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Vorrichtung zur Brüden- und Abdampfverwertung durch Einleiten des
Dampfes in ein Absorptionsmittel Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nutzbarmachen
von beliebigen, bei wärmewirtschaftlichen Anlagen anfallenden Abdampf-und Brüdendampfmengen
durch Einleiten des Dampfes in ein hygroskopisches Absorptionsmittel in einer Anlage
mit einem Wärmeaustauscher zur Abgabe der beim Einleiten des Dampfes in das Absorptionsmittel
frei werdenden Wärme und einem Eindampfer für das verdünnte Absorptionsmittel sowie
gegebenenfalls mit einem Wärmeaustauscher für das heiße und kalte Absorptionsmittel.
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Nach den bekannten Verfahren war es bisher unmöglich, zu verhindern,
daß das in den feuerlosen Kessel gelangende Absorptionsmittel einen Teil der in
der Feuerung des Eindampfers zugeführten Wärme mittelbar in den feuerlosen Kessel
überträgt und damit den Ersparniserfolg des Kreisprozesses sehr beeinträchtigt oder
ganz zunichte macht. Auch der geringe Temperaturunterschied, der an den Übertragungsflächen
eines Wärmeaustauschers zwischen konzentriertem heißem und verdünntem kälterem Absorptionsmittel
unerläßlich ist, bedingt bereits die Übertragung derartiger Wärmebeträge entweder
im gelösten Salz o. dgl. oder im lösenden Mittel. Bei den bekannten Verfahren wird
die mittelbare Verdampfung nicht nur, ohne sich über die Verluste, die sie bedeutet,
Rechenschaft zu geben, hingenommen, sondern um der größeren Dampferzeugung willen
mitunter sogar angestrebt; in allen Fällen wird aber damit der Wirkungsgrad der-Anlage,
wenn er nach Maßgabe der in der Feuerung zugeführten Wärme bestimmt wird, sehr herabgesetzt.
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Um die mittelbare Verdampfung zu verhindern, wird gemäß der Erfindung
der Wärmeaustauscher für die Abgabe der beim Einleiten des Dampfes in das Absorptionsmittel
frei werdenden Wärme als Einspritzkondensator ausgebildet, bei dem das Absorptionsmittel
in oder über Rohre eingespritzt wird und die Lösungen hohen und niederen Siedepunktes
bis nach erfolgter Absorption getrennt bleiben, wobei das im Gegenstrom zu dem Absorptionsmittel
eingeführte Wasser durch die frei werdende Wärme nicht nur verdampft, sondern der
gebildete Dampf gegebenenfalls überhitzt wird.
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In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise durch
einige Anlagen vereinfacht veranschaulicht, deren Einrichtung naturgemäß eine gewisse
Ähnlichkeit mit Bekanntem aufweist, da ja auch die neue Vorrichtung sich, wenn auch
in besonderer Verbindung, bekannter Elemente, wie feuerloser Kessel, befeuerter
Eindampfer, Gegenstromvorwärmer,
Speisepumpen, Absperr- u. dgl.
Ventile usw., bedienen muß und es auch nicht neu ist, die Lauge in einem Abdampfverwerter
in unmittelbarer Nähe der Dampfzuführung einzuspritzen.
