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Einrichtung zur Destillation des erforderlichen Zusatzwassers bei
Dampfkraftanlagen Bei Dampfkraftanlagen mit Kondensationsbetrieb und Anzapfdampfverwertung
oder solclien mit Gegendruckbetrieb und Anzapf-und Abdampfverwertung beträgt die
erforderlidie Zusatzwassermenge durch Abgabe von Anzapfdampf oder Abdampf zu unmittelbarem
Wärmeaustausch, beispielsweise für Kochzwecke, ein Mehrfaches des bei reinen Kraftanlagen
mit Oberflächenkondensation üblichen Zusatzwasserbedarfs von etwa 3 bis Io Prozent
der Speisewassermenge.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende Einrichtung zur Destillation
großer Zusatzsvassermengen ist für Dampfkraftanlagen dieser Art, und zwar in erster
Linie für Hochdruckdampfanlagen, bestimmt. Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde
liegt, geht dahin, die gesamte Brüdenwärme dieser großen Zusatzwassermengen innerhalb
des Destillationsverfahrens selbst auszunutzen, d. h die Destillation ohne Wärmeverluste
im Kühlwasser durchzuführen, damit durch solche Verluste die Vorteile der Anwendung
des Hochdruckdampfes nicht teilweise wieder aufgehoben werden.
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Es ist bereits für Dampfkraftanlagen mit Oberflächenkondensationsbetrieb
vorgeschlagen worden, für die Destillation des zusätzlichen Speisewassers im Rauchkanal
des Betriebskessels einen'iederdruckkessel anzuordnen, in dem die Verdampfung des
zusätzlichen Speisewassers erfolgt. Der hier unmittelbar aus dem Roliwasser erzeugte
Dampf wird mit dem Abdampf der Betriebsturbinen in Sammlern vereinigt und dann den
Hauptkondensatoren zugeführt. Dadurch geht aber auch noch die Wärme des Zusatzwasserdampfes
mit der des Turbinenabdampfes im Kühlwasser verloren. Weiter ist es bekannt, die
Wärme von Dampf niedriger Temperatur, z. B. des Ab dampfes von Hilfsmaschinen. zur
Destillation von Zusatzwasser auszunutzen.
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Dabei wird der Abdampf durch den Verdampfer hindurch zu einer entsprechenden
Niederdruckstufe der Hauptturbine geführt und hierdurch zugleich eine gewisse Regelung
der erzeugten Zusatzwassermenge in Abhängigkeit von der Belastung der Anlage bzw.
dem Speisewasserbedarf selbsttätig bewirkt.
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Desgleichen ist die Verwendung solchen Abdampfes zur Zusatzwasserdestillation
bekannt unter Anwendung von Ein- und Mehrkärperverdampfern und Robwasservorwärmern,
wobei nahezu die gesamte Wärme des Dampfdestillatgemisches zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers
ausgenutzt wird. Diese Anlagen dienen sämtlich zur Erzeugung des üblichen Zusatzwasserbedarfs
zur Speisewassermenge bei reinen Kraftanlagen mit Oberflächenkondensation, aber
sie eignen sich nicllt zur Bewältigung der großen Zusatzwassermengen, wie sie bei
den eingangs erwähnten
Anlagen in Frage kommen. Denn bei diesen
nimmt mit der Erhöhung des Zusatzwasserbedarfs die Menge und Temperatur der niederzuschlagenden
Brüden zu, aber die Menge des dazu verfügbaren Kühlmittels (Kondensat) entsprechend
ab. Außerdem ist die Temperatur dieses Kühlmittels, die bei reinem Oberflächenkondensat
etwa nur 300 beträgt, hier durch den Anteil des heißen Kondensats aus der Rbdampfverwertungsanlage
wesentlich höher.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, die großen Zusatzwassermengen für
die eingangs erwähntenAnlagen wärmewirtschaftlich günstig zu erzeugen, in folgender
Weise: Als Heizdampf wird ein Dampf mittleren Druckes verwendet.
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Die hochtemperierten Destillate, die sich in den Verdampfungskörpern
aus den Brüden durch die Vorwärmung und Verdampfung des Rohwassers bilden, werden
für die unmittelbare Speisung g der Kessel in einem besondern Sammelbehälter abgeschieden
und vom Kondensatorvorwärmer abgetrennt.
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Dem Kondensatorvorwärmer verbleibt nur noch die Brüdenwärme des letzten
Körpers, die unabhängig von dem Druck und der Temperatur der abgetrennten hochtemperierten
Destillate vom Kühlwasser, als welches das Rohwasser und das Kondensat aus der Abwärmeverwertungsanlage
bzw. der Oberflächenkondensation dienten, aufgenommen wird.
