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Einrichtung zum Ausgleich der Belastung in Dampfkraftanlagen mit Wärmeumformung
durch Lauge Man kann Wärme von niederer Temperatur dadurch in Wärme von höherer
Temperatur umformen, daß man den Wärmeträger als Lösungsmittel in eine Dicklauge
einführt. Bei dem Lösungsvorgang wird dann Wärme von höherer Temperatur frei. Es
ist bereits vorgeschlagen, dieses Verfahren in Dampfkraftanlagen zu verwenden, zum
Zwecke, einen günstigeren Kreisprozeß durchzuführen. Dabei ist es zweckmäßig, Wärmemengen
umzuformen, deren Wärmeinhalt nicht mehr in mechanische Arbeit umgesetzt werden
kann, also Abdampf von Kraftmaschinen, wenngleich das Verfahren auch zum Umformen
von anderen Dampfmengen, z. B. Entnahmedampf oder auch Frischdampf, angewendet werden
kann.
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Bei dem Verfahren sind zwei getrennte Kreisläufe zu unterscheiden,
der Kreislauf der Lauge und der Kreislauf des Lösungsmittels. Beide Kreisläufe gehen
während eines Teiles des Prozesses ineinander über. Das Lösungsmittel wird in die
Dicklauge eingeleitet und diese dadurch verdünnt. Die verdünnte Lauge wird durch
Wärmezufuhr eingedickt, d. h. das Lösungsmittel wird ausgetrieben. Die eingedickte
Lauge fließt nach dem Mischer -zurück, während das ausgetriebene dampfförmige Lösungsmittel
Verbrauchern, also z. B. als Arbeitsdampf einer Kraftmaschine, zugeführt wird. In
dieser gibt es einen Teil seines Wärmeinhalts in Form von mechanischer Arbeit ab,
und es wird dann in den Mischer zurückgeführt, worauf der Kreislauf von neuem beginnt.
Mit dem Kreislauf der Lauge und dem des Lösungsmittels ist ein dritter Kreisprozeß
gekuppelt, in dem die auf ein hohes Temperaturniveau gebrachte Wärme ausgenutzt
wird. Ist der Wärmeumformer in einer Dampfkraftanlage eingebaut, so wird mit der
umgeformten Wärme in den meisten Fällen Dampf von mittlerer oder niederer Spannung
erzeugt, der ebenfalls Verbrauchern, z. B. einer Niederdruckstufe der Kraftmaschine,
zugeführt und dem nach Arbeitsleistung der Rest seines Wärmeinhalts in einem Kondensator
entzogen wird.
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Es entstehen bei dem Verfahren also getrennt voneinander zwei Dampfmengen,
eine im Eindampfer, die andere in einem mit dem Mischer gekuppelten Verdampfer.
Eine Regelung der Dampferzeugung zur Anpassung an den jeweiligen Dampfbedarf der
Anlage muß also die Forderung erfüllen, daß weder von der einen noch von der anderen
Dampfmenge Teile ungenutzt bleiben. Die Erfindung bezweckt, diese Aufgabe zu lösen.
Sie besteht darin, daß bei Belastungsänderungen der Kraftanlage die Dampferzeugung
durch
Regelung eines der beiden Laugenströme, also des Dünnlaugenstromes oder des Dicklaugenstromes,
den Belastungsverhältnissen angepaßt wird, und daß die Verschiebung des Verhältnisses
von umlaufender Laugenmenge und Dampferzeugung durch Speicherung wechselnder Laugenmengen
ausgeglichen wird. Unterstützt kann diese Regelung durch einen Dampfspeicher werden,
der die durch Laugenspeicherung nicht ausgeglichenen Schwankungen übernimmt.
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Die Zeichnung zeigt das Schaltbild einer Kraftanlage mit Wärmeumformer
und Belastungsausgleich durch Laugen- und Dampfspeicherung. i ist der eigentliche
Wärmeumformer mit dem Mischer 2 und dem Verdampfer 3. Der Mischer 2 erhält über
die Leitung 4 Abdampf aus der vom Niederdruckteil. 7 der Kraftmaschine kommenden
Leitung 5, die über die Leitung 6 zum Kondensator 8 führt, dessen Kondensat durch
eine Leitung 9 dem Kondensatbehälter i o zufließt. Die im Mischer 2 entstehende
Dünnlauge wird durch eine Leitung 18 abgeführt, gelangt durch eine Leitung 2o zur
Pumpe 21 und wird von dieser über den Wärmeaustauscher 24 in den Eindampfer 25 gedrückt.
