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Verfahren zutn Betrieb von Speichern zum Ausgleich von Wärmezufuhr
oder Leistungsschwankungen bei Dampfanlagen. Es ist bekannt, daß Speicher (in der
Regel Heißwasserspeicher) in Dampfanlagen bei Schaltung als Speisewasserspeicher
große Vorteile gegenüber anderen Dampfspeichern insofern aufweisen, als sie große
Temperaturdifferenzen zulassen und damit relativ klein werden und außerdem eine
Entladung ohne Schwankung des Dampfdruckes ermöglichen. Ihr Nachteil liegt darin,
daß die maximale Entladefähigkeit durch die infolge der Speicherwirkung mögliche
Steigerung der Speisewassertemperatur beschränkt ist. Diese Beschränkung ist besonders
dann groß, wenn bereits Rauchgasvorwärmer für das Speisewasser vorhanden sind. Handelt
es sich um gußeiserne Vorwärmer, deren Endtemperatur nicht hochgetrieben werden
kann und -deren Anfangstemperatur daher tief liegen muß, so liegt häufig nur eine
kleine Temperaturspanne zwischen Vorwärmer und Kessel, womit der weitere Nachteil
verknüpft ist, daß die Aufladung des Speichers nur in geringem Umfange durch Anzapfdampf
oder Gegendruckdampf erfolgen kann.
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Zweck vorliegender Erfindung ist, den Wirkungsbereich von Speichern
von den Speisewasserverhältnissen unabhängig zu machen bzw. zu erhöhen, und zwar
dadurch, claß mit Hilfe des Speicherinhalts, in der Regel heißen Wassers, die Verbrennungsluft
der Kessel vorgewärmt wird mit der bekannten Wirkung der Leistungserhöhung, wobei
der Speicher in beliebiger Kombination noch als Speiseiv asserspeicher in beliebiger
Schaltung Verwendung finden kann. Die hier durch erzielten Vorteile sind in der
Hauptsache folgende. Man kann den Speicher zum Ausgleich von Belastungsschwankungen
auch dann heranziehen, wenn die Rauchgasvorwärmung des Speisewassers bis zu einem
sehr hohen Grade bereits geschieht. Man kann ferner ohne jede Störung des in vorhandenen
Werken bestehenden Speisewasserkreislaufes das Speicherungsverfahren anwenden. Man
kann auch eine relativ kleine Temperaturspanne zwischen V orwärmer und Kessel zur
Speicherung noch ausnutzen, indem durch Wärmehergabe aus dem Speicherwasser diese
ausgefüllt wird und weiter dem Speicherwasser durch Luftvorwärmung Wärme entzieht;
man erreicht hierdurch eine erhöhte mögliche Leistungssteigerung. Man kann natürlich
auch aus dem gleichen Speicher oder, falls dies aus besonderen Gründen zweckmäßig
sein sollte, aus mehreren Speichern Luft- und Speisewasservorwärmung, getrennt durchparalleleWasserstromkreise,
betreiben. Selbstverständlich kann auch hier der Speicher zu weiteren @@Tärmeabgaben
oder auch zur gleichzeitigen Dampfabgabe als Gefällspeicher Verwendung finden. Die
Ladung des Speichers kann erfolgen durch Frischdampf bzw. überhitzten Dampf, gegebenenfalls
mit mehreren Drücken, mit Anzapfdampf oder Gegendruckdampf oder auch durch die Abwärrne
der Rauchgase des Kessels oder einer fremden Quelle. Der Speicher selbst kann je
nach den vorliegenden Verhälthissen
so betrieben werden, daß er
gefüllt und entleert wird oder, was meist zweckmäßiger sein dürfte, als Verdrängungsspeicher
Verwendung findet. Die Ladung und Entladung des Speichers kann hierbei entweder
so erfolgen, daß während der Entladezeit die volle Wärmezufuhr aus dem Speicher
zum Kessel erfolgt, während für die Laclezeit die Zufuhr -von Dampf bzw. Ladewärme
zum Speichersystem vor sich geht, wobei die Temperatur der Verbrennungsluft im Lade-
und Entladezustand eine verschiedene ist (ebenso wie im Kombinationsfalle die Speisewassertemperatur),
oder man führt den Betrieb so, daß dauernd Luft (Speisewasser) auf die höchste Temperatur
erwärmt wird, und zwar im normalen Betrieb durch Anzapfdampf bzw. Frischdampf, an
dessen Stelle im Entladungsfalle die Wärme aus dem Speicher tritt, während beim
Laden außer der dauernden Wärmezuführung zur Verbrennungsluft bzw. dem Speisewasser
noch Wärme zurn Speicher geführt wird.
