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Verfahren zum Belastungsausgleich bei Dampfkesselanlagen. Den Gegenstand
der Erfindung bildet ein Verfahren zum Belastungsausgleich bei Dampfkesselanlagen,
bei dem zur Zeit des Wärmeüberschusses mittels einer Dampfleitung oder einer Wasserumlaufleitung
Wärme vom Dampfkessel auf einen Speicherkessel übertragen wird.
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Es ist bekannt, daß bei unregelmäßiger Beanspruchung von Dampfkesselanlagen
deren Wirkungsgrad erheblich sinkt und daß es daher
erwünscht ist,
durch Wärmespeicher einen Ausgleich zu schaffen. So ist vorgeschlagen worden, bei
geringem Dampfverbrauch Speisewasser in den Kessel einzuführen und erhitztes Wasser
einem andern Kessel zuzuführen, aus dem es bei starkem Dampfverbrauch zurückgeleitet
wird. Arbeitet die Dampfkraftanlage mit Hochdruck, wie dies bei neuzeitlichen Anlagen
der Fall ist, so ist eine unmittelbare Speicherung durch Großwasserraumgefäße nicht
zweckmäßig. Man braucht sehr große Speicherräume, wenn man die Speicherung mit geringen
Druckschwankungen, also geringen Temperaturunterschieden durchführen will. Bei hohem
Druck müssen die Speicherräume, um bei praktisch ausführbaren Wandstärken zu bleiben,
in eine große Anzahl kleinerer Gefäße unterteilt werden, wodurch die Anlagekosten
sehr stark steigen und die Übersichtlichkeit der Anlage leidet.
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Nach dem vorliegenden Verfahren wird die Speicherung bei Hochdruckanlagen
mit Gefäßen für mittleren Druck, beispielsweise von 4 bis Atm.,durchgeführt. Diese
Speichergefäße werden zur Zeit des Dampfüberschusses in irgendeiner bekannten Weise
aufgeladen, z. B. durch Einleiten von Überschußdampf in das Speicherwasser oder
durch Wasserumlauf zwischen Kessel und Speicher und es wird ihnen dann während der
Entladeperiode die Wärme durch eingebaute Wärmeübertragungskörper, z. B. Rohrschlangen,
wieder entzogen, durch die das Speisewasser des Kessels gepumpt wird, so daß es
sich infolge der höheren Temperatur des Speichers erwärmt. Wenn die Kessel Rauchgasvorwärmer
haben, die das Speisewasser schon auf Temperaturen von etwa zoo° vorwärmen, so wird
die Heizschlange des Speichergefäßes zwischen den Vorwärmer und den Kessel geschaltet.
Bei einer Temperatur von etwa 15o bis x6o° im Speicher ist dieser bei verhältnismäßig
geringen fCberdrucken noch in sehr großen Abmessungen ausführbar, und man kann mit
ihm das Speisewasser um etwa 5o bis 6o° weiter erwärmen. Es wird dem Kessel aus
dem Speicher eine zusätzliche Wärmemenge zugeführt, deren Größe von dem im Speicher
verfügbaren Temperaturgefälle abhängig ist.
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Das Speisewasser, welches dem Kessel zugeführt wird, ist somit zur
Zeit hoher Beanspruchung des Kessels, in welcher der Speicher in Tätigkeit tritt,
wesentlich stärker vorgewärmt als bisher. Man kann auf diese Weise bei einer Anlage
von beispielsweise i5 bis 2o Atm. Kesseldruck die Speicherung mit Gefäßen von beispielsweise
5 bis 6 Atm. durchführen und ist im übrigen bezüglich des verfügbaren Temperaturgefälles
im Speicher, welcher für seine Abmessungen maßgebend ist, nicht an die nur in engeren
Grenzen zulässigen Druckschwankungen im Kessel gebunden. Die Regelung der Ladung
und Entladung des Speichers kann selbsttätig erfolgen. Die Wärmezufuhr zum Speicher
wird in Gang gesetzt, sobald der Kesseldruck einen gewissen eingestellten Höchstwert
und der Speicher noch nicht seine höchste Temperatur erreicht hat. Man kann hierfür
Absperrorgane, die von Differentialkolben in Tätigkeit gesetzt werden, oder auch
hintereinandergeschaltete Organe, von welchen jedes einzelne von einem der beiden
Drucke abhängig ist, verwenden. Während der Entladeperiode, welche bei sinkendem
Kesseldruck eintritt, wird das Speisewasser, welches sonst durch eine Umlaufleitung
am Speicher vorbeigeführt wird, infolge der Einschaltung eines in diese Leitung
eingebauten Absperr- oder Drosselorgans durch den Speicher getrieben. Dieses Drosselorgan
wird entweder vom Kesseldruck allein, oder falls man eine zu weit gehende Entladung
des Speichers verhindern will, auch vom Speicherdruck beeinflußt. Anstatt des Druckes
kann man auch die Temperatur durch geeignete bekannte Mittel zur Regelung des Vorganges
heranziehen.