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Der wesentlichste Bestandteil der Anlage gemäß der Erfindung ist der
wie ein Regen- oder ein Einspritzkondensator gebaute Wärmeaustauscher. Er hat vor
allem den für die Durchführung des Verfahrens zur Abdampfverwertung nicht hoch genug
zu veranschlagenden Vorteil, daß die höhere Temperatur der bereits absorptionsfähigen
konzentrierten Lösung auf der Heizfläche raschest ausgenutzt werden kann, eine Wirkung,
die beim Einleiten in einen Lösungssumpf, wie ihn die bekannten Anlagen verwenden,
verlorengeht. Das Beregnen oder Berieseln ist aber auch für das Vermeiden der mittelbaren
Verdampfung unerläßlich, denn wenn von einer solchen Beregnung nicht Gebrauch gemacht
wird, so -ist eine mittelbare Wärmeübertragung von der Feuerung auf den feuerlosen
Kessel nicht zu umgehen, da während des Absorbierens infolge der Mischung der konzentrierten
und verdünnten Lösung der Siedepunkt fällt.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet für die
Verwendung in Anlagen zum Zuckerkochen. Eine derartige Anlage, die sich durch N
ebeneinanderschaltung zweierVakua auszeichnet, ist in Abb.3 dargestellt. Es ist
hiermit möglich, den Wärmeaustauscher kurzzeitig zugunsten eines gewöhnlichen Kondensators
auszuschalten. Auf diese Weise kann z. B. der Zucker bis zu etwa fünf Sechstel durch
das Absorptionsvakuum fertiggekocht werden, während das andere, das Wassereinspritzvakuum,
zum Kochen des letzten Sechstels und zum stoßweisen Kochen dient.
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Bei dem in Abb. i vereinfacht gezeigten Ausführungsbeispiel tritt
der zu verwertende Abdampf, Brüdendampf o. dgl. durch eine Leitung a in ein
Absorptionsgefäß b. Das Absorptionsgefäß ist als Wärmeaustauscher ausgebildet,
der aus einem Mantel und innerhalb dieses Mantels angeordneten Rohren c besteht,
wobei die Rohre c von einer durch die Leitung g z. B. mittels einer. Pumpe o. dgl.
zugeführten Flüssigkeit bespült werden, die mit der durch die Rohre c strömenden
Flüssigkeit in einen Wärmeaustausch, tritt. Gemäß Abb. i der Zeichnung wird der
Brüdendampf, Abdampf o. dgl. durch die Rohre c geführt, durch welche gleichzeitig
eine bei höherer Temperatur, als der Verdampfungstemperatur des Abdampfes entspricht,
siedende Flüssigkeit oder Lösung, die die Fähigkeit hat, Dämpfe zu absorbieren,
hindurchgeführt, z. B. eingespritzt wird. Als solche Lösungen sind, wie bekannt,
z. B. Chlorcalciumlösungen geeignet, wobei es für die Durchführung des Verfahrens
zweckmäßig ist, möglichst hochkonzentrierte Lösungen zu verwenden. Gemäß Abb. i
der Zeichnung werden solche hochkonzentrierten Lösungen tangential in die Rohre
c eingespritzt, so daß in den Rohren c der Abdampf oder Brüdendampf in der Absorptionsflüssigkeit
kondensiert und dessen Verdampfungswärme in Flüssigkeitswärme der Absorptionslösung
umgesetzt wird. Die nichtabsorbierten Dämpfe entweichen bei d. Die einzuspritzende
Menge an Chlorcalciumlösung o. dgl. ist abhängig vom beabsichtigten Spiel der Änderungen
der Konzentration. Durch den Wärmeaustausch mit der die Rohre c umspülenden Flüssigkeit,
die durch die Leitung g eingeführt wird, kann diese Flüssigkeit bis zur Dampfbildung
erhitzt werden, wobei der gebildete Dampf auch überhitzt und durch die Leitung h
abgeführt und je nach seiner Spannung für Kochzwecke oder Kraftzwecke benutzt werden
kann.
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Die durch Kondensation des Brüdendampfes verdünnte Absorptionslösung
muß durch Eindampfen wieder auf die ursprüngliche Konzentration gebracht werden.
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Das Wiedereindampfen der verdünnten Lösung kann auf verschiedene Weise
erfolgen. Die Erfindung bevorzugt in bekannter Weise die Druckeindampfung, weil
sie zumeist die Erreichung höherer Konzentrationen gestattet, als bei niederem Druck
erreichbar sind. Eine Speisepumpe 9 fördert die Lösung z. B. in einen Kessel mit
Röhren k und einen Sammler 1. Der ausgetriebene Dampf wird bei 7a, die eingedickte
Lösung bei m entnommen.