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Schließlich kann dieses Verfahren auch noch dazu benutzt werden, um
für Aufspeicherung überschüssiger Energie unter Verwendung von Turbokompressoren
diese aufgespeicherte überschüssige Energie beim Betrieb vorhandener Dampfwerke
dem Kesselkreislauf zuzuführen, und zwar auch hier entweder nur der Verbrennungsluft
oder der Verbrennungsluft und dem Speisewasser.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Druck im Heißwasserspeicher
nicht mit dem der Kesselanlage, bei welcher die Lufterwärmung usw. erfolgt, übereinzustimmen
braucht, woraus folgt, daß die Aufladung auch von einer anderen Dampfquelle oder
Wärmequelle aus erfolgen kann, was besonders bei Anlagen mit mehreren Dampfdrücken
wichtig sein kann.
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Eine Ausführung des Verfahrens, bei welchem zunächst eine Hintereinanderschaltung
von Speisewasser und Luftvorwärmung vorgesehen ist und bei welcher die gesamte Wärmeabgabe
durch Oberflächenübertragung erfolgt, ist in Abb. i dargestellt. h: stellt einen
Kessel mit Feuerung F und einen Überhitzer Ü dar, von welchem aus eine Dampfleitung
i unter anderem zu einer Kraftmaschine 7' gehen möge. Von dieser Kraftmaschine gehen
beispielsweise drei Leitungen i i und 12 aus, von weichen wir i i als Frischdampfleitung,
12 als Anzapfleitungen angenommen haben und welche zu den Vorwärmern A führen.
Durch diese Vorwärmer A
strömt das Wasser aus dem Speicherkreislauf, der im
vorliegenden Falle ganz getrennt vom Speisewasserkreislauf gedacht ist. Letzterer
ist dargestellt durch die Speisepumpe SP und den Economiser E; von diesem aus geht
das Wasser durch einen weiteren Vorwärmer I3 und die Leitung 9 zum Kessel K. Von
den Vorwärmern A geht ein geschlossener Leitungskreislauf 5 durch eine Pumpe P,
durch den Speisewasservorwärmer B und den Luftvorwärmer L zurück zum Vorwärmer,
wobei ein Abzweig ,4 zum unteren Teil des Verdrängungsspeichers S geht, während
von beiden Seiten der Pumpe P Leitungen abzweigen, die sich zu einer Leitung 3 vereinigen
und zum oberen Teil des Verdrängungsspeichers S hingehen. Es sind außerdem drei
gesteuerte Ventile a, b und c an den bezeichneten Stellen vorhanden. Der
Steuerimpuls kann vom Dampfdruck, von der Belastung der Anlage o. dgl. genommen
werden; die Steuerung kann auch von Hand erfolgen. In der Abbildung sind ferner
Pfeile eingezeichnet. Diejenigen mit einfacher Spitze stellen den normalen Kreislauf,
wenn weder geladen noch entladen wird, die mit doppelter Spitze den speziellen zusätzlichen
Kreislauf bei Ladung, die mit dreifacher Spitze den Kreislauf bei Entladung des
Speichers dar.
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Die Anlage arbeitet folgendermaßen. Soll weder geladen noch entladen
werden, so sind die beiden Regelpunkte d und b geschlossen, während das Regelventil
c offen ist. Das Wasser in der Kreisleitung 5 wird dann in den Vorwärmern A erwärmt,
geht durch die Pumpe P, erwärmt das Speisewasser im Vorwärmer B z. B. auf Kesseltemperatur
(etwa von 13o auf 20o°, wenn der Economiser E schon 130c' Endtemperatur erzeugt)
und erwärmt dann weiter die Luft durch den Luftvorwäriner L und kehrt abgekühlt
zu den Vorwärmern A zurück. Soll geladen werden, so wird das Ventil a geöffnet,
während b ge-
schlossen bleibt, dann ist zunächst der oben beschriebene Kreislauf
weiter offen, und parallel dazu geht nunmehr heißes Wasser in den oberen Teil des
Speichers S durch die Leitung 3, während kaltes Wasser über die Leitung q. zu den
Vorwärmern A fließt. Soll entladen werden, so wird a und c geschlossen, während
b offen bleibt, das heiße Speicherwasser läuft dann durch die Leitung 3, das Ventil
b, die Pumpe P, gibt seine Wärme an Wasser und Luft ab und kehrt durch die Leitungen
5 und q. zum Speicher zurück. Selbstverständlich können zwischen den eben beschriebenen
Zuständen durch geeignete Einstellung der Ventile alle möglichen Zwischenzustände
herbeigeführt werden. In dieseln Falle werden die Vorwärmer A nicht mehr abgekühlt
und nehmen infolgedessen keinen Dampf mehr ab; dieser steht zur Leistungssteigerung
zur Verfügung. Die in der Abbildung dargestellte punktierte Leitung io dient dazu,
den Speicher evtl. noch als Gefällspeicher zu entladen, falls sein Druck mit dein
Kesseldruck
übereinstimmen sollte. Es ist aber selbstverständlich nicht notwendig, rlaß eine
solche Cbereinstimniung besteht. Der Druck kann beliebig niedriger oder auch h<ilier
gewählt werden.
