Dampfkraftanlage. Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkraftanlage, bei der einer Dampf kraftmaschine aus einem Dampferzeuger mit geringem Flüssigkeitsinhalt Dampf zuge führt wird und die Speiseflüssigkeit mittelst Entnahmedampf vorgewärmt wird. Die Er findung besteht darin, dass die Leistung des Dampferzeugers in Abhängigkeit vom .Speise flüssigkeitsspeicher derart geregelt wird, dass der Energieinhalt des Speichers wäh rend des Beharrungszustandes der Anlage innerhalb eines mittleren, zwischen dem Höchst- und dem Mindestwert des Energie inhaltes des Speichers liegenden Gebietes ge halten wird, um bei einer Belastungszunahme der Kraftmaschine annähernd gleichviel Energie vom Speicher an die Kraftmaschine abgeben zu können,
wie bei einer Belastungs abnahme der Kraftmaschine dem Speicher zuführen zu können.
Der Gegenstand der Erfindung ist nach stehend anhand der Zeichnungen genauer erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch je ein Ausführungsbeispiel; Fig. 3, 4 und 5 stellen Diagramme dar, in welchen beim Betrieb der Dampfkraft anlagen nach Fig. 1 und 2 sich abspielende Vorgänge graphisch dargestellt sind.
Die Dampfkraftanlagen nach Fig. 1 und 2 besitzen einen Dampferzeuger 1, eine Dampfkraftmaschine 2 und einen Speiseflüs- sigkeitsspeicher 4. Eine Speisevorrichtung fördert die Speiseflüssigkeit aus dem Speise flüssigkeitsspeicher 4 in den Dampferzeuger 1. Der Dampf strömt aus dem Dampferzeu ger durch die Leitung 6 zur Kraftmaschine 2. Ein Teil des in der Kraftmaschine aus genützten Dampfes strömt in den Konden sator 7, ein anderer Teil des Dampfes wird jedoch .schon vor endgültiger Entspannung zur Vorwärmung der Speiseflüssigkeit her angezogen.
Durch die Leitungen 8 bezw. 9 (Fig. 1) wird der Kraftmaschine 2 die zur Vorwär- mung der ,Speiseflüssigkeit notwendige Dampfmenge entnommen und in den Speise flüssigkeitsvorwärmer 3 geführt. Das ent stehende Kondensat strömt durch die Leitun gen 12 in die gondensatleitung 13, vereinigt sich hier mit dem Kondensat aus dem Kon densator 7 und wird durch eine Kondensat pumpe 14 in den Speiseflüssigkeitsspeicher 4 gefördert.
Die Umwälzpumpen 15 bezw. 16 entnehmen dem Speicher 4 Speiseflüssigkeit lind fördern dieselbe durch die Heizschlan gen 10 bezw. 11 wieder in den .Speicher 4.
Der Betrieb der Kraftanlage wird bei Belastungsänderungen mittelst des Reglers 17 geregelt, dadurch, dass dieser die durch die Leitungen 8 und 9 entnommene Dampf menge nach Massgabe der Belastung einstellt und so die für die Arbeitsleistung zur Ver fügung stehende Dampfmenge regelt. Am Speicher 4 ist ein Temperaturaufnehmer 18 vorgesehen, der in Abhängigkeit von den durch die Temperatur des Speicherinhaltes verursachten Längenausdehnungen des Spei chergefässes 4 die Feuerungsvorrichtung 19, die Speiseflüssigkeitsregelungsvorrichtung 20 und die Zugklappe 21 .so verstellt,
dass der Energieinhalt des Speichers 4 während des Beharrungszustandes der Anlage innerhalb eines mittleren Gebietes zwischen Höchst wert und Mindestwert gehalten wird.
