en kompound-dampmaskin er kommet til anvendelse. Herunder er imidlertid varmen i avgassene blitt temmelig dårlig utnyttet.

På dieseldrevne fartøyer er hjelpema-skineriet for størstedelen drevet med elektrisk motor, og selv om man som nettopp nevnt har foreslått å anvende en av en dampmaskin drevet hjelpegenerator, så har man dog hovedsakelig frembragt den elektriske energi ved hjelp av dieseldrevne elektriske generatorer. Det skal nevnes at de siste års utvikling er preget av en mar-kant økning av forbruk av elektrisk energi, og dette turde ytterligere aksentueres i fremtiden. Allerede nu er det imidlertid ikke uvanlig at et større dieselmotordrevet fartøy er utstyrt med hjelpemotorer med i alt 18 eller til og med flere sylindere. Det vil innses at vedlikeholdsomkostningene for disse motorer utgjør en ikke uvesentlig del av den totale vedlikeholdskonto. Videre forholder det seg så at den elektriske effekt fra dieselgeneratorene omtrent svarer til en og en halv prosent av varmeenergien i den totale tilførte brennstoffmengde. Samme mengde elektrisk energi kan imidlertid ved en lavtrykksdampprosess utvinnes fra avgassene fra hoved-dieselen. Herunder anvendes en turbogenerator for å frem-bringe den elektriske effekt, og selv om den termiske virkningsgrad ved denne lav-trykksprosess er lav, kan allikevel en ener-gimengde av samme størrelsesorden som det normale elektriske behov ombord oppnås. Dette forutsetter imidlertid at såvel avgassk jelen som turbogenerator en konstrueres med hensyn til maksimal utnyttelse av varmen i avgassene.

Problemet i det hele er imidlertid ikke så enkelt at man innsetter en avgassk jeie for å ta vare på hoveddieselens avgass-varme og senere anvender den av avgasskjelen frembragte damp for å drive en turbogenerator, som innsettes i stedet for et antall dieselgeneratorer. Kombinasjo-nen avgassk jeie og turbogenerator har nemlig den ulempe at effekten fra turbogeneratoren er direkte avhengig av dieselmotorens belastning, og dampproduksjonen opphører således ved stopp på hovedmoto-ren. Damptrykket i avgasskjelen faller naturligvis mere eller mindre raskt i avhen-gighet av vannvolumets størrelse, men med det vanninnhold som normalt kommer til anvendelse i avgasskjeler er damptrykket allerede efter en temmelig kort tid, nemlig noen minutter, utilstrekkelig til å tilfreds-stille behovet for den elektriske drift. Man kan naturligvis anordne en automatisk re-gulering av tilsatsbrennere eller automatisk start av en dieselgenerator i øyemed å oppnå et driftssikkert arrangement. En slik automatisk drift er med den nuværende reguleringsteknikk ikke vanskelig å skaffe, men er beheftet med ulemper av en viss treghet. Man kan imidlertid også, og dette er utvilsomt mere fordelaktig, anordne en sikkarhet 1 form av et akkumulerende vannvolum. Kravet til at en avgasskjele konstrueres for maksimal utnyttelse av varmen i avgassene må imidlertid opprett-holdes også i dette tilfelle.

Går man ut fra de gassmengder og avgasstemperaturer som kommer på tale ved vanlige dieselmotorer for større effekter, kan man beregne hvor stor dampmengde som kan utvinnes fra dieselavgassene ved avgasskjeler med forskjellig damptrykk. I betraktning av at det er forbundet med be-tydelig korrosjonsrisiko å nedkjøle gassene under ca. 175° C, vil det innsees at man, til tross for at det oppnås en mindre mengde avgasser ved en motor med høy avgasstemperatur enn ved en motor med lav avgasstemperatur, kan oppnå større dampmengde ved en motor med høy avgasstemperatur enn ved en motor med lavere avgasstemperatur ved like verdier på avgasstemperaturens senkning over dam-pens metningstemperatur. Det vil videre innsees at jo høyere damptrykk som velges, desto lavere blir den dampmengde som kan utvinnes. I og med et høyere damptrykk blir dog det tilgjengelige varmefall for tur-binene høyere. Med de vanlig forekommende avgasstemperaturer kan det fast-slåes at det optimale damptrykk ligger temmelig lavt, og nærmere bestemt bare ved ca. 6 ata, hvilket er så lavt som halvdelen av de damptrykk på ca. 12 ata. som man hittil normalt har valgt i avgasskjeler. For å kunne oppfylle det ovennevnte ønskemål å skaffe en sikkerhet i form av et stort akkumulerende vannvolum, ville man ved samtidig å oppfylle ønskemålet om optimalt damptrykk komme frem til et kjeleanlegg av dimensjoner, som ikke kunne godtas.