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Es ist selbstverständlich nicht notwendig, daß die Hintereinanderschaltung
von B und I. so erfolgt, daß alles Wasser durch beide Apparate hindurchgeht, sondern
es kann, wenn dieses zweckmäßig, auch die Wassermenge für die beiden hintereinandergeschalteten
Apparate unter Verwendung von Umgehungsleitungen verschieden gewählt werden.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Abb. a gegeben, in welcher
wiederum K den Kessel, t` den tr'berhitzer, F die Feuerung, welche durch Gien Lufterhitzer
L vorgewärmte Luft erhält, S den Speicher, A einen Dampfvorwärmer, E einen Economiser,
P, und P= Pumpen darstellen. Die Arbeitsweise der Anlage ist folgende. Im normalen
Betrieb wird im geschlossenen Kreislauf `'Wasser über den Rauchgasvorwärmer E durch
den Dampfvorwärmer _-I, den Luftvorwärmer L und zurück zur Pumpe P, gefördert. Hierbei
läuft die Pumpe P= so, daß sie genau die Fördermenge der Pumpe P, hat. Soll der
Speicher aufgeladen werden, so wird die Fördermenge der Pumpe P_ z. B. durch Erhöhung
ihrer Umdrehungszahl über diejenige der Pumpe P, erhöht. wodurch heißes Wasser von
oben in den Speicher S eintritt. Wird umgekehrt die Fördermenge der Pumpe P_ vermindert,
so tritt Wasser, welches nicht durch den Dampfvorwärmer gegangen ist, von unten
in den Speicher S und treibt warmes Wasser aus den oberen Schichten desselben durch
den Vorwärmer-L. Dadurch, daß der Dampfvorwärmer A (der sein Kondensat durch den
Kondenstopf C abgibt) von wenig oder keinem Wasser durchflossen wird, nimmt er auch
keinen Dampf auf, der dadurch für die übrigen Stromverbraucher frei wird. Bei dieser
Anordnung wird die Luft stets auf den gleichen Betrag vorgewärmt. Es ist aber auch
möglich, den Betrieb so zu führen, daß im Falle voller Ladung kein heißes Wasser
mehr durch clen Lufterhitzer L fließt, sondern alles heiße Wasser in den Speicher
geht, so daß die Speicherung sich durch Schwankungen der Lufttemperatur auswirkt.
In diesem Beispiel ist die Regelung i-i--lit wie im Beispiel i durch Regelventile,
sondern durch Pumpen herbeigeführt. Selbstverständlich lassen sich sowohl in den
beiden eben behandelten wie auch in den späteren Beispielen stets die Regelungsbedürfnisse
sowohl durch Pumpen als durch Regelventile befriedigen.
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Abb.3 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel in Kombination zwischen
Rauchgasspeisewasservorwärmung, Dampfspeisewasservorwärmung und Luftvorwärmung dar.
Sämtliche Bezeichnungen entsprechen denen der Abb. i, nur sind hier die Regelventile
entsprechend den -Nummern der Leitungen, in welchen sie sich befinden, mit R3, RB,
R; und R" bezeichnet, während außerdem zwischen Economiser E und Kessel k noch ein
-Notventil NV angegeben ist, welches dazu dient, im totfalle das ganze Speichersystem
zu überbrücken und unmittelbar in den Kessel zu speisen, Außerdem ist in Leitung
8 noch ein Rückschlagventil Rh vorhanden. Die ein-, zwei- und dreiköpfigen Pfeile
bezeichnen wiederum den normalen Zustand Ladung und Entladung.
