Die Abwärmetechnik. Bd. 2, Der Zusammenbau von Abwärmeverwertungsanlagen für gekuppelten Heiz- und Kraftbetrieb

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DIE

ABWÄRMETECHNIK

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B E R L I N - W E S T E N D

B A N D I I :

D E R Z U S A M M E N B A U

V O N AB W A R M E V E R W E R T U N G SA N LA G E N F Ü R G E K U P P E L T E N

H E I Z - U N D K R A F T B E T R I E B

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A lle Rechte, ein sch ließ lich des Ü bersetzungsrechtes, Vorbehalten.

Copyright 1928 by R. O ldenbourg, M ünchen und B erlin.

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H E R R N W I L H E L M Z I M M E R M A N N

P A T E N T A N W A L T , B E R L I N

Z U G E E I G N E T

V o rw o rt.

Im ersten Bande der Abwärm etechnik sind zunächst im ersten Teil die verw ertbaren Abwärmequellen in industriellen Betrieben besprochen worden. Es wurde gezeigt, wie diese der Mengengröße nach erm ittelt werden und wieweit und u n ter welchen Bedingungen sie noch w irtschaftlich verw ertet wer­

den können, sei es zur Dampferzeugung, zur Bereitung von I-Ieißwasser oder zur Erzeugung von D estillat zu allen mög­

lichen Verwendungszwecken.

Im zweiten Teil wurden anschließend die G rundbestand­

teile von Abwärm everwcrtungsanlagen besprochen, und zwar:

Die W ärm eaustauscher (oder Verwerter), die Wärmespeicher, das W ärm efortleitungsnetz und zuletzt die für den gekuppelten Betrieb der Abwärme abgebenden m i t t l e r Abwärme ver­

w ertenden Anlage wichtigen A rm aturen. Äußerlich stehen diese Elem ente im Band I nur im losen Zusammenhänge zu­

einander, welcher aber bei der D urcharbeitung der Rechen­

beispiele deutlich erkennbar wird. Wie ursächlich aber diese G rundbestandteile bei aller M annigfaltigkeit der Einzelanlagen untereinander Zusammenhängen und sich gegenseitig zu mög­

lichst vollkommener Betriebssicherheit und W irtschaftlichkeit ergänzen, wird in dem hier vorliegenden zweiten Bande in ausführlicher Weise gezeigt.

Von dem Gesichtspunkte ausgehend, daß ein W ärm e­

ingenieur m it weitgehender Kenntnis des Einzelnen und der Besonderheiten unter keinen U m ständen den Blick für das Ganze verlieren soll, werden Grundschaltungen entwickelt, welche trotz der M annigfaltigkeit der einzelnen B etriebs­

erfordernisse grundsätzlich stets verw endbar sind. Es wird somit der Versuch unternom m en, Anlagetypen herauszubilden, um das Gebiet zu vereinfachen und übersichtlich zu gestalten.

VI

Die W irtschaftlichkeit ist bei diesem Versuch in den Vorder­

grund gerückt in dem Bestreben, diese Grundschaltungen stets möglichst billig für die jeweiligen Betriebserfordernisse auszu­

bilden.

D aran anschließend werden in einem besonderen A bschnitt neuzeitliche Anzapf- und Gegendruckmaschinen unter besonde­

rer Berücksichtigung der Regelung besprochen. Ein weiterer A bschnitt ist der heute so wichtigen Frage der Rationali­

sierung der Abwärme gewidmet. Den Abschluß des vorliegenden Buches bildet eine Anleitung zur Aufstellung von W irtschaft­

lichkeitsberechnungen. Verfasser hofft, auf diese Weise einen grundsätzlichen Einblick in das so wichtige Sondergebiet des gekuppelten Heiz- und K raftbetriebes geben zu können und b itte t, diesen nicht ganz leichten Versuch wohlwollend bewerten zu wollen.

B e r l i n - W e s t e n d , den 16. März 1928.

Der Verfasser.

Inhaltsverzeichnis.