For å finne en løsning på dette problem og samtidig tilgodese behovet for et høyere damptrykk for forskjellige formål ombord, foreslås det ifølge oppfinnelsen en ut-førelse, hvor dampkjøleanlegget omfatter en høytrykksdel og en lavtrykksdel anordnet etter hverandre i avgass-strømmens retning, og anlegget ifølge oppfinnelsen ka-rakteriseres ved at lavtrykksdelen er slik dimensjonert at den produserer i det ve-sentligste hele den ved normal drift nød-vendige dampmengde med relativt lavt optimalt arbeidstrykk, og at høytrykksdelen er slik dimensjonert at den ved hjelp av den fra avgassene avgitte varmemengde holder en dampmengde med et slikt trykk, at det ved hjelp av denne dampmengde kan kompenseres for et kortvarig trykkfall i lavtrykksdelen, idet det på i og for seg kjent måte er anordnet en hjelpebrenner, som ved langvarig trykkfall kan tilveiebringe den nødvendige opphetning for å kompensere for trykkfallet.

Ifølge en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen er lavtrykksdelen anordnet foran høytrykksdelen, regnet i avgass-strømretning.

En vesentlig fordel ved anlegget ifølge oppfinnelsen er at damp momentant kan leveres fra høytrykkskjeledelen til for-bruksstedet hvorved forefallende belast-ningstopper uten vanskelighet kan møtes. Blir det økete dampbehov av noen større varighet, rekker høytrykkskjeledelens ka-pasitet heller ikke til, hvorfor man må gripe til tilleggsvarme. Hensiktsmessig igangsettes tilleggsoppvarmningen på et temmelig tidlig trinn, hvorved start-treg-heten kan overvinnes og den nødvendige dampmengde kan fåes på bekostning av en meget moderat trykksenkning i høy-trykkskjeledelen.

Dampen fra høytrykkskjeledelen, som har en høyere tempeartur, blandes med damp fra lavtrykkskjeledelen og blandin-gen blir tørrere enn tilsvarende damp fra lavtrykkskjeledelen. En maskin som arbei-der med slik dampblanding får en høyere virkningsgrad.

Hvis man lar trykkreduseringsorganet mellom kjeledelene påvirkes ved hjelp av trykkimpulser fra dampledningen til for-bruksstedet, hvilket kan skje ved en hensiktsmessig servomotor, kan trykkvariasjo-nene holdes meget små, hvilket igjen hever maskinens virkningsgrad.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til hos-føyede tegninger. Fig. 1 viser skjematisk som eksempel en utførelsesform for et dampkjeleanlegg, bestemt til å ta vare på varmen i avgasser fra en fartøysdieselmotor. Fig. 2 viser likeledes skjematisk en dieselmotor og et ifølge oppfinnelsen utført dampkjeleanlegg for å ta vare på varmen i avgassene fra dieselmotoren, samt en til sjonert, at man ved normal drift tar ut en del damp fra høytrykkskjeledelen, hvorunder reduseringsventilen 26 er slik inn-stillet at en del damp permanent avgis. Ved ekstra dampbehov økes avgivningen automatisk.

På fig. 2 er vist en dieselmotor 39, hvis avgasser føres til en avgasskjele 40, i hvilken de først passerer en overheter 41, hvor-efter avgassene føres til avgassk jelens gassrum 42. Fra avgasskjelen 40 uttas damp av ønsket arbeidstrykk og føres gjennom ledningen 43 først gjennom overheteren 41 og derefter gjenom ledningen 44 til turbogeneratoren 45. Derefter går dampen til kondensatoren 46, til hvilken en konden-satpumpe 47 og en varmeutveksler 48 er koblet. Kondensatet føres fra varmeut-veksleren 48 til matetanken 49 og føres igjen inn i sirkulasjonen ved hjelp av ma-tepumpen 50.

Fra avgassk jelens 40 gassrum går avgassene gjennom ledninger 51 til i dette eksempel, to donkeykjeler 52, som avgassene er istand til å holde på et ønsket, sammenlignet med arbeidstrykket i avgasskjelen 40, temmelig høyt trykk. Fra donkeykj elene 52 går avgassene sluttelig til en skorsten, hvorunder de på veien avgir endel ytterligere varme i en ekonomiser 53. Donkeykj elene 52 er forsynt med brennere 54, som kan utnyttes som tilleggsbrennere for det allerede omtalte formål. Fra donkeykj elene 52 uttas høytrykksdamp ved behov, og føres gjenonm reduseringsventilen 55 til ledningen 43 ved ønsket arbeidstrykk og derefter til turbogeneratoren 45. Til forskjell fra den ovenfor beskrevne ut-førelsesform passerer avgassene i foreliggende utførelsesform således først gjennom avgasskjelen 40 og deretfter gjennom dampkjeleanleggets høytrykksdel dvs. don-keykjelene 52. Prinsipielt funksjonerer utførelsesformen ifølge fig. 2 på samme måte som utførelsesformen ifølge fig. 1.