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Da dieses Verfahren in seiner Wirkung beschränkt ist, durch die beschränkte
Wärmeaufnahmefähigkeit des Speisewassers, kann man es zweckmäßig noch mit dem bekannten
Speicherverfahren vereinigen, indem außer dem Speicher nach dem vorliegenden Verfahren
noch ein gewöhnlicher Wasserspeicher, der dem Kessel parallel geschaltet ist, Verwendung
findet. Den normalen Ausgleich übernimmt dann der große Speicher nach dem neuen
Verfahren, während die plötzlich auftretenden Spitzen vom gewöhnlichen Wasserspeicher,
der bei Volldruck arbeitet, aufgenommen werden. Die selbsttätige Regelung kann in
der Weise erfolgen, daß bei sinkendem Kesseldruck, welcher als das Anzeichen verstärkten
Dampfbedarfes anzusehen ist, zunächst der Speisewasser-Erwärmungsspeicher in Gang
gesetzt wird. Genügt dieser bei sehr starker stoßweiser Dampfentnahme nicht, so
tritt bei weiterem Sinken des Kesseldrucks der Hochdruckwasserspeicher in Tätigkeit.
Das Verhältnis der Größe des Speisewasser-Erwärmungsspeichers nach dem neuen Verfahren
und des Dampfwärmespeichers zwischen Kessel und Maschine wird von dem voraussichtlichen
Verlauf der Belastungskurve abhängen. Da bei den meisten Betrieben die ganz plötzlichen
Spitzen zwar manchmal erhebliche Augenblickswerte erreichen, aber bei kurzer Dauer
doch geringe aufgespeicherte Wärmemengen erfordern, kann der Hochdruckspeicher in
der Regel kleiner gehalten werden.
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Diese Zusammenstellung kann nicht nur mit Hochdruckwasserspeichern,
sondern auch mit anderen Arten von Speichern erfolgen, z. B. mit einem Speicher,
bei welchem zur Aufspeicherung des Dampfes Salzlösungen Verwendung
finden,
die bei hoher Temperatur geringe Drucke zeigen und außerdem gegebenenfalls die Verdünnungswärme
solcher Salzlösungen ausgenutzt wird. Insbesondere im letzten Fall bietet die Zusammenstellung
besondere Vorteile. Ist während der Entladezeit eines Salzlösungsspeichers durch
Einleiten von Verdünnungswasser in die Lösung Wärme freigemacht worden, so muß während
der Aufspeicherungsperiode die Lösung wieder durch Wärmezufuhr auf ihren ursprünglichen
Konzentrationsgrad eingedampft werden. Der hierbei entweichende Dampf hat aber die
relativ physikalischen Eigenschaften, welche sich aus dem geringen Dampfdruck der
Lösung ergeben. Diesen Dampf kann man nun durchaus nutzbar machen, daß man ihn zur
Speicherung nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren verwendet. Es wird also,
während die Salzlösung des Salzspeichers durch Zuführung der überschüssigen Wärme
aus der Kesselanlage eingedampft wird, der sich entwickelnde Dampf in einen Speicher
mittleren Druckes, der etwa wieder q. bis 5 Atxn. aufweist, niedergeschlagen, und
diese Wärme dient ganz oder teilweise in der vorbeschriebenen Weise zurErwärmung
desSpeisewassers während der Zeit des Dampfmangels.
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Es ist nicht notwendig, daß die gesamte, im Speicher angesammelte
Wärmemenge dem Kessel wieder zugeführt wird, sondern sie kann auch teilweise anderen
Zwecken, z. B. der Heizung, dienen.
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In der Zeichnung ist in Abb. z zur Erläuterung des Verfahrens eine
zu seiner Ausführung geeignete Anlage dargestellt.
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Abb. 2 zeigt eine Anlage für die gemischte Aufspeicherung mittels
eines Niederdruck- und eines Hochdruckspeichers.
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In der Vorrichtung nach Abb. x enthält der Wärmespeicher a eine Rohrschlange
b, die einerseits durch das Rohr c mit dem Kessel d und andererseits durch das Rohr
e mit dem Vorwärmer f in Verbindung steht. Die beiden Verbindungsleitungen enthalten
die Ventile g, lt.
Durch ein Ventil i kann der Vorwärmer
f unmittelbar mit dem Kessel d in Verbindung gebracht werden. Vom Dampfraum
des Kessels d führt eine mit einem Ventil L versehene Leitung k in den Speicherkessel
a.
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Zur Zeit des Wärmeüberschusses im Kessel d wird Dampf durch die Leitung
k in den Speicher a geleitet. Zur Zeit des Dampfmangels wird dann das Speisewasser
vom Vorwärmer f aus anstatt unmittelbar in den Kessel, zunächst durch die Rohrschlange
b geleitet, wo es unter Umständen noch um weitere 5o' bis 6o ° vorgewärmt wird,
bevor es in den Kessel d gelangt.
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Die Anlage zur gemischten Aufspeicherung nach Abb. 2 entspricht in
ihrem linken Teile der vorbeschriebenen Anlage. An die von der Leitung k ausgehende
Verbrauchsleitung na ist die mit Ventilen n versehene Abzweigleitung o angeschlossen,
von welcher zwei mit Rückschlagklappen oder anderen vom Druck gesteuerten Absperrvorrichtungen
P, y versehenen Zweigleitungen s, t zum Hochdruckkessel i, führen. Die Leitung s
dient zur Einleitung des Dampfes bei der Aufspeicherung und die Leitung t zur Dampfentnahme.
In die Leitung o kann gegebenenfalls ein Überhitzungsspeicher eingeschaltet sein.
Die Regelung der beiden Speicher kann selbsttätig oder auch von Hand erfolgen.