Seite V o r w o r t ... V

A b s c h n i t t I. A llgem eine w irtschaftliche G esich tsp u n k te. . 1

A b s c h n i t t II. Verfahren zur F eststellu n g des A bw ärm e­ anfalles und der zw eckm äßigsten V erw ertung desselben im jew eiligen B e t r ie b e ... 13

A b s c h n i t t III. G rundschaltungen für A bw ärm everw ertungs­ anlagen ohne S p e ic h e r ... 22

1. Schaltungen für A b- und Z w isc h e n d a m p f...22

a) Für D a m p fv e r b r a u c h e r ...22

b) Für Ile iß w a sse r v e r b r a u c h e r ... 48

c) Dam pfdruckm inderungs- und V erteilerstation . . . 60

2. Grundschaltungen für V erbrennungskraftm aschinen. . 70

a) Für D ieselm otore... 70

b) Für G a s m a sc h in e n ... 78

c) Für industrielle Ö f e n ...84

A b s c h n i t t IV . Grundschaltungen für A bw ärm everw ertungs­ anlagen m it S p e i c h e r ... 89

1. Die S p e ic h e r g r u n d s c h a ltu n g e n ...89

2. Schaltungen für R u t h s - S p e i c h e r ... 99

3. Schaltungen für R a te a u -S p e ic h e r ...105

a) Zur K rafterzeugung bei D am pfkraftanlagen und V erbrennungskraftm aschinen... 105

b) Zu H eizzw ecken bei D a m p fk r a ft a n la g e n ... 112

4. Schaltungen für H eißw asserspeicher... 114

A b s c h n i t t V. Die neuzeitlichen H eizungs-K raftm aschinen für hohe und höchste D r ü c k e ...127

1. T heoretische G r u n d l a g e n ...127

2. D er G eg en d ru ck -B etrieb ... 134

S e ite

3. Der E n t n a h m e - B e t r ie b ... 135 4. D er A u s g le i c h ...136 5. Gegendruck- und E n tn a h m e tu r b in e n ... 138 6. Gegendruck- und E ntnahm e-K olbenm aschinen . . . . 160 A b s c h n i t t V I. D ie V erheizung hochw ertiger A n fa llg a se . . 173 A b s c h n i t t V II. Die R ationalisierung der Abwärm e . . . . 189 S c h lu ß . Die A ufstellung von W irtschafllichkeitsberechnungon

von A b w ä rm ev erw ertu n g sa n la g en ... 194 V III

Allgem eine w irtschaftliche G esichts­

punkte.

F ür jedes Erw erbsunternehm en stellt ganz allgemein der Unterschied zwischen Einnahm en und Ausgaben den Gewinn dar.

Dieser Gewinn wird um so größer ausfallen, je geringer die Ausgaben gegenüber den Einnahm en sind.

Es muß deshalb das vornehm ste Bestreben der Leitung eines Unternehm ens darauf gerichtet sein, die Ausgaben, an welchen die Betriebskosten einen großen Anteil haben, w eit­

gehend einzuschränken.

U nter diesen Betriebskosten spielen wieder die Aufwen­

dungen für die B etriebskraft eine so einschneidende Rolle, daß in A nbetracht des beute auf das äußerste angestrengten W ettbew erbes, die Ertragsfähigkeit eines Fabrikbetriebes von den Kosten der B etriebskraft wesentlich m itbeeinflußt wird.

Weil nun die Ertragsfähigkeit vieler technischer Betriebe durch die Verwertung der anfallenden Abfallstoffe gesteigert wird, oder überhaupt hierdurch erst gegeben ist, so t r i t t die Notwendigkeit ein, die in solchen Betrieben anfallenden und bisher nicht verw erteten Abfallwärmemengen n utzbar zu machen, und zwar auf möglichst billige Weise.

Schon infolge der Gleichwertigkeit von W ärm e und Arbeit stellt W ärm e einen wirtschaflichen W ert dar, der um so höher zu veranschlagen ist, je höher die zugehörige T em peratur liegt.

