Dampfkraftanlage mit besonders hohen Überhitzungstemperaturen. Die Entwicklung der Dampfkraftanlagen ging, nachdem die Maschinen selbst eine Vollkommenheit erreicht hatten, die kaum noch wesentliche Verbesserungen erwarten :
liess, hauptsäahlsüh in Richtung einer Ver- grösserung des Wärmegefälles du rah Er- kn von, Druek und Temperatur des Frisehdampfes. Während aber die Drücke dauernd gesteigert,
ja bis zum kritischen Druck erhährt wurden, ist man bezüglich der Temperatur bei etwa 500 C stehen- geblieben, obschon eine Erhöhung der Tem peratur grössere Gewinne bringt, als die Er höhung des Druckes. Die zum. Beispiel in der chemischen:
Industrie hie und da verwen deten hohen Dampfüberhztzungstemperaturen muBten in dier Dampfkrafttechnik imbeaclite-t bleiben, da es sich dhbei meist um niedrige Drücke und andersgeartete Betriebsverhä1t- nisse handelte.
Anders verlief die Entwicklung der Gas turbine. Dort machte man sich die Fort- schritte in der Herstellung warmfester Bau- stoffe zu Nutze, und in der Tat hat sich ge zeigt,
dasst Gaeturbinen mit 600 T'reibgas- temperatur in einwandfreiem Dauerbetrieb gehalten werden können.
Überträgt man diese hohe Temperatur aber auf Dampfkraftanlagen, so ergeben sich grosse Schwierigkeiten und. Verteuerungen, und zwar vornehmlich. wegen des :Überhitzers. Überhitzer für .sehr hohe 'Cberhsitzun:
g,stempe- raturen werden teuer, .da sie aus besten, warmfesrten Stahlrohren hergestellt werden müssen und sehr viel dieses kostbaren Mate- rials benötigen, @da die Heizflächen verhält nismässig gross werden. Der Grund hierfür ist der,
da man zur Niedrighaltung der Rohswandtemperatur mit reduzierten Heiz- gastemperaturen arbeiten muss. Trotzdem nehmen die Rohrwände eines grogeri Teils des Überhitzers Temperaturen an,
die noch wesentlich über der höchsten Überhitzungsh temperatur liegen. Eine weitere Steigerung der Rohrwandtemperaturen und damit ernste Gefährdung der Rohre kann zum Beispiel bei Belastung--ä.äderungen eintreten, wenn die Feuerführung nicht vollständig mit der Dampfentnahme synchron läuft.
Nun hat man allerdings schon vorgeschlagen, dieser Gefahr dadurch zu begegnen, dass man den Hochüberhitzer aus den Ra.uebgasziigen des Dampferzeugers herausnahm und mit einer besonderen, leicht regelbaren Feuerung versah. Überliess man dann dem Dampferzeu- er die Überhitzung auf niedrige Über g<B>o</B> hitzungstemperatur, so wurde zwar die ileiz- flä.che für den.
getrennt gefeuerten Über- hitzer vermindert, es verblieben aber die sehr grossen, aus teurem Baustoff herzustellenden Heizflächen für die Endüberhitzung.
Um diese zu verringern, wird erfindungj-- gemäss vorgeschlagen, bei einer Dampfkra.ft- anlage für besonders hohe Überhitzungs- temperat.uren ( <B>'</B> ttleberl,. > 500 C), deren Dampf in einem Dampferzeuger in erster Stufe und in einem naehgesehal@teten, besonders gefeuer ten Hochüberhitzer in zweiter Stufe überhitzt wird,
den selbständig gefeuerten Hochüber- hit.zer der zweiten Stufe nach dem Velox- prinzip zu bauen.
Unter "Veloxprinzip" i-t dabei die Ar beits- und Bauweise einer Einrichtung zur Wärmeübertragung verstanden, bei der die Heizgase einer Druckfeuerung entstammen, mit sehr hoher Geschwindigkeit an den Heiz flächen vo,rbeibewegt werden und das hierzu erforderliche Druckgefälle von einem Ver dichter geliefert wird, der von einer Gas turbine angetrieben ist, deren Treibgase die Heizgase selbst sind.
Durch die verwendeten hohen Heizgas- geseh#,vindigkeiten (at# <I>></I><B>1.00</B> m/sec) und die hohen Heizgasdrücl,:e (y > 1,5 ata.) werden sehr hohe -#Värm.eiibei-gängt> erreicht, die eine bedeutende Verminderung der Heizfläche zur Folge haben.
Der Bedarf an hoebwertigem Baustoff sinkt auf einen Bruchteil (etwa bis '/,o) dessen, was bei einem atmosphärisch gefeuerten tberhit.zer nötig wäre. Es werden aber auch alle andern Teile, wie Brennkam mer, Rauchgaszü:ge usf. wesentlich kleiner, so dass dieser Überhitzer in unmittelbarer Nähe der Turbine aufgestellt werden kann.
Es werden damit auch Rohrleitungen, die tei.l-#veite ebenfalls für die hohen Tempera. turen .gebaut sein müssen, erspart und ein Grossteil der Übertragungsverluste vermieden.
Bei getrennt gefeuerten Überhitzern, deren Heizgase nur sehr wenig ausgenützt werden können, besonders wenn der Dampf bereits vorüberhitzt angeliefert wird, schlug man auch schon vor, die noch heissen Abgase in den Kessel zurückzuführen, um sie zur Dampferzeuc"-ulig oder zur Spei:sewaaservor- wärniu!ng zu verwenden.
