-
Verfahren zur Erzeugung von Frischdampf durch Einleiten von Abdampf
in Flüssigkeiten, wie z. B. Natronlauge. Den Gegenstand der Erfindung bildet ein
Verfahren zur Erzeugung von Frischdampf durch Einleiten von Abdampf in Flüssigkeiten,
wie z. B. Natronlauge, unter Zufuhr von Wärme zum Ersatz des Unterschieds im Wärmewert
zwischen Frischdampf und Abdampf. Es ist bereits versucht worden, Dampf niederer
Spannung in Natronlauge einzuleiten und die entstehende Wärme, welche mit hoher
Temperatur auftritt, zur Erzeugung von Dampf höherer Spannung zu verwenden. Dies
Verfahren hat insonderheit den. Nachteil, daß- die Erzeugung von Frischdampf infolge
der allmählichen Sättiaung der Lauge nur kurze Zeit hintereinander möglich ist.
Dampft man die Lauge nachher durch eine besondere Feuerung wieder ein,, so erhält
man in dem hierbei entstehenden Dampf und in der hocherhitzten Flüssigkeit zusätzliche
Wärmemengen, die man im Kreisprozeg nicht wieder nutzbar machen kann.
-
Nun, ist wei@terhiii, vorgeschlagen worden, die Eindamipfung der durch
Abdampf verdünntem Lauge nicht durch eine Feuerung, sondern mittelbar wiederum durch
Abdampf zu. bewirken. Hierbei geht jedoch die ganze Wärmemenge, welche bei der Eindämpfung
der Lauge zur Dampferzeugung aufgewandt werden muß, dem Arbeitsp,rozeß verloren.
-
Diese Nachteile soll die vorliegende Erfindung dadurch vermeiden,,
daß die beim Verdünnen der Lauge durch; Einleiten von Abdampf freiwerdende Mischungswärme
zum Eindampfen, der Lauge mitb enntzt wird.
-
Die für die Eindämpfung erforderliche Wärm-emenigebesteht aus der
Wärme, welche zur Steigerung der Temperatur der einzudampfenden Lauge erforderlich
ist, und weiterhin aus der zur Dampferzeugung aufzuwendenden Wärme. Für erstere
ist die eingedampfte Lauge der Wärmeträger (Flüssibkeitswärme), für letztere der
erzeugte Frischdampf (Dampfwärme). Beide Wärmemengen werden dem Kreis.prozeß wieder
zugefüh.rt, die Dampfwärme natürlich nach Abzwg der entnommenen Nutzleistung. Diese
Nutzleistung entspricht dem Unterschied zwischen dem Wärmewert des Frischdampfes
und dem des Abdampfes, und es läßt sich daher die Erzeugung hochgespannten Dampfes
aus niedrig gespanntem Dampf durch eine Feuerung, welche, abgesehen von unvermeidbaren
Wärmeverlusten, lediglich den Unterschied im Wärmewert zwischen Frischdampf und
Abdampf ersetzt, beliebig lange durchführen. Es lassen sich bei diesem Verfahren
die auftretenden Wärmemengen so gegeneinander abgleichen, daß die erzeugte Frischdampf
menge voll wieder von der Lauge aufgenommen werden kann. Die konzentrierte Lauge
kann vor dem Zusammentreffen mit dem Abdampf in der eigenen Lauge (Lauge mit tieferem
Siedepunkt) oder durch Druckentlastung gekühlt werden. In beiden Fällen dient ihre
Wärme zum Eindampfen
der Lauge und kommt so in vollem Umfang dem
Kreisprozeß zugute.
-
Führt man das Eindampfen der Lauge nicht ganz unter Hochdruck durch,
sondern teilweise unter höherem, teilweise unter geringerem Druck als dem Abdam:pfdruck,
so kann eine Feuerung unter Umständen überhaupt entfallen. natürlich erhält man
dann erheblich weniger Hochdruckdampf, als man Abdampf zuführt, da man ja den Abdampf
gewissermaßen in; höher gespannten und in niedriger gespannten Dampf spaltet.
-
Von Bedeutung ist auch, daß die Erzeugung von hochgespanntem Dampf
aus Abdampf ohne Anwendung mechanischer Energie erfolgt (Wärmepumpe), welcher ja
ihrerseits wieder mit großen Verlusten aus Wärmeenergie erzeugt werden muß, sowie
ohne ein Aufladen von Zeit zu Zeit, indem sich der ganze Vorgang in einem geschlossenen
Kreisprozeß abspielt.