In diesem wird der Eindampfvorgang derart durchgeführt, daß sich das dampfförmige
Lösungsmittel noch nicht von der Dicklauge scheiden kann, sondern gewissermaßen
im Gemisch mit der Dicklauge bleibt.
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Die Trennung in die beiden Bestandteile des Gemisches geht in einem
Dampfausscheider 14 vor sich. Die Dicklauge gelangt über den Wärmeaustauscher 24
und die Leitung 35 in den Mischer 2 zurück. In diese Leitung ist noch eine Kraftmaschine
23 geschaltet, in der das Druckgefälle der Dicklauge in mechanische Arbeit umgesetzt
wird, die zum Antrieb der Pumpe m i benutzt wird. Zum Antrieb der Pumpe dient außerdem
eine zusätzliche Kraftmaschine 22.
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Das ausgetriebene dampfförmige Lösungsmittel gelangt durch die Leitung
26 über das Überströmventil 28 und das durch einen Grenzregler gesteuerte Ventil
29 zum Hochdruckteil 27 der Kraftmaschine, aus der es durch die Leitung 16 in das
Dampfnetz mittleren Druckes 15 gelangt, in das durch eine Leitung 17 der Niederdrückteil
7 der Kraftmaschine angeschlossen ist.
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Dem Verdampfer 3 führt eine Speisepumpe i i das Speisewasser aus dem
Behälter io über eine Leitung 48 zu. Die Speisewassermenge wird durch einen Wasserstandsregler
39 und einen Schieber 38 geregelt. Der im Verdampfertei13 erzeugte Dampf verläßt
diesen durch eine Leitung 12 und strömt zum Mitteldrucknetz 15, nachdem er vorher
einen überhitzer 13 durchlaufen hat, der durch die heiße Dicklauge im Ausscheiderkessel
14 geheizt wird.
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An das Hochdrucknetz 26 ist ein Dampfspeicher 33 über eine Ladeleitung
34 mit dem Ventil 3o angeschlossen. Das Ventil 30 ist ein Überström- und Reduzierventil,
das von den Drücken in der Hochdruckleitung 26 und im Speicher 33 beeinflußt wird,
wie es die Linien 43 und 44 andeuten. Die Entladeleitung 36 des Speichers 33 mündet
in die vom Verdampfer 3 'kommende Leitung 12. Die Entlademenge wird durch "eine
Anregung 47 und das Reduzierventil37 in Abhängigkeit vom Dampfdruck im Mitteldrucknetz
15 gesteuert.
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Der Dampfausscheider 14 ist, wie die Zeichnung zeigt, als Speicherkessel
ausgebildet. Ein weiterer Speicherkessel i9 ist zwischen den Leitungen 18 und 2o
im Strom der Dünnlauge eingeschaltet.
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32 ist ein irn Dicklaugenstrom liegendes Reduzierventil, das durch
den in der Mitteldruckleitung 15 herrschenden Druck gesteuert wird, wie es die Linie
4o andeutet. 32' und 4o' sind die entsprechenden Teile im Dünnlaugenstrom. Das Venti149
regelt die den Eindampfer 25 durchfließende Menge mit Hilfe eines Thermostaten 41.
Die Feuerung 31 des Eindampfers 25 wird in Abhängigkeit von den Füllungsgrenzen
des Ausscheiderkessels geregelt. Durch das Ventil46, das durch den Regler der Hochdruckmaschine
beeinflußt wird, .wird der Dampffluß im Mitteldrucknetz15 geregelt, durch ein vom
Druck in der Hochdruckleitung 26 beeinflußtes überströmventi128 die Dampfzufuhr
zum Hochdruckteil z7 der Kraftmaschine.