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Im normalen Zustand geht das Speisewasser, welches aus dem Rauchgasvorwärmer
kommt, unter Einwirkung der Speisepumpe SP und weiter der Pumpe P, durch den Dampfvorwärtner
A., welcher im vorliegenden Falle an den Frischdampfdruck des Kessels angeschlossen
ist. Das Ventil R; ist geschlossen, während R3, R" und R" offen sind. (Die Steuerung
dieser Ventile kann in bekannter Weise vom Dampfdruck oder von der Leistung o. dgl.
mehr her erfolgen.) Es geht nunmehr ein Teil des Wassers durch den Luftvorwärmer
L über den Anschlußpunkt T
über das Ventil RB zu den Anzapfdampfvorwärmern
A und A, und zurück zur Pumpe P,; das im Luftvorwärmer abgekühlte
Wasser tritt also unter reiner Dampfv orwärmung wieder den gleichen Weg an. Das
übrige Wasser geht einfach-über das geöffnete Regelventil R3 und die Pumpe P2 zum
Kessel, wobei die Pumpe P= grundsätzlich nur dann notwendig ist, wenn das ganze
Speicher- und Vorwärmersystem unter einem niedrigeren Druck als der Kesseldruck
steht. Soll geladen werden, so bleiben alle bisherigen Ventile offen, und R; wird
auch noch geöffnet. Beim Punkte T möge eine injektorartige Vorrichtung sein, welche
Wasser durch die Leitung q. aus dem Speicher saugt. (Dieses war, solange das Ventil
R; geschlossen ist, nicht möglich.) Es wird auf diese Weise von der Pumpe P, eine
größere Wassermenge gefördert, welche nunmehr über den Speicher von oben nach unten
geht, durch die Leitung q. sich über die drei Vorwärmer A, A1 und A, schließt. Es
wird jetzt eine größere Dampfmenge durch die drei Dampfvorwärmer A entnommen, da
eine größere Wassermenge durch diese Vorwärmer läuft; dadurch wird überschüssiger
Dampf aufgenommen. Soll entladen-werden, so werden sämtliche vier Regelventile geschlossen.
Das vom Eeonomiser E kommende Wasser läuft ohne weitere Erwärmung über AZ durch
die Pumpe PI, kühlt sich im Luftvorwärmer L ab und geht dann restlos
über
die Leitung,. unten in den Speicher, aus welchem sie oben durch die Leitung g über
die Pumpe P2 in den Kessel geführt wird. Bei der hier gewählten Anordnung, bei welcher
übrigens das Ventil R,1 auch noch in seiner Wirkung durch eineWasserurngehungsleitung
mit gesteuertem Ventil zum Vorwärmer A, ersetzt werden kann, ist die Luftvorwärmung
nicht konstant. Sie geht im Gegenteil bei der vollen Entladung trotz der größeren
Speisewassermenge, die dann durch den L uftvorwäriner L fließt, zurück, während
aber andererseits die ganzen zu den Vorwärmern A fließenden Dampfmengen für Betriebszwecke
frei werden. Die Speicherwirkung bleibt größer, als sie es wäre, wenn man nur die
Temperaturspanne zwischen Economiseraustrittstemperatur und Kesseltemperatur verwenden
würde. Dementsprechend kann auch der Speicher kleiner «-erden.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Abb. 4 dargestellt, bei welchem
die Aufladung des Speichers mit einem Turbokompressor mit Hilfe überschüssiger Energie
erfolgt und andererseits angenommen ist, daß der Heißwasserspeicher hauptsächlich
als Speisewasserspeicher Verwendung findet, während gewissermaßen in Parallelschaltung
noch Wasser zur L uftvor wärmung entzogen wird.
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In der Abb. 4. bedeutet K einen Kessel mit der Feuerung F und dein
L berhitzer i`, welcher durch die Leitung i Dampf zu einer Turbine T mit
Hilfsturbine t führt, deren Abdampf zusammen mit Anzapfdampf aus der Hauptturbine
einem Hilfskondensator C zugeführt wird. Durch die Leitungen :2 und 2' und eine
Pumpe P, wird auf diese Weise (las Wasser eines Unterspeichers LTS während des normalen
Betriebes erwärmt. Wenn Energieüberschuß vorhanden ist, läuft der Turbokompressor
TC, indem er aus dem Verdampfer V Dampf ansaugt. Diesem Verdampfer wird durch die
Leitungen 3 und 3' und die Pumpe P3 das Wasser aus dem Unterspeicher zugeführt und
unter Abkühlung ein Teil desselben verdampft. Durch die Leitungen 5 wird jeweils
ein Teil des Dampfes in den drei Vorwärmern A, A' und A" niedergeschlagen.