-
Das Verfahren -wird auf der Zeichnung an Hand einiger schematiseb,
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
In der Abb. i ist eine Eindampfungsanlage dargestellt, bei welcher
der Abdampf des Heizkessels i dem Wärmetransformator u' zugeleitet wird, welcher
seinerseits die im Abdampf enthaltene Wärmemenge in Form von Frischdampf dem Heizkessel
wieder zuleitet, wobei der Frischdampf sich in der Rohrschlange :2 niederschlägt
und damit den Kessel beheizt. Die Wirkungsweise des Wärmetransformators ist dabei
folgende: In dem Kesse13 wird Natronlauge eingedampft. Im oberen Teil ist die Siedetemperatur
der Lauge der geringen Konzentration entsprechend niedrig, während sie weiter unten
mit zunehmender Konzentration immer höher wird. Durch das Rohr 4 wird die heiße
konzentrierte Lauge abgeführt, kühlt sich in der Rohrschlange 5 in der dünnen Lauge
ab, entspannt sich im Ventil 6 auf den Druck des Abdampfes des Heizkessels
i und vereinigt sich mit :dessen Abdampf im Mischer 7 unter erheblicher Wärmeentwicklung.
Die entstehende Wärme (Mischungswärme) wird in den Rohrschlangen 8, 9 und io an.
die- im Innern des Natronkessels 3 befindliche Lauge übertragen.
-
Der Mischer ist so gebaut, daß die durch das Venti16 strömende gekühlte
konzentrierte Lauge nacheinander die Rohrschlangen 8, 9 und io durchläuft, wobei
ihr jedesmal vor Eintritt in eine neue Rohrschlange ein weiterer Teil des Abdampfes
beigemischt wird. Es wird hierdurch erreicht, daß die Lauge zunächst wesentlich
höhere Temperaturen annehmen kann, ohne zu sieden, als sie dies tun könnte, wenn
sogleich, eine weitgehende Verdünnung vorgenommen würde, da der Siedepunkt mit der
Verdünnung sinkt. Die L augentemperatur ist in 8 also höher als in 9, und, in 9
ist sie höher als in io.
-
Durch ,die Pumpe i i wird die verdünnte Lauge in den Natronkessel@
3 gepumpt, tvo sie unter höherem Druck ausgedampft wird. Der entstehende Lau.gendampf
wird wiederum in der Rohrschlange 2 niedergeschlagen., während die konzentrierte
Lauge nach Kühlung in der Rohrschlange 5 wieder dem Mischer zuströmt.
-
Da der Druck im- Natronkessel3 höher ist als der Druck im Mischer
7, kann die Mischungswärme nur unter bestimmten , erhältnisse:n zur Ausdampfung
der Lauge im N atronkessel 3 herangezogen werden. Die Siedetemperatur der Natronlauge
steigt mit dem Druck, im stärkeren Maße aber noch mit der Konzentration. Die Verhältnisse
müssen daher so gegeneinander abgeglichen «-erden, daß die Konzentration der Lauge
in den Rohrschlangen 8, 9 und io größer ist als die Konzentration der jeweils außerhalb
dieser Rohrschlangen befindlichen einzudampfenden Lauge des Laugenkessels 3. Die
Konzentrationen müssen also in der Weise gegeneinander versetzt werden, daß eine
Aus-4ampfun.g über die in der Rohrschlange 8 herrschende Konzentration hinaus im
untersten Teil des Laugenkessels 3 durch Feuerung 12 von außen her bewirkt wird.
-
Im Mischer 7 sinkt die Temperatur mit zunehmender Verdünnung. Die
bei der letzten Phase der Verdünnung freiwerdende Wärme kann nicht mehr zur Verdampfung
der Lauge unter höherem Druck Verwendung finden, -da dünnere Lauge nicht vorhanden
ist, an welche sie ihre Wärme abgeben könnte. Es kann sich daher empfehlen, einen
Teil des Verdampfers unter geringen Druck zu setzen (z. B. durch Niederschlagen
des entstehenden Dampfes in einem Kondensator 13) und so den Teil des Mischers 7,
der durch die Verschiebung der Konzentrationen im Mischer und Verdampfer gegeneinander
in Abb.2 nach oben übersteht, seine Wärme an denjenigen Teil des Verdampfers 3 abgeben
zu lassen, welcher nach unten übersteht. Die letzte Phase der Verdünnung gibt dann
also ihre Wärme an die letzte Phase der Verdichung ab. Zwischen dem oberen und unteren
Teil des Behälters 3 ist eine Öffnung vorgesehen, die zweckmäßig reäelbar ist, da
in beiden Teilen des Behälters 3 verschiedener Druck herrscht.