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Der bei h austretende Dampf, der z. B. als Kochdampf verwertbar ist,
hat sonach die in den Abdämpfen bzw. Brüden enthaltene Wärmemenge zu seiner Erzeugung
verbraucht, während die in der Lösung bei m enthaltene Wärmemenge ebenfalls durch
den bei h abziehenden Dampf als Überhitzung zurückgewonnen wird.
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Die im Sammler 1 so unter Druck eingedickte Lösung kann nämlich nicht
unmittelbar als Absorptionsflüssigkeit benutzt werden. Es ist notwendig, diese Lösung,
bevor sie in- den Wärmeaustauscher b zurückgeführt wird, zu kühlen. Dies geschieht
im oberen Teil der Rohre c.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 2 ist eine andere, an sich bekannte
Kühlung veranschaulicht.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der ein Rohrsystem bzw. eine Verdampferschlange
2 enthaltende Absorptionskessel i mit einem ein Heizsystem bzw. eine Heizschlange
q. enthaltenden Eindampfer 3 so zusammengebaut, daß das im Absorptionskessel i die
Rohrschlange 2 umspülende bzw. benetzende Absorptionsmittel (z. B. eine konzentrierte
Chlorcalciumlösung) mittels einer Umlaufpumpe 5 und einer Leitung 6 in dem Eindampfer
3 gespeist wird. Die
Leiturig 6 ist durch einen Heizmäntel 7 geführt,
der einerseits mittels der Leitung 8 an den Eindampfer 3 und andererseits mittels
der Leitung g an ein im Absorptionskessel i angeordnetes Rieselröhr 911 angeschlossen
ist-Die im Absorptionskessel i angeordnete Verdampferschla4ge 2, die von dem durch
das Rieselröhr g11 eintretenden Absorptionsmittel (Chlorcalciumlösung o..dgl.) benetzt
wird, ist über die Leitung io mit der Speisepumpe ii verbunden, durch welche Wasser
durch die Schlänge 2 gedrückt wird. Das Wasser wird verdampft und der Dampf durch
die Leitung 12 der mittleren Stufe igb einer Turbine i311, i3b, i3° zugeführt..
Ein Teil des Abdampfes der Turbinenstufe i3 b wird durch die Abdampfleitung 14 im
Absorptionskessel zur Absorption gebracht.
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Die zum Heizen. des Verdampfers 3 dienende Heizschlange 4 . ist über
eine Feuerung i5 geführt, die das Heizmittel (Wasser, Dampf o. dgl.) auf eine entsprechend
hohe Temperatur erhitzt, wobei das Heizmittel mittels einer Umlaufvorrichtung 16
(z. B. Umwälzpumpe) im Kreislauf durch den Verdampfer 4 und die Feuerung
15
geführt wird.
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In dem Verdampfer 3, 4 wird das Absorptionsmittel (Chlorcalciumlösung
o. dgl.), das im Absorptionsgefäß i durch Schlucken bzw. Absorption von Abdampf
verdünnt worden ist, wieder eingedickt. Der bei der unter Druck erfolgenden Eindickung
gewonnene Dampf wird durch die Leitung 17 der Stufe 1311 der Turbine zugeführt.
Der Abdampf dieser Turbinenstufe gelangt durch eine Abdampfleitung 18 in die Stufe
131 der Turbine und von hier in den Absorptionskessel i.
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Durch die Leitungen ig und 2o kann überschüssiger Abdampf für Heizzwecke
abgeführt werden. Der Abdampf der Turbinenstufe i3° strömt durch eine Kondensatorleitung
21 zum Kondensator 22, über den mittels einer Kühlwasserumlaufpumpe 23 und eine
Leitung 24 Wasser zur Speisepumpe ii gedrückt wird.