Dampkjeleanleggene forsynes naturligvis med den nødvendige armatur, mate-ledninger og eventuelle automatregulerin-ger, sikkerhetsventiler osv. hvilke detaljer dog ikke er vist på tegningen, da de er vel kjent for fagmannen.

dlampkjeleanlegget hørende turbogenerator.

Den på fig. 1 viste dampkjele omfatter en høytrykkskjeledel 1 og en med denne på gassiden seriekoblet lavtrykkskjeledel 2. Høytrykkskjeledelen har et flertall, mellom gavler 3, festete gassrør 4, som fører den gjennom gassinnløpet 6 kommende av-gass til avgassbeholderen 7, i hvilken overheteren 8 er anbragt og hvorfra avgassene fortsetter gjennom lavtrykkskjeledelen 2 rett mot et flertall i gassrummet 10 an-ordnete, mellom gavler 11, festete vannrør 12 og videre gjennom gassutløpet 13 til skorstenen eller en annen anordning, hvor ytterligere varme kan tas vare på. Ved av-gassinnløpet 6 er det en tilkobling 16 fra et brennerkammer 17 for en brenner 18 med et brennstoffmunnstykke 19.

Høytrykkskjeledelen 1 har et vannrum 21, som dels med rørledninger 22 står i for-bindelse med en vannmantel 23 omkring tilleggsbrennerens kammer 17, dels over damprummet 24 er forbundet med en redu-seringsventil 26 over en ledning 27. Reduseringsventilen er derefter over ledningen 28 forbundet med hovedledningen 31 for lavtrykksdamp, som fører til overheteren 8 og derfra til forbruksledningen 32. Lavtrykkskjeledelen 2 har et vannrum 33, som er oppdelt i en øvre del 34 og en undre del 35, forbundet med hverandre ved hjelp av rørene 12. Damprummet 37 står over av-stengningsventilen 38 i forbindeles med hovedledningen 31. I ledningen 28 kan det naturligvis være anordnet en avstengnings-ventil. Det er intet til hinder for at dampledningen 28 kobles til selve lavtrykksdelen, fortrinnsvis dens damprum 37.

Normalt er kjelen innrettet til å ar-beide med den varmemengde som fore-finnes i avgassene, som kommer inn gjennom tilkoblingen 6. Ved normal drift kan man la bare lavtrykkskjeledelen 2 levere damp og la høytrykkskjelededen 1 tre i funksjon først når et ekstra dampbehov gjør seg gjeldende. Derunder er det hensiktsmessig ved hjelp av et impulsorgan, som reagerer f. eks. på en trykksenkning i hovedledningen 31, å innvirke på reduseringsventilen 26, slik at damp avgis fra høytrykkskjeledelen 1 gjennom ledningen 28. Da det forekommende dampbehov som regel varer noen tid, bør samtidig med dampavgivningen fra høytrykkskjeledelen 1, tilleggsbrenneren 18 slås til gjennom en impuls fra denne eller annen impulsgiver, eventuelt med noen forsinkelse, for å unn-gå tilslag ved bare meget korte perioder av ekstra dampbehov.

Kjelen kan eventuelt være slik dimen-

Claims (2)

1. Dampkjeleanlegg for utnyttelse av varme av forbrenningsgassene fra en for-brenningsmotor e. 1. bestående av en høy-trykksdel og en lavtrykksdel anordnet etter hverandre i avgass-strømmens retning, karakterisert ved at lavtrykksdelen er slik dimensjonert at den produserer i det vesent-ligste hele den ved normal drift nødvendige dampmengde med relativt lavt optimalt arbeidstrykk, og at høytrykksdelen er slik dimensjonert at den ved hjelp av den fra avgassene avgitte varmemengde holder en dampmengde med et slikt trykk, at det ved hjelp av denne dampmengde kan kompenseres for et kortvarig trykkfall i lavtrykksdelen, idet det på i og for seg kjent måte er anordnet en hjelpebrenner, som ved langvarig trykkfall kan tilveiebringe den nødvendige opphetning for å kompensere for trykkfallet.

2. Anlegg som angitt i påstand 1, karakterisert ved at lavtrykksdelen er anordnet foran høytrykksdelen, regnet i avgass-strømmens retning.