Der Energieinhalt des Speichers ist im wesentlichen durch die Flüssigkeitstempera tur bestimmt. Der Mindestwert des Energie inhaltes entspricht einem Ladezustand, bei dem ausschliesslich Flüssigkeit von der Kon- densattemperatur im Speicher enthalten ist. Der Höchstwert entspricht dem Ladezustand, bei dem der Flüssigkeitsinhalt Temperaturen aufweist, die den Siedetemperaturen bei den Entnahmedrücken entsprechen. Die Rege lungsvorrichtungen, die durch den Tempera turaufnehmer 18 beeinflusst werden, stellen den Betrieb der Dampfkraftanlage so ein, dass der Ladezustand des -Speichers 4 wäh rend des Beharrungszustandes in ein mitt leres Gebiet zwischen Höchstladung und Nulladung verlegt ist.
Dabei hat die oberste Schicht des Flüssigkeitsinhaltes ungefähr die Temperatur des durch die Leitung 8 entnommenen Dampfes der höchsten Ent nahmestufe, während eine mittlere Schicht die Temperatur des durch die Leitung 9 ent nommenen Dampfes und die unterste Schicht des Speicherinhaltes Kondensattemperatur aufweist. Zwischen der untersten und der Obersten Schicht stellt sich entsprechend den Temperaturen der Entnahmestufen ein stei gender Temperaturverlauf ein, der von -der Kondensattemperatur auf die Höhe der Dampftemperatur der höchsten Entnahme stufe ansteigt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird dem Rohrstrang 22 des Dampferzeugers 1 das Speisemittel mittelst der Speisevorrich tung 5 durch die Speiseleitung 28 zugeführt. Eine zusätzliche Menge flüssigen Arbeits mittels strömt .dem Rohrstrang 22 an ,einer Stelle 24 durch die aus der Speiseleitung 23 abgezweigte Leitung 25 zu. Der Dampf wird durch die Dampfleitung 6 dem Hochdruck teil 26 der Kraftmaschine 2 zugeführt. Ein Teil dieses Dampfes strömt nach Verlassen des Hochdruckteils durch die Leitung 28 i n den Niederdruckteil 27, ein anderer durch die Leitung 29 in den Dampfraum des Spei chers 4.
Nach Arbeitsleistung im Ni.eder- @druokteil strömt der Dampf in den Konden sator 7, aus dem die Kondensatpumpe 14 das Kondensat in den Speicher 4 fördert. Letz ten Endes entnimmt eine Zubringerpumpe 30 wieder das Speisemittel dem Speicher 4 und führt es zur Speisevorrichtung 5. Ein Teil der im Speicher 4 gespeicherten Flüssigkeit kann mittelst der Pumpe 31 dem untern Teil des Speichers entnommen und durch Ein spritzdüsen 32 in den Dampfraum,des Spei chers 4 eingespritzt werden.
Der Rohrstrang 22 wird durch eine Feue- rungsvorrichtung 19 .beheizt. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase strömen durch,die Leitung 33 an weitere Verbrauchs stellen oder unmittelbar ins Freie.
Zur Regelung der Speiseflüssigkeits menge wird die Speisevorrichtung 5 in Ab bängigkeit der Dampftemperatur mittelst des Temperaturaufnehmers 34 beeinflusst; daneben wird zusätzlich auch vom Leistungs regler 17 der Kraftmaschine 2 ein Einfluss auf die Speisevorrichtung 5 ausgeübt. Die Menge des zusätzlichen Arbeitsmittels wird ebenfalls unter dem Einfluss des Temperatur- aufnehmers 34 durch die Vorrichtung 35 ge regelt. Der Durchflussquerschnitt für den erzeugten Dampf wird durch ein Überström organ<B>36</B> derart geregelt, dass der Druck im Dampferzeuger praktisch auf gleicher Höhe bleibt.
Die Feuerungsvorrichtung 19 wird durch die Regelungsvorrichtung 37 einesteils in Abhängigkeit von der Lage des Leistungs reglers 17 und andernteils in Abhängigkeit vom Temperaturaufnehmer 18, der unter dem Einfluss der Temperatur im Speicher 4 steht, geregelt. Endlich regelt eine Vorrich tung 38 die Menge des den Einspritzdüsen 32 zugeführten Arbeitsmittels in Abhängig keit vom Druck im Speicher 4.