Je m ehr sich die T em peratur der zu verwertenden Abfallwärme derjenigen der Umgebung nähert, um so geringwertiger wird sie, bis sie in dem Augenblick gänzlich wertlos wird, wo sie die T em peraturstufe der Um gebung erreicht hat.

B a l c k e , A bw ärm etechnik II. 1

Auf dieser Stufe findet kein W ärm eübergang m ehr s ta tt.

Es kann also m it ihr nichts m ehr gewonnen werden, auch wenn die W ärmemenge noch so groß ist.

Folgendes Beispiel verdeutlicht das hier Dargelegte:

Das aus einer Maschinenanlage austretende Kühlwasser habe eine T em peratur von 40°. Die stündlich abfließende W assermenge betrage 4000 1. Die m it dem W asser fortgehende Abwärmemenge ist alsdann, wenn die spez. W ärm e = 1 ge­

setzt w ird : ^{40 Q 0} # 4Q = .j^{6 0 0 0 0} kcul/h .

Trotzdem ist diese große W ärmemenge nicht zur Be­

heizung, z. B. einer Trockenkam m er zu verwenden, welche an sich stündlich vielleicht nur einen Teil der W ärmemenge benötigt, aber eine T em peratur von beispielsweise 50° baben muß, weil die T em peraturstufe des Kühlwassers niedriger liegt als die der Trockenluft.

T räte dagegen das W asser m it 70° aus der Maschinen­

anlage aus und würde durch Heizrohre geleitet, in denen es sich aus 50° abkühlt, so ständen

4000 (70 — 50) = 80000 kcal/h zur Verfügung.

Da zur Erw ärm ung von 1 m³ L uft um 1° C etw a 0,31 kcal erforderlich sind, so können m it 80000 kcal bei + 10° C A ußen­

lufttem peratur

80000 „ , rn Ö ^ l (50 —llÖ)" ” I L u ft von + 10° auf + 50° C erw ärm t werden.

Der Gedanke der Abwärm everwertung ist nicht neu.

Schon Jam es W a tt h a t A bdampf zur Raumheizung und W asser­

anw ärm ung für Bäder und technische Zwecke benutzt. Seit Jahrzehnten sind auch beispielsweise hinter den Dampfkesseln angeordnete und zur A usnutzung der Rauchgase verwendete Ekonom iser1) bekannt, sowie die A bdam pfverw ertung von Speisepumpen. Auch wurden schon längere Zeit vor dem W elt­

kriege in Einzelfällen Abhitzekessel zur Dampferzeugung J) Edward Green m achte im Jahre 1845 die ersten Versuche m it einem Kohle sparenden Speisewasservorwärm er, w elchen er Ekonom iser nannte.

hinter Glühöfen und Rekuperatoren hinter Hochöfen zur A n­

w ärm ung der V erbrennungsluft aufgestellt. Im großen und ganzen w urde aber der A bwärm everwertung lange Zeit wenig A ufm erksam keit geschenkt.

Bei- W ärm ekraftanlagen richtete m an z. B. das H a u p t­

augenmerk früher fast ausschließlich auf den mechanischen und therm o-dynam ischen W irkungsgrad der Kraftm aschinen, welche zu diesem Zweck konstruktiv bis zum äußersten ver­

vollkom m net wurden, w ährend die W ärm ew irtschaftlichkeit der Gesamtanlage der Vernachlässigung anheim fiel.

Noch ungünstiger aber lagen in dieser Beziehung die V er­

hältnisse bei industriellen Feuerungen. Hier gab m an sich zufrieden, wenn die gewünschte W irkung möglichst vollkommen erreicht wurde. Wieviel W ärm e aber bei dem jeweiligen Prozeß verloren ging, wurde nicht in B etracht gezogen und wird auch heute noch da, wo die Kohle billig ist, oft sehr vernachlässigt.

Abwärme w urde vielfach sogar als lästiges Nebenerzeugnis angesehen, welches so gut als es ging und so schnell wie möglich beseitigt wurde.