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Die Einrichtung kann mit einem besonderen Heizdampfkessel mit Abzptdampf
oder mit gedrosseltem Dampf vom Betriebskessel arbeiten. Vorteilhaft wird der Heizdampf
mittleren Druckes in einem Mftteldrudd:essel erzeugt, der durch die Abgase des Betriebskessels
beheizt wird. In diesem Falle wird die große Zusatzwassermenge gewonnen, ohne daß
der Betriebskessel eine besondere Mehrbelastung erfährt. Durch höchstmögliche Vorwärmung
des Zusatzwassers bleibt die Menge des erforderlichen Heizdampfes und d damit die
Größe des Niederdruckkessels möglichst klein. Der Rohwasserzufluß und der Laugenabfluß
können dem Bedarf an Kochdampf für unmittelbare Kochzwecke .durch Regelung von Hand
oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Kochdampfmenge angepaßt und die Heizdampfmenge
fiiir die Destillation von Hand oder selbsttätig durch einstellbare Druckregler,
die unter dem Druck in dem Verdampfer oder dem Kondensatorvorwärmer stehen, geregelt
werden.
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Bei verringertem Bedarf an Heizdampf wird der überschüssige MitteldruckXIampf
vorteilhaft unmittelbar zur Vorwärmung des Speisewassers durch Entziehung seiner
Dampfwärme verwendet. Hierbei kann ein Teil der Heizgase vom Mitteldruckkessel abschaltbar
sein, der dem Luftvorwärmer unmittelbar zugcführt wird.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung,
und zwar mit einem Dreikörperverdampfer.
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Mit I ist der Betriebskessel (Hochdruckkessel) und mit 2 der in den
Rauchgaskanal des Betriebskessels eingebaute Mitteldruckkessel bezeidinet. 3a, 3b,
3c sind die Verdampfer für das Zusatzwasser. 4 ist ein durch eine Wand 4a in zwei
Teile getrennter Kondensatorvorwärmer. Der obere Teil dient zum Kühlen mit teilweisem
Niederschlagen des Brüdens und zum Vorwärmen des Zusatzwassers und der untere Teil
zum vollständigen Niederschlagen des Brüdens. 5 ist der erste Rohwasservorwärmer,
der durch die aus dem letzten Verdampferkörper 3C durch eine Leitung I6 abfließende
heiße Lauge beheizt wird.
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Zwischen den Verdarupferkörpern 3b und 3C sowie 3a und 3t sind zwei
weitere Vorwärmer 14b und I4c eingeschaltet. Außer dem Kondensatorvorwärmer 4 ist
ein Sammler I8 für das heißere Brüdenwasser vorgesehen.
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Das Kondensat aus der Heiz-, Koch- oder Trockenanlage der Fabrik,
soweit es nicht heißer ist als der niederzuschlagende Brüden, und d das Kondensat
aus der Oberflächenkondensation bei Anzapfkonidensationsturbinen tritt bei 6 durch
eine Leitung 7 unten in den Koudensatorvorwärmer 4 ein und wird aus diesem mit dem
niedergeschlagenen Zusatzwasserdampf durch eine Leitung 8 mittels Pumpe 20 in den
Sammler I8 gefördert, der außerdem für die Aufnahme der hochtemperierten Brüden
aus den Verdampfern 3b und 3c bestimmt ist. Der Dampf aus dem Mitteldruckkessel
2 gelangt durch eine Leitung g in die Heizschlange 10 des Verdampfers 3a und von
da als Kondensat durch eine Leitung 11 in den Wasserraum des Mitteldruckkessels
zurück. Das kalte Zusatzwaksser, das, wenn nötig, vorgereinigt ist, tritt bei 33
in eine Leitung 12 ein geht durch den Vorwärmer 5, die als Rohrschlange dargestellte
Vorwärmungseinrichtung im oberen Teil des Kondensatorvorwärmers 4 unr7 die Leitung
14 mit Entlüfter 14a nach dem zweiten Zwischenvorwänner 1 4b, aus diesem durch die
Leitung 15 in den letzten Zwischenvorwärnler I C und dann in den ersten Verdampfer
3a. Hier erfolgt die erste Verdampfung von Zusatzwasser. Das nicht verdampfte Wasser
gelangt durch die Leitung 21 in den zweiten Verdampfer 39. Hier erfolgt die zweite
Verdampfung. Das hier nicht verdampfte Wasser gelangt durch Leitung 22 in den dritten
Verdampfer 3c. Der hier entwickelte Brüden geht durch die Leitung 17 zur Vorwärmung
des Zusatzwassers und
seiner Verdichtung in den Konldensatorvorrvärmer.