Der Speisewasserspeicher 4 dient sowohl der Speicherung, als auch der Vorwärmung der Speiseflüssigkeit durch den Entnahme dampf. Gleichzeitig besteht noch die Mög lichkeit, Belastungsschwankungen an der Kraftmaschine 2 durch Veränderung der Entnahmedampfmenge bezw. durch Ent ladung des Speichers anfänglich auszuglei chen, bis die Regelung des Dampferzeugers diesen auf den neuen Betriebszustand ein gestellt hat.
Die Veränderung der Entnahme dampfmenge bezw. Entladung des Speichers kann dadurch der Belastung der Kraft maschine angepasst werden, dass in der Lade- bezw. Entladeleitung ein Organ vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit von einem von der Belastung beeinflussten Regler verstellt wird.
Für den Betrieb .solcher Dampfanlagen müssen einerseits Druck und Temperatur des Arbeitsmittels am Austritt des Dampferzeu gers möglichst unveränderlich gehalten wer den, anderseits muss die Leistung des Dampf erzeugers der Belastung der Kraftmaschinen- anla.ge angepasst werden. Da im Dampf erzeuger 2 keine nennenswerte Energiemenge gespeichert ist, werden Belastungsstösse an fänglich durch den Speicher 4 ausgeglichen. Dieser Speicher muss also imstande sein, bei jeder Belastung im Beharrungszustand so wohl eine Belastungszunahme, als auch eine Belastungsabnahme auszugleichen.
Zu die- sein Zweck wird die Feuerführung des Dampferzeugers in Abhängigkeit vom Lade zustand des Speichers 4 in der Weise ge regelt, dass im Speicher während des Behar rungszustandes eine mittlere Energiemenge gespeichert ist, das heisst, dass im untern Teil sich kalte Flüssigkeit, im obern Teil dagegen heisse Flüssigkeit befindet. Kalte und heisse Flüssigkeit sind gemäss ihres verschiedenen spezifischen Gewichtes voneinander in Schichten getrennt. Zwischen heisser und kalter Schicht bildet sich eine mehr oder weniger genau begrenzte Trennschicht 39 aus. Die Flüssigkeit über der Trennschicht besitzt eine Temperatur, die ungefähr der Temperatur des Entnahmedampfes ent spricht, während die Flüssigkeit unter der Trennschicht Kondensationstemperatur auf weist.
Die Höhe der Trennschicht 39 soll während des Beharrungszustandes immer un gefähr auf dieselbe Höhe eingestellt sein.
In .den Diagrammen der Fig. 3, 4 und 5 sind die Vorgänge bei einer Belastungs zunahme und bei einer Belastungsabnahme als Funktion der Zeit graphisch dargestellt. In Fig. 3 stellt die Kurve L (z) den Ver lauf der Belastung der Kraftmaschine, in Fig. 4 die Kurve V (z) die jeweils dem Spei cher zugeführte bezw. entnommene Dampf menge und schliesslich in Fig. 5 die Kurve E (z) die im Speicher gespeicherte Energie menge dar.
Entsteht im Zeitpunkt z, eine Belastungs zunahme vom Wert L1 auf den Wert L2 im Zeitpunkt z2, so kann zuerst der Dampf erzeuger 1 (Fig. 1, 2) der Kraftmaschine 2 keine entsprechend vermehrte Dampfmenge zuführen. Die zur Deckung der Belastungs zunahme erforderliche Dampfmenge wird dadurch gewonnen, dass zur Vorwärmung der Speiseflüssigkeit weniger Dampf aus der Maschine 2 entnommen wird. Bei einer Dampfkraftanlage nach Fig. 2 wird sogar im Zeitpunkt z2 die Menge Y2 aus dem Spei cher entnommen.
Dabei sinkt der Energie inhalt des Speichers vom Wert El auf den Wert E2.
In der Zwischenzeit wird durch den Regler 17 auf .die Speisevorrichtung 5 und auf die Feuerungsvo.rrichtung 19 ein Impuls im Sinne einer Verstärkung erteilt. Es strömt .dem Dampferzeuger eine vergrösserte Speisemenge und eine vergrösserte Wärme menge zu. Die .dabei entstehende grössere Dampfmenge übernimmt in kurzer Zeit die ganze Leistungsvergrösserung, so dass im Zeitpunkt z3 die dem Speicher 4 entnom mene Menge auf den Wert Null sinkt.