E rst seit 15—20 Jahren m achte sich insofern ein U m ­ schwung bem erkbar, als Abwärm everwertungsanlagen nicht m ehr zu den Ausnahm en gehörten vrie früher. Dieser ein­

setzende Umschwung wurde gewaltig gefördert durch die w irt­

schaftlichen Folgeerscheinungen des W eltkrieges. Besonders unser plötzlich so verarm tes Deutschland konnte sich nur emporraffen, wenn alle Betriebe u. a. auf die äußerste H erab­

setzung ihrer laufenden B etriebsunkosten sahen, von denen, wie gesagt, das Erzeugungskonto für K raft und W ärm e und so­

m it vornehm lich das Brennstoffkonto einen großen Anteil hat.

Aber nicht nur für jeden industriellen Einzelbetrieb spielt das Brennstoffkonto eine m itentscheidende Rolle, sondern auch für die deutsche Volkswirtschaft als Ganzes. Die Ver­

ringerung der Erzeugung und die erhebliche Steigerung der Förder- und Transportkosten, dazu der hohe W ert der Kohle für die A usfuhr und dam it zur Verbesserung unserer H andels­

bilanz, machen die größte Sparsam keit zur Bedingung. Es kom m t hinzu, daß Kohle und alle anderen Brennstoffe n atu r- notwendig teu re r werden müssen, weil vom V orrat gezehrt wird. Es ist deshalb heute eine Lebensfrage für alle Betriebe,

1*

4

die Gestehungskosten für K raft und W ärme durch Erfassung, Einschränkung und Verwertung der Abwärmequellen, soweit angängig, herabzudrücken.

Der A bwärm everwertung wurden durch diese w irtschaft­

lichen Erkenntnisse vollkommen neue Anregungen gegeben.

Die besondere Stellung der Kraftm aschine innerhalb des Be­

triebes verschob sich m it der E rkenntnis der wirtschaftlichen Vorteile, welche die Verbindung der Krafterzeugung m it der Abwärm everwertung m it sich bringen. W ährend früher die Krafterzeugung als alleiniger Selbstzweck b etrach tet wurde, brach sich in den letzten Jahren die E rkenntnis Balm, daß in vielen Fällen großen W ärm everbrauches für Heizungs-, Trock- nungs-, Kochzwecke und dergleichen, die K raft für den Ma­

schinenbetrieb und für die Beleuchtung um gekehrt als fast kostenloses Nebenerzeugnis überall dort zu gewinnen ist, wo die Abwärmeanlage an die Stelle einer eigenen W ärm eerzeugung für den betreffenden Sonderzweck treten kann.

Die K raftm aschine wird somit zur Heizungs-Kraftm aschine und h a t als solche um so m ehr wirtschaftliche Berechtigung, als sie die Rolle einer Druckverm inderungsvorrichtung für den Heizdampf u nter gleichzeitiger Krafterzeugung spielt, während früher in Druckm inderungsventilen gedrosselter Kesseldampf in die Heizanlage geschickt werden m ußte, welcher somit für die Arbeitsleistung verloren ging. Als oberste Richtlinie gilt heute für die Abwärme nutzbringende Verwendung zu suchen, um die Kraftgestehungskosten soweit als möglich herabzu­

drücken. Jahrzehnte gültig gewesene Anschauungen über die W irtschaftlichkeit von K raftanlagen im allgemeinen und im Einzelfall stürzen in sich zusammen, um neuzeitlichen anders gerichteten Gedankengängen Platz zu machen. F rüher kam es darauf an, den therm o-dynam ischen W irkungsgrad einer Kraftm aschine so günstig wie möglich zu gestalten. Die Mehr­

kosten für eine konstruktiv vollendet durchgebildete Maschine wurden dann oft dadurch wieder eingespart, daß an der nach­

geschalteten Abwärmeverwertungsanlage irgendwelche u n ­ zweckmäßige Verbilligungsm aßnahmen getroffen wurden. — H eute ein gestürztes P ostulat! Es kom m t sehr oft heute weniger auf einen vorzüglichen therm odynam ischen W irkungs­