Der im zweiten Verdampfer 3b entwickelte Brüden gelangt durch die Leitung 23 in
die Heizschlange für denZwischenvorwärmer rb, dann durch die Leitung 24 und die
Verdampfungsschlange für den dritten Verdampfer 3e in die Leitung 25 unmittelbar
nach dem Sammler I8. Der Brüden aus dem ersten Verdampfer 3a gelangt durch Leitung
27. Heizschlange für den letzten Zwischenvorwiirmer t4C, Leitung 28, Verdampfungsschlange
für den zweiten Verdampfer 3b und Leitung 29 ebenfalls in den Sammler I8. Aus diesem
wird das heiße Destillat zusammen mit dem Kondensatgemisch aus dem Kondensatorvorwärmer
4 durcll eine Pumpe 30 und Leitung 3I in den Betriebskessel I gespeist.
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Hieraus geht hervor, daß gemäß der Erfindung die Verdampfung der
zu destillierenden großen Wassermengen durch Dampf mittleren Druckes erfolgt, der
vorteilhaft in einem Mitteldruckkessel erzeugt wird, und der durch die Abgase des
Betriebskessells bzw. Hochdruckkessels beheizt wird. In diesem Falle ist gleichzeitig
ein Ersatz für die bei Hochdruckanlagen mehr und mehr fortfallende Ausnutzung der
Heizgase in Rauchgasvorwärmern zur Wasservorwärmung geschaffen. Zur weiteren Ausnutzung
der Abgase ist dann noch ein Luftvorwärmer 32 angeschaltet. je nach der Größe der
Zusatzwassermengen im Verhältnis zur Speisewassermenge und der mittleren Temperatur
des Mischkondensates in Leitung 7 wird man die Stufenzahl des Verdampfers und auch
die Höhe des Dampfdruckes im Mitteldruckkessel wählen.
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Die Destillate aus den Verdampfkörpern und auch anderes Kondensat
von höherer Temperatur als die des niederzuschlagenden Brüdens werden im geschlossenen
Speisewassersammler I8 gesammelt und von hier in den Hochdruckliessel befördert.
Die Speisewassersammler I8 und + sind zweckmäßig so zu bemessen, daß bei zeitweise
verringerter Kesselspeisung das sich samrnelnde Zusatz- und Speisewasser in ihnen
Aufnahme findet.
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Der Vorteil dieser Destillationseinrichtung ist der, daß die gesamte
Wärme der Zusatzwasserdampfmenge abzüglich Strahlungsverluste innerhalb des Destillationsverfahrens
NTerwendung findet, und zwar zunächst zur weitgehenden Vorwärmung des Zusatzwassers
selbst und dann zur Vorwärmung des Kondensates aus Oberflächenkondensation ulid
aus der Heiz-, Koch- und Trogkenanlage der Fabrik. Ferner wird die Menge des zur
Einleitung des Destillationsverfahrens erforderlichen Heizdampfes trotz der großen
Menge an Zusatzwasser durch dessen höchste Vorwärmung klein, und mithin bleibt auch
die Heizfläche des Mitteldruckkessels gering.
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Wie ferner ersichtlich, erfolgt die Speisung des Mitteldruckkessels
im Kreislauf durch das luftfrei und reine Kondensat des Heizdampfes, wodurch eine
Verkrustung dieses Mitteldruckkessels vermieden und an Pumparbeit gespart wird.
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Würde als Ersatz des Heizdampfes aus 1 em Mitteldruckkessel gedrosselter
Hochdruckdampf bzw. Anzapfdampf oder verfügbarer Abdampf entsprechend er Spannung
zur Verdampfung des Zusatzwassers verwendet, wodurch an dem Wesen der Erfindung
nichts geändert wird, so müßte zur Erhöhung der Leistung des Hochdruckkessels seine
Heizfläche entsprechend vergrößert werden. Der Mitteldruckkessel ermöglichst anderseits
eine so weitgehende Ausnutzung der Abgase, wie sie bei Fortfall der üblichen Speisewasservorwärmung
durch die Luftvorwärmung allein nicht erreichbar wäre. Die Ausnutzung dieser Abgase
nur im Luftvorwärmer würde nämlich zu hohe Lufttemperatur oder zu heiße Abgase mit
entsprechend schlechtem Wirkungsgrad des Kessels ergeben. Anderseits kommt eine
Ausnutzung der Abgase zur üblichen Speisewasservorwärmung bei einer Zusatzwassermenge
von 20 bis 50 Prozent und mehr sowie bei einer Teinperatur des Niederschlagwassers
in dem Kondensatorvorwärmer 4 von etwa 80 bis I00° nicht mehr in Betracht, da die
Speisewassertemperatur dabei schon so hoch wird, daß eine wirtschaftliche Ausnutzung
im Rauchgasvorwärmer nicht mehr erfolgen kann.