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Die Anlage arbeitet folgendermaßen: Es sei angenommen, daß zunächst
eine konstante Belastung vorhanden sei, und daß dann auftretende Schwankungen durch
Beeinflussung des Dicklaugenstromes ausgeglichen werden sollen. (Bei Regelung des
Stromes der Dünnlauge ändert sich nichts Grundsätzliches an der Wirkungsweise der
Anlage.) Die Belastung der Anlage möge sinken, die Maschine 27, 7 also weniger Dampf
benötigen. An der Dampfzufuhr zu ihr kann sich zunächst nichts ändern, da das Überströmventi.l
28 offen gehalten wird. Gleichbleibende Dampfzufuhr bei verringerter Belastung würde
eine Erhöhung der Umlaufzahl der Kraftmaschine zur Folge haben. Diese wird vermieden,
da in diesem Fall der Grenzregler 29 eingreift und die Dampfzufuhr zum Hochdruckteil
27 drosselt. Gleichzeitig wird durch den Einfluß des Drehzahlreglers (Linie 45-)
das Ventil 46 im Netz 15 weiter geschlossen, so daß auch der Niederdruckteil7 weniger
Dampf erhält. Die Dampferzeugung im Eindampfer
25 und im Verdampfer
3 wird zunächst noch nicht beeinflußt. Der entstehende Dampfüberschuß wird durch
das L'Jberströmventil 30 und die Leitung 34 zum Dampfspeicher 33 abgeleitet.
Beim Schließen des Ventils 46 steigt der Druck im Netz 15 entsprechend. Hierdurch
wird über die Leitung 4o das Oberströmventi132 im Dicklaugenstrom gedrosselt. Es
fließt also weniger Dicklauge nach dem Mischer 2. Hierdurch kann weniger Wärme umgesetzt
werden, und die Dampferzeugung im Verdampfer 3 verringert sich.
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Der Dünnlaugenstrom wird bei dieser Regelung nicht beeinflußt. Es
entsteht also weiterhin Hochdruckdampf, der aber im allgemeinen keinen überschuß
mehr darstellt, da der Niederdruckteil 7 weiterhin Dampf benötigt und dieser, da
die Dampfzufuhr aus dem Verdampfer 3 stark eingeschränkt ist, seinen Bedarf aus
dem Hochdruckteil decken muß. Zwischen Dampferzeugung und Laugenmenge tritt aber
eine Verschiebung des Umlaufverhältnisses auf. Die entstehende Dicklaugenmenge ist
größer als die zum Mischer zurückgeführte Menge. Zu ihrer Aufnahme ist der Ausscheider
14 als Speicher ausgebildet, der den überschuß der Laugenzufuhr über die Laugenabfuhr
aufnimmt.
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Es könnte nun vorkommen, daß bei sehr lang andauernden Teilbelastungen
der Anlage der Mischer 2 leergefahren wird. Um das zu verhüten, wird von dem Speicherkessel
1 4. aus eine Regelungsvorrichtung 42 beeinflußt, die beim Erreichen der oberen
Füllungsgrenze die Feuerung 31 abstellt. Hierdurch wird auch die Hochdruckdampferzeugung
geschwächt, und zwar aus folgendem Grunde: Der Durchfluß der Dünnlauge durch den
Eindampfer 2 5 muß so eingeregelt werden, daß die Konzentration der Dicklauge im
Ausscheider 1 4. gleichbleibt. Es müssen also Druck und Temperatur gleichbleibend
gehalten werden. Die Gleicherhaltung des Druckes wird durch die LTberströmventile
30 und 28 erreicht, die nur bei Erreichen des Konzentrationsdruckes geöffnet
werden. Zum Gleichhalten der Temperatur dient das von einem Thermostaten beeinflußte
Ventil 49. Durch entsprechende Drosselung des Ventils 49 kann die Durchlaufzeit
der Lauge durch den Erhitzer 25 so eingeregelt werden, daß sie immer die gleiche
Temperatur annimmt. Wird nun die Feuerung 31 verringert oder abgestellt, so kühlt
sich die Lauge ab. Das Venti149 wird gedrosselt, es fließt weniger Lauge durch den
Eindampfer 25, infolgedessen dampft auch im Abscheider i 4. weniger Arbeitsmittel
aus, und die Dampferzeugung wird entsprechend dem verringerten Bedarf der Kraftanlage
herabgesetzt. Bei steigender Belastung verläuft die Regelung entsprechend in umgekehrter
Richtung. Die Speicherung liegt dann im allgemeinen auf der Seite der Dünnlauge,
wozu ein Speicherbehälter i9 vorgesehen ist.
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Vbersteigt der Bedarf der Kraftmaschine 27,7 die augenblickliche
Dampflieferung, so wird das Ventil 37 in der Entladeleitung 36 des Speichers 33
geöffnet und dadurch zunächst die Belastungsspitze ausgeglichen, bis die Laugenspeicherung
ausgleichend einwirkt. Wird an Stelle des Dicklaugenstromes der Dünnlaugelistrom
beeinflußt, so wird zweckmäßigerweise die Feuerung ;1 in Abhängigkeit von den Füllungsgrenzen
dieses Speichers geregelt.