Die Pumpe P, führt über den Punkt R Wasser aus dem tiefsten Punkt des Oberspeichers
OS, der als Verdrängungsspeicher wirkt, den Vorwärmern zu; dieses Wasser geht oben
als heißes Wasser in den Verdrängungsspeicher zurück. Auf diese Weise wird der Oberspeicher
durch überschüssige Energie aufgeladen. Die Entladung erfolgt nun in der Weise,
daß das normale Speisewasser von der Speisepumpe SP durch den Economiser E und die
Leitung 6 wieder dem Oberspeicher OS über dem Regulierpunkt R von unten zugeführt
wird und demselben oben -über die Leitung 7, in welcher in der Regel die Pumpe P;
notwendig sein wird, entnommen wird. Soll der Speicher nicht entladen werden, so
geht das Speisewasser über die Leitung ä neben dem Speicher vorbei, während noch
eine vollständige Überbrückung des ganzen Speicherwasserkreislaufes durch die Leitung
9 möglich ist. Parallel zu der eben beschriebenen Speisewassererwärmungseinrichtung
liegt nun die Entladeleitung 13, Welche durch den Luftv orwi riiiel- L und die Pumpe
P$ das abgekühlte Wasser wieder unten dem Speicher zuführt, wobei die Wassermenge
durch einen Thermostaten geregelt werden kann, so daß (las aus (lein Luftvorwäriner
nachströmende Wasser entweder auf die Temperatur, die sowieso hinter dem Economiser
herrscht, oller auf eine andere Temperatur abgekühlt werden kann. Selbstverständlich
ist es auch bei diesem Betrieb möglich, durch die beiden gestrichelt angedeuteten
Leitungen i i und 12 dauernd das Speisewasser z. B. auf die volle Kesseltemperatur
zu bringen und die Speicherwirkung dadurch herbeizuführen, daß dieser Erwärmungsdampf
bei stärkerem Dampfbedarf den Dampfverbrauchern zugeführt wird, indem dann das heiße
Wasser aus dem Speicher entnommen wirrt.
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Die Abb, 5 zeigte eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens, ähnlich
Abb. i, jedoch mit mehreren Kesseln; alle erforderlichen Nebenleitungen sind hier
auch angegeben.
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Zur Kesselanlage führt die Vorlaufleitung 15 und die Rücklaufleitung
16. Zwischen beide Leitungen sind vorteilhaft hintereinander die SpeisewasservorwärmerB
und Luftvorwärmer L zu- und abschaltbar eingeordnet. Die Pumpe Pl;, die vorteilhaft
im Rücklauf angeordnet ist und daher kälteres Wasser fördert, besorgt den Umlauf
durch die Heizanlage. Die Pumpe P" .fördert das Wasser durch die Vorwärmleitung
i9 und die Vorwärmer A bis A" sowie die Heißwasserleitung 20 zur Vorlaufleitung
15 zurück. Zwischen die Vor- und Rücklaufleitung ist der Verdrängungsspeicher S
mit den Leitungen 21 im kalten, 22 im heißen Raum angeschlossen. Die Regelung der
gesamten Anlage geht an zentraler Stelle durch die Regelventile 23 und 24. vor sich.
Beide stehen unter dem Einfluß des Dampfdruckes, vorzugsweise eines Drukkes in der
Nähe der Kraftmaschinen, und sind mechanisch oder durch Rohrleitungen miteinander
gekuppelt. Steigt der Druck, so öffnet das Ventil 23, und der Anwärmkreislauf
wird verstärkt, während das Ventil24 weiter drosselt und den Heizkreislauf verringert.
Sinkt der Druck, so drosselt das Ventil -23, und der Anwärmkreislauf wird verringert,
womit gleichzeitig die Dampfentnahme
zur Aufwärmung zum Teil oder
ganz wegfällt, während Ventil 24 weiter öffnet und damit durch Verstärkung des Heizkreislaufs
die Speisewasser- und Luftvorwärmung auf höhere Temperaturen bringt.
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Ein Thermostat 25 hinter den Vorwärmern A bis A" beeinflußt
die Frischdampfzufuhr zur letzten Vorwärmstufe durch Ventil 26 sowie den Wasserdurchfluß
mittels Ventils 27 derart, daß die Wassertemperatur in der Leitung 2o auf einen
konstanten oder nahezu konstanten Höchstwert gehalten wird.
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Statt der Einwirkung auf die Ventile kann der Druck auch auf die Pumpen
P17 und F" bzw. deren Antriebsmaschinen unmittelbar derart einwirken, daß bei steigendem
Druck P1$ verstärkt und P1,-verringert fördern, bei fallendem Druck umgekehrt.