grad an, als darauf, geeignete M aßnahmen zu ergreifen, um

den wirtschaftlichen W irkungsgrad1) der Gesamtanlage weit gehend zu verbessern. Die Höhe d ie s e s W irkungsgrades ist allein ausschlaggebend! Zur Veranschaulichung des Gesagten sei hier als praktisches Bei­

spiel in Abb. 1 und 2 ein sehr einfacher Fall einer Heizungs- K raftm aschine angeführt, wel­

che neben der Krafterzeugung zugleich die Versorgung einer Niederdruckdam pfheizung zur Beheizung von Trockenräu­

men, z. B. in einer großen H olzbearbeitungsfabrik, über­

nim m t:

Speisepumpe Kondensatrückleitun3 Abb. 1. E in fach e Zusam m enschaltung

Zur Aufstellung gelangte einer G egendruck-D am pfm aschine m it , . r , , . einer N iederdruck-D am pfheizung und

eine einzylindrige Gegendruck- Trocknung.

25 vH Kesselverluste

W vH RohHeitungsver/usf

1,25vH

■Abkühlungsverlust indMaschine

,, 7.S5vH in Arbeit umgesetzt

1,12 vn 'Rohrleihngs-

ver/uste zurückgemnnen im

Kondensat derHeizunq 62f5vH

fü r Heizung nutzbar 1,12 vH

Abkühlungsverluste des Kondensates

A bb. 2. W ärm everleilungsdiagram m zu der in Abh. 1 dargestellten Schaltung für eine 200 PS? Gegendruck- K olbenm aschine, Zudam pfdruck 10,5 ata, 000', Gegendruck 1,1 ata. Dam pfverbrauch 8 kg/PSih.

maschine von 200 P S e, deren A bdam pf von 1,1 a ta Spannung das ganze Ja h r hindurch zum m indesten bis 70 v. II. von einer Trocknungsanlage aufgenommen wird. Der Abdam pf t r i t t

Vw = Vthth • >h ■ Vm, worin

Vtbth — den theor. therm . W irkungsgrad, t]g — den Gütegrad und

r)m — den m echanischen W irkungsgrad b edeutet.

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vorerst in einen E ntöler und nach möglichst guter E ntölung in die Rippenheizkörper des Lufterhitzers einer Holztrocknerei.

Das Kondensat wird durch einen Ekonom iser zum Dampfkessel zurückgepum pt. Im Falle, daß Ü berdruck in der Heizung entsteht, öffnet sich ein selbsttätig wirkendes N otauspuff­

ventil. Soll angestrengt — besonders im W inter — getrocknet werden, so kann von der Kesselanlage ausnahmsweise und nur zur Deckung von Spitzen gedrosselter Frischdam pf zu­

gesetzt werden, welcher durch am Boden der Trockenanlage angebrachte zusätzliche Rippenheizkörper geleitet w ird1).

Es kom m t bei der Anlage durchaus nicht darauf a n , den D am pfverbrauch der Kraftm aschine auf den niedrigstm ö glichen W ert u nter Zuhilfenahme kostspieliger M aßnahmen zu bringen, sondern m an verwendet absichtlich eine stark gebaute, einfache Maschine von m ittlerem Gütegrad m it einem entsprechend größeren Dampfverbrauch, um den Ileizdam pf für die nach­

geschaltete Heizanlage zu gewinnen. Die H eizungskraft­

maschine w irkt hier von der Heizungsanlage aus gesehen als Minderungsorgan für die Frischdam pfspannung u n ter gleich­

zeitiger Gewinnung von K raft. Obwohl hier der th erm o­

dynamische W irkungsgrad der K raftm aschine nicht der beste ist, so erreicht der wirtschaftliche W irkungsgrad doch 60 bis 80 v. H. und höher, je nach der augenblicklichen A bdam pf­

aufnahm e der m it der K raftm aschine gekuppelten Abwärm e­

verwertungsanlage .