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Die Menge des zu destillierenden Zusatzwassers ist hauptsächlich
bestimmt durch die Verwendung von Dampf für unmittelbare Kochzwecke. Da der Bedarf
hierfür nicht gleichbleibt, ist sowohl die Zuleitung von R.ohwasser und die Ableitung
der Lauge als auch die Zuleitung des Heizdampfes regelbar eingerichtet. Die Regelung
kann von Hand oder auch selbsttätig erfolgen, z. B. die Regelung der Zuleitung von
Rohwasser und der Ableitung g von Lauge in Abhängigkeit von der Zuflußmenge dieses
Kochdampfes und die Regelung derHeizdampfmenge abhängig vom Druck in der Destillationsanlage.
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Durch die Verringerung der Rohwassermenge entsteht ein Überschuß
an Heizdampfwärme in der Destillationsanlage und damit eine Erhöhung des Druckes,
die durch einen Druckregler 34 den Zufluß der Heizdampfmenge zum Verdampfer, z.
B. durch Einstellen eines Schiebers oder einer Drosselklappe 35, einregelt. Weiter
fällt durch die verminderte Zusatzwassererzeugung das Verhältnis
vom
Zusatzwasser zum Niederschlagwasser im Kondensatorvorwärmer 4 und damit die Temperatur
des Mischkondensates.
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Die Verminderung des Zusatzwasserdampfes und die Verringerung der
Temperatur des Mischkondensates bedingen weiterhin elneAbnahme der Speisewassertemperatur
auch im Behälter I8.
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Mit : Rücksicht auf die erforderliche Veränderung der Heizdampfmenge
ist weiterhin vorgesehen, daß die Erzeugung der Heizdampfmenge zum Bedarf entsprechend
geregelt wird bzw. für den überschüssigen Heizdampf andere Verwendung geschaffen
ist oder beides. Bei der Verringerung des Kochdampfbedarfes für unmittelbare Kochzwecke
tritt bei sonst unveränderlichem Betrieb gleichzeitig ; eine Verringerung der Kesselbelastung
auf, da die für unmittelbare Kochzwecke jetzt nicht mehr benötigte Wärme dem Betriebskessel
nicht mehr entzogen wird. Dementsprechend muß die Leistung des Kessels verringert
werden. Dadurch sinkt auch die Menge und Temperatur der Abgase. Die Verringerung
der Menge und Temperatur der Abgase gestattet im Interesse gleichbleibender Vorwärmung
der Verbrennungsluft eine teilweise Umleitung dieser Gase um den Mitteldruckkessel
unmittelbar zum Luftvorwärmer, was von Hand oder auch selbsttätig in bekannter Weise,
z. B. durch Schieber oder Klappe 36, ausführbar ist.
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Die geringere Speisewassertemperatur in den Behältern 4 und I8 gestattet
außerdem eine wirksame Verwendung des überschüssigen Mitteldruckdampfes, der z.
B. dem Überströmventil 37 entnommen wird, zur Vorwärmung des Speisewassers durch
Leitung 38 und Vorwärmerschlange 39 z. B. im Behälter 18. Der niedergeschlagene
Dampf wird von hier durch Leitung. 1I dem Mitteldruckkessel mit zugeführt. Es steht
nichts im Wege, diesen überschüssigen Mitteldruckdampf auch zur Kraftleistung, z.
B; durch Einleitung in die entsprechende Druckstufe der vom Betriebskessel gespeisten
Kraftmaschine, z. B. Turbine, zu verwenden, jedoch muß dann der Ausfall an Speisewasser
für denl Mitteldruckkessel ergänzt werden.
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PATENTANSPRÜC : EEE : I. Einrichtung zur Destillation des erforderlichen
Zusatzwassers bei Dampfkraftanlagen mit Anzapfdampfkondensationsbetrieb oder mit
Gegendruckbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verdampfenden außergewöhnlich
großen, durch Abgabe von Anzapf- oder Abdampf für unmittelbare Wärmeaustauschzwecke
erforderlichen Zusatzwassermengen (zo Prozent und darüber) durch Dampf mittleren
Druckes (4atom. und darüber) verdampft und die in den Verdampfungskörpern aus Brüden
sich durch die Vorwärmung und Verdampfung des Rohwassers bildenden hochtemperierten
Destillate für die unmittelbare Speisung der Kessel in einem Sammelbehälter (I8)
abgeschieden und vom Konidensatorvorwärmer abgetrennt werden, so daß für diesen
nur noch die Wärme des Brüdens vom letzten Körper bleibt, die in dieser verringerten
Menge und unabhängig von Druck und Temperatur der hochtemperierten, Destillate vom
Rohwasser und dem um die jeweilige Zusatzwassermenge geringeren Kondensat aus der
Abwärmeverwertungsanlage oder der Oberflächenkondensation aufgenommen wird, worauf
dieses Mischkondensat ebenfalls dem Sammelbehälter zugeführt wird.