Durch die Entladung wird der Energie inhalt E des Speichers 4 verändert, in der Weise, dass .diesem mehr Kondensat zu geführt wird, als die verminderte Entnahme- dampfmenge zu beheizen vermag. Im Bei spiel von Fig. 2 verdampft sogar ein Teil der Flüssigkeitsmenge, so dass sich die im Speicher verbleibende Flüssigkeitsmenge da bei abkühlt.
Der Temperaturaufnehmer 18 gibt währehd ..diesem Vorgang einen Impuls auf die Feuerungsvorrichtung 19 (Fig. 1 und 2) bezw. auf die Speisevorrichtung 20 (Fig. 1) und auf die Zugklappe 21 (Fig. 1), in der Weise, dass im neuen Beharrungs zustand der Energieinhalt .des Speichers 4 im Zeitpunkt z4 auf den Wert E4, der dem anfänglichen Wert El entspricht, wieder ge stiegen ist und der Speicher für einen n,ÄCh- @sten,
in der einen oder andern Richtung ver laufenden Regelvorgang bereit steht.
Im Zeitpunkt z, erfolgt eine Verminde rung der Belastung der Kraftmaschine 2 von der Leistung L, auf die Leistung L6 im Zeitpunkt z6. Der Dampferzeuger liefert zu Anfang dieses Betriebszustandes immer noch gleichviel Dampf wie vor dem Zeitpunkt z", so dass entsprechend dem Anstieg der Kurve V (z) zwischen den Zeitpunkten z, und z,a eine beträchtliche Entnahmedampfmenge in den Speicher 4 abgeführt wird.
Der Energie inhalt .des Speichers vergrössert sich dabei, wie die Kurve E (z) zeigt, und infolge der dadurch bedingten Erwärmung erteilt der Temperaturaufnehmer 18 der Feuerungsvor- richtung 19 (Fig. 1 und 2) bezw. der Speise vorrichtung 20 (Fig. 1) und der Zugklappe 21 (Fig. 1) einen Impuls im Sinne einer Lei stungsverminderung, so lange, bis im Zeit- punkt z7 wieder die Dampfmenge V, ^-' V,
in den Speicher einströmt und gleichzeitig auch der Energieinhalt des Speichers auf den Wert E7 - E, zurückgeführt ist.
Durch .diese Regelung des Betriebes des Dampferzeugers in Abhängigkeit vom, Lade zustand des Speisewasserspeichers wird er reicht, .dass der Energieinhalt E des Speichers 4 bei jeder Belastung im Beharrungszustand innerhalb eines Streifens, der durch die bei den Linien Emsa un.d E... (Fig. 5) begrenzt ist, sich befindet, so dass der Speicher jeder zeit für einen Regelvorgang in der einen oder andern Richtung in Bereitschaft steht.
Es ist zweckmässig, in gewissen Fällen die Regelvorrichtungen .so anzuordnen und ein zurichten, dass der Energieinhalt des Spei chers innerhalb des Streifens zwischen E.;. und Ema, bei hoher Belastung kleiner und bei niedriger Belastung grösser ist. Es kön nen auch sonst beliebige Vorrichtungen, die die Leistung des Dampferzeugers bestimmen, in Abhängigkeit vom Ladezustand des Spei chers verändert werden.
Der Ladezustand des Speichers kann durch beliebige Vorrich tungen gemessen und für die Impulserteilung aufgenommen werden, beispielsweise durch eine einzige Temperaturaufnehmervorrich- tung, welche die gesamte Temperatur inte grierend aufnimmt, durch Widerstandsdrähte im Innern .des Speichers oder in Abhängig keit von der Längenausdehnung des Spei chergefässes. Es können auch mehrere Ther mostate vorgesehen sein, welche je die Tem peratur einzelner Punkte des Speichers auf nehmen.