Abb. 2 zeigt das allgemein zur Beurteilung der W irtsch aft­

lichkeit einer Gesamtanlage so wichtige W ärm eflußdiagram m für den hier herausgegriffenen Sonderfall. Der Z udam pf habe eine Spannung Aron 10,5 a ta und eine T em peratur von 300°. Die Maschine arbeite auf einen Gegendruck von 1,1 a ta und habe einen Dam pfverbrauch von 8 kg/PSjh. Die nachfolgende W ärm ebilanz ist graphisch in dem Diagramm des W ärm e­

umlaufes Abb. 22) festgelegt.

0 E s handelt sich uin m it gedrosseltem F rischdam pf beheizte Z usatzheizkörper einfachster A rt — m eist R ippenrohre — , w elche während einer Charge nur stundenw eise in Betrieb sind.

2) Siehe »Abwärmeverwertung« des Verfassers, B erlin, V d l- Verlag 1926, S. 25 u. f.

W ä r m e b i la n z . kcal/h ^{v . H.}

K e s s e lv e r lu s t... 403800 25,00 R ohrleitungsverlust zwischen Kessel und

M a s c h in e ... 22500 1,41 Abkühlungsverlust in der Maschine . . ^{2 0 0 0 0} 1,25 In A rbeit u m g e s e tz t... 126500 7,85 F ü r Heizung n u t z b a r ... 1006500 62,25 R ohrleitungsverlust in der Heizleitung. 18000 ^{1 , 1 2} Abkühlungsverlust des Kondensates . . ■18000 1 , 1 2

Zusam men: 1615300 -1 0 0 ,0 0

Bei Annahme eines Heizwertes //„ = 7000 kcal/kg für Kolile und einem W irkungsgrad der Kesselanlage von rj — 0,7x) sind zur Erzeugung der W ärmemenge von 1615300 kcal/h etw a 330 kg/h Kohle notwendig.

Dieser Idealfall einer A bdam pfverw ertung wird aber nur selten eintreten, da die erforderliche Übereinstim m ung zwischen Heizdam pfbedarf und D am pfverbrauch für die notwendige M aschinenleistung zumeist nicht vorliegt.

Eine besondere Eigenschaft läß t die Kolbenmaschine vor der D am pfturbine zur Heizungs-Kraftm aschine sehr geeignet erscheinen. B ekanntlich liegt der therm isch günstigste Teil des Dampfmaschinenprozesses im Hochdruckgebiet. Im Nieder­

druckgebiet entfernt sich die Kolbenmaschine w eiter vom idealen Prozeß, weil es aus Gründen der Größenabmessungen, Massenwirkungen und infolge der schädlichen W andwirkung nicht möglich ist, in ihr das der G rundw assertem peratur bzw.

der erreichbaren K altw assertem peratur bei Rückkühlanlagen entsprechende V akuum vollkommen auszunutzen2). Bei Ver­

wendung des Abdampfes einer Kolbenmaschine zu Heiz­

zwecken wird der für die Kraftgewinnung weniger wertvolle N iederdruckteil einfach abgeschnitten. Der m it 0,5^{— 6} a ta aus der Kraftm aschine austretende Abdam pf wird alsdann in den verschiedensten Heiz-, Koch- und Trocknungsanlagen

1) Über Wirkungsgrade von K esselanlagen s. A bw ärm etechnik I des V erf. S. 153.

2) Siehe K ondensat Wirtschaft des Verfassers. M ünchen-Berlin, Verlag R . Oldenbourg 1927, Abschn. I.

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sehr w irtschaftlich ausgenutzt. Stets aber wird die Kolben­

maschine gegenüber der Turbine durch den Nachteil benach­

teiligt sein, daß es hei ihr nicht möglich ist ein vollkommen ölfreies K ondensat zurückzugewinnen. Und gerade ein öl­

freies K ondensat ist dort zu fordern, wo hohe Kesseldrücke gefordert werden, also gerade dort, wo die Kolbenmaschine durch anderweitige Vorteile vor der Turbine den Vorsprung hätte. Dieser Nachteil ist in Zukunft aber ausschlaggebend.