-
Die konzentrierte Lauge wird nach der Ausdampfung durch eine Pumpe
wieder auf Atmosphärendruck gebracht und in den Mischer geleitet. Da sie bei geringem
Druck ausgedampft ist, ist sie in manchen. Fällen bereits kühl genug, in anderen
wird man sie
zwecks Kühlung, z. B: in der in Abb. i angegebenen
Weise, in geringer konzentrierterer Lauge des Verdampfers kühlen.
-
Eine weitere Möglichkeit, die Mischungswärme der dünnsten Laugenteile
des Mischers auszunutzen, besteht darin, daß man der Lauge vor Eintritt in den Verdampfer,
z. B. durch eine Leitung 14 in Abb. 3., Zusatzwasser beirn:ischt, welches durch
die äußere Feuerung 12 wieder ausgedampft werden muß, -damit die Lauge immer mit
derselben Konzentration in den Mischer 7 eintritt.
-
Gestattet der Druck des Abdampfes die Verwendung eines Dampfinjektors,
so kann die Anordnung nach Abb. q. getroffen werden. Der Mischer besteht hierbei
aus einem Injektor mit anschließender Rohrschlange. Am Stutzen 15 tritt der A'bdainpf,
am Stutzen 16 die gekühlte Natronlauge in den Inj ektor. Im Injektör wird die Lauge
zugleich verdünnt und unter Druck gesetzt, so daß sie eine sehr hohe Temperatur
annehmen kann, ohne zu verdampfen. Ihre Wärme gibt .sie in der Rohrschlange 18 an
den Verdampfer i9 ab .und entspannt sieh im Ventil2o auf den im Innern -des Natronkessels
i9 herrschenlden Druck, unter welchem sie ausgedampft wird. Die konzentrierte dicke
Lauge wird. in der Rohrschlange 2i gekühlt und darauf dem Inj ektor 17 wieder zugeführt.
Soll die volle Ausdampfun:g der Lauge ohne Feuerung von außen erfolgen, so kann
man ,den in Abb. 4 zwischen die Rohrschlange 21 und den Inj-ektor 17 eingeschalteten
Apparat 22 verwenden. Im ihm wird,die konzentrierte dicke Lauge unter geringerem
Druck als den Abdampfdruck gebraucht, so daß ein entsprechender Wasserteil noch
ausdampft. Vom Behälter 22 muß 'die Lauge evtl. zum Injektor 17 gedrückt werden.
-
Abb. 5 zeigt eine Anordnung des Wärmetransformators, welche alle Heizflächen
vermeidet. Der Injektor 17, welchem bei 15 Dampf und bei 16 konzentrierte .gekühlte
Lauge zuströmt, drückt diese unter Mischung mit dem Dampf und unter Wärmeentwicklung
in den Zwischenbehälter 23, welchen sie durch :die Düse 24 mit hoher Temperatur
wieder verläß.t. Beim Ausströmen aus der Düse 24 entspannt sich die Lauge bis auf
den gewünschten Frischdampfdruck, wobei ein Teil des in ihr enthaltenen Wassers
durch ihre eigene Flüssigkeitswärme ausgedampft wird. Der Rest kann durch Feuerung
von außen her oder in der bei Abh.4 beschriebenen. Weise durch einnochmaliges weiteres
Entspannen ausgedampft werden. Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die Verwendung
an Eindampfan:lagen beschränkt.. Der Wärmfetransformator kann ebenso gut beim Betrieb
von Dampfkraftanlagen; Verwendung finden, wie überhaupt allgemein zur Verwertung
von Wärmemengen,welche wegen ihrer niedrigen Temperatur .schwer verwertbar sind,
indem er deren Temperatur heraufsetzt und dadurch die Wärme verwendbar macht. Der
aus der Lauge ausgedampfte Dampf kann, dabei selbst als Energieträger auftreten
oder auch seine Wärme zunächst an einen Zwisc'henträg'er, z. B. an Wasser, abgeben.