Der Veloxüberhitzer bietet nun den weiteren Vorteil, dass durch die Gasturbine ein wesentlicher Teil der Ab- (ras -ärine nutzbar verarbeitet und über den Verdichter als Luftwärme der Brennkammer des Veloxiiberhitzers wieder zugeführt wird. Aber auch die noch verbleibende Abgaswärme kann zu weiterer Luftvorwärmung verwen det werden.
Auf der Abbildung ist eine beispielsweise Dampfkraftanlage gemäss der Erfindung schematisch dargestellt. Es ist 1 ein gewöhn licher Dampfkessel, ,insbesondere Höchst druckkessel, denn die vorgeschlagenen hohen Überhitzungstemperaturen werden meist auch hohe Dampfdrücke voraussetzen. Im Über linzer 2, der ersten Stufe, wird der Dampf vorüberhitzt und vom dort; zur zweiten Stufe, dem Hoch- oder Ve.loxüberhitzer 3, und zwar in Teil 12 geleitet..
Hochüberhitzt gelangt der Dampf nun zur Vorstufe 4 der Dampf turbine 5. Die Vorstufe wird vorteilhafter weise als hoehtourib Maschine von kleinen Abmessungen ausgeführt und durch ein Ge triebe 6 mit der zum Beispiel zweigehäusigen Hanptturbine gekuppelt. 7 ist dar Konden- sa.tor, 8 der Stromerzeuger.
Um sehr hohe Anlagewirkungsgrade zu erreichen, wird es zweckmässig sein, den Dampf naoh kurzer Entspannung nochmals zu überhitzen, was bequem mit dem gleichen , Veloxüberhitzer t"chehen kann, in dem die hohe Frischdampftemperatur erzeugt wurde.
Der bei 9 aus der ersten Turbine 4 aus tretende Dampf wird also zum Veloxüber- hitzer 3 zurüekgefiihrt und nach Überhitzung i zum. Beispiel in den zweiten Hochdruck zylinder 11 der Dampfturbine geleitet. Der in der Abbildung beispielsweise gezeigte Veloxüberhitzer besteht somit aus zwei Über- hitzern,
dem Hochüberhitzer im Gehäuse 7.2 und dem Zwischienüberhitzer im Gehäuse 18.
Die Heizgase werden in der Brennkammer 14 erzeugt, und zwar aus der Brennluft, die .der Verdichter 15 liefert und aus 01, Gas oder Kohlenstaub, die bei 16 eintreten.
Die Heizgase verlassen den Überhitzer bei 17 und gehen zur Gasturbine 18, wo sie ent- spannt werden und nun entweder dein Dampfkessel oder auch einem Luftvorwär- mer zur Vorwärmung der Brenulnft ales Veloxüberhitzers zugeführt werden.
Mau kann die noch ziemlich heissen Abgase der Gasturbine aber auch zur Vorwärxnung von Speisewasser der Kesselanlage verwenden. Zum Anlassen und Regeln versieht man die Ladegruppe 15, 18 mit einem Hillfsmotor 19, der sowohl ein Elektromotor als auch eine Dampfturbine sein kann.
Da durch diesen Hilfsmotor, der, ebenso wie :die Brenn- 5 stoffzuführung, unter dem Impuls der zu regelnden Betriebszustände steht, dein. Ver dichter eine der Belastung entsprechende Drehzahl aufgezwungen werden kann, .lässt sich jederzeit und sofort auch heizgasseitig a der entsprechende Temperaturzustand errei= eben,
eine Gefährdung der Rohre durch Übertemperaturen also weitgehend auss,chal!- ten. Da man aber ,auch den VeloxübeThitzer mit hohem Wirkungsgrad betreiben möchte, 5 was hohe Verbrennungstemperaturen voraus setzt, zu hohe Temperaturen an den Rohren aber vermeiden muss, so wird mit Abgasrück- führung ;
gearbeitet, das heisst man, pumpt eine gewisse Menge Abgase zurück und mischt diese mit den heissen Brenngasen. 20 ist das Rückführgebläse, das zum Beispiel von einem Elektromotor 21 angetrieben wird.
Wird durch die geschilderten Einrichtun- gen die Beherrschung der Temperaturen ge währleistet und durch sie möglich gemacht, ungefährdet bis an die praktischen Tempe- raturhöchstwerte heranzugehen, so sind es anderseits die beim Veloxverfaliren ver wendeten hohen Heizgaegeschwind'gkeiten (w > 100 m/sec) und die hohen Heizgas drücke (p > 1,5 ata),
durch die sich die Heizflächen und damit der Bedarf an hoch wertigem Rahximaterial ganz beträchtlich, ja bis auf 1/,o des atmosphärisch gefeuerten Überhitzers vermindern lassen.
Eine weitere Ersparnis an hochlegiertem teurem Üb,erhitzermaterial lässt s ich dadurch erzielen, ,dass man den Höchstdruckkampf zuerst in. mindestens einen Turbinenabschnitt auf einen niedrigeren Druck expandieren läss@t und die Höchstüberhitzung erst bei diesem Druck vornimmt,
indem mian den Veloxüberhitzer dem genannten Turbinen abschnitt nachschautet. Auf diese Weise ist dieser zwar der Höchsttemperatur, nicht aber dem Höchstdruck unterworfen und kann mit erheblich kleineren Wandstärken gebaut werden.
Bei einer Anlage der vorliegenden Art wird mlan dhs Speis@ewass,er grösstenteils durch Anz'apfdampf aus der Turbine vor wärmen. Der Vollständigkeit halber sind au-oh diese Vorwärmer 22 in der Abbildung eingezei:chnet. 28 ist die Spei,sepumipe, 24 sind die Kon#densations@hilfsmas,chinen.