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Die Anlage wird durch die notwendigen Überhitzer, die in diesem Falle
dank dem Siedeverzug eine geringe Leistung aufweisen können, ergänzt. Der Überhitzer
1711 ist durch Ventile und Kurzschlußleitungen so schaltbar, daß man auch den Absorptionskessel
i mit überhitztem Dampf füllen kann, z: B. wenn man die Anlage in Betrieb setzen
will. Auch für die ausreichende Überhitzung des Dampfes der Turbinenstufe i3 b ist
vorgesorgt. Gemäß Abb. 2 ist z. B. die mittelbare Überhitzung durch die Hauptleitung
17 auf ein in der Leitung 12 liegendes Mantelrohr i211 veranschaulicht; es könnte
aber auch der Dämpf der Leitung 12 über einen Überhitzer neben i711 im Kessel 15
zur Turbine.geleitet werden.
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Für das Zusammenarbeiten mit Speichergefäßen oder Lösungsvorräten,
die ein Gleichhalten der Temperatur- und Druckstufen gestatten, können die Räume
von i und 7 sowie die Leitung 12 oder 2o und unter Umständen auch ig als Speicher
erweitert werden.
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Das Ausführungsbeispiel der Abb.3 zeigt eine Heizanlage, wie sie z.
B. in einer Zuckerraffinerie benutzt werden kann. Für die gleichen Teile sind hier
die gleichen Bezugszeichen gebraucht wie in Abb. 2.
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An der Heiz--bzw. Kochleitung ig liegen z. B. unter Vakuum stehende
Kocher 26, die von .der Turbine i311 im Verein mit der Leitung 12 gespeist werden.
Die im Kocher erzeugten Brüdendämpfe werden durch Leitung 27 in den Absorptionskessel
i geführt, wo sie kondensiert werden. In die Leitung 27 ist eine Regelvorrichtung
28 eingebaut, mit welcher. der Kocher gegen den Absorptionskessel absperrbar ist.
Zur Vakuumerzeugung dient z. B. ein abschaltbarer Kaskadenkondensator 32, der durch
eine Leitung 29 mit der Einspritzpumpe 30 verbunden ist. Er kann zeitweise
auch ein tieferes Vakuum erzeugen als der Absorber i.
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Im Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 ist keine Überhitzung des im Absorptionskessel
erzeugten Dampfes vorgesehen. In diesem Falle genügt nämlich die Überhitzung durch
den . Siedeverzug und durch die etwas` heißer bei g11 eingesprühte Lösung im Verein
mit der unvermeidlichen Überhitzung des Turbinenabdampfes.
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Die Abb. 4 zeigt als Ausführungsbeispiel eine nach Art einer Lokomobile
aufgebaute Anlage für Kraft- und Heizbetrieb, bei der der Dampf nach Arbeitsleistung
in der Maschine zum Teil absorbiert, zum Teil zur Speisewasserbereitung kondensiert
und zum Teil zu Heizzwecken abgegeben werden kann.
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Die Maschine 33 erhält Dampf gleicher Spannung durch die Leitungen
12 und 17 aus dem Eindampfer 3 und der Heizschlange 2 und verwertet das Druckgefälle
nur bis zur Gegendruckspannung in einer Heizleitung ig. Ein nicht benötigter Überschuß
kann entweder gespeichert oder in einem Kondensator 22 zur Bereitung warmen Wassers
dienen. Die Abdampfleitung 31 geht in den Absorptionskessel, während die Abdampfleitung
ig als Heizdampfleitung dienen kann. Die Rohre 4 sind z. B. geschlossene Wärmekreislaufrohre,
die mit Wasser, Quecksilber o. dgl. gefüllt sind.
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Der Überhitzeranordnung wegen wird der Dampf aus der Verdampferschlange
2 in den Eindampfer 3 geleitet und mit dem Dampfe des Eindampfers gemeinsam durch
den Überhitzer i711 geführt, ehe er der Kraftmaschine zuströmt. Auch hier sind die
Kurzschlüsse und die Ventile vorgesehen, damit die Rohrschlange 2, 12 rasch auf
Druck und Temperatur kommen kann, ehe die Wirkung der Absorption einsetzt, z. B.
beim Anlaufen der Anlage oder bei außergewöhnlichen Betriebsschwankungen.