Die Nachteile werden aber — wenn m an die Gesamtanlage b etra ch tet — bei Verwendung einer Turbine durch die Ge­

w innung eines völlig reinen D am pfkondensates w ettgem acht, welches ohne weiteres wieder zur Kesselspeisung verw endet werden kann.

Bei den D am pfturbinen ist der Fall therm isch anders ge­

lagert, weil um gekehrt die D am pfturbine gerade im Niederdruck­

teil den günstigeren W irkungsgrad aufweist. Im H ochdruck­

gebiet sind die Dampfreibungs-, Ventilations- und U ndichtig­

keitsverluste bedeutend höher als im M itteldruckgebiet oder im Gebiet der Luftleere. Grundsätzlich wird m an also die Turbinen m it dem besten erzielbaren Vakuum arbeiten lassen und ihre vorzüglichen Eigenschaften nicht durch die A bdam pfausnutzung preisgeben. W ird jedoch in einem Betriebe ungefähr konstante Leistung verlangt und kann gleichzeitig eine Abdampfmenge von einer Spannung > 1,0 a ta von m ehr als 80 v. H. in einer nachgeschalteten Verwertungsanlage dauernd ausgenutzt wer­

den, so kann die Turbine m it der Kolbenmaschine erfolgreich wetteifern, besonders bei Zudam pfdrücken u nter 13 ata, weil alsdann der Hochdruckteil oberhalb 13 a ta und der Nieder­

druckteil unterhalb 1,5 a ta abgeschnitten sind, d. h. die beiden Druckteile, welche den W irkungsgrad der Turbine wesentlich beeinträchtigen, und zwar der Hochdruckteil wegen seiner Spaltverluste und der Niederdruckteil wegen der dort' auf­

tretenden Dampffeuchte, wobei 10 v. H. Dam pffeuchtigkeit eine Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades der Turbine von etwa 1 v. H. zur Folge hat. Näheres siehe u n ter A bschnitt 5 dieses Bandes.

Die übrigen W ärm ekraftm aschinen werden im einzelnen Fall weniger nach den oben entwickelten G esichtspunkten der Abwärm everwertung gewählt als aus anderen Gründen.

Aber auch sie bieten die Möglichkeit, einen großen Teil ihrer Abwärme, welche in das Kühlwasser oder in die Auspuffgase übergeht, nu tzbar zu m achen um dadurch ihre W irtschaftlich­

keit ganz wesentlich zu verbessern.

Durch absichtliches vorzeitiges Abbrechen des K raft- maschinenprozesses bei Verbrennungsm otoren auf höherer Tem peraturstufe, läß t sich bei außerdem besserem Gang der Maschinen eine hochwertige Abwärmemenge gewannen, wo­

durch der Anwendungsbereich der Verbrennungskraftm aschine wesentlich erw eitert -wird (das H eißkühlverfahren)1).

W ährend bei den Dam pfkraftm aschinen 80—87 v. H. w irt­

schaftlicher W irkungsgrad und m ehr erreichbar sind, ist es bei den übrigen W ärm ekraftm aschinen u nter U m ständen auch möglich, ihn bis auf 80 v. H. und lediglich bei angew andter Abgasverwertung noch auf 45—53 v. H. zu steigern. Bei der vergleichsweisen Bewertung der verschiedenen Möglichkeiten der Krafterzeugung muß im Einzelfall dieser P u n k t berück­

sichtigt werden.

Die Verwendungsmöglichkeit der Verbrennurigskraft- maschinen als Heizungskraftm aschinen ward aber durch den Um stand eingeschränkt, daß bei ihnen die Abwärmemenge ganz von der Belastung abhängig ist. Hinzu kom m t noch bei Diesel- und Sauggasmaschinen der höhere Brennstoffpreis, welcher es allein schon verbieten würde, den W irkungsgrad der Kraftm aschine zugunsten der A bw ärm eausnutzung zu verschlechtern. Bei den Dam pfkraftm aschinen liegt der Fall anders, weil durch Veränderung des Gegendruckes oder durch Vereinigung m ehrerer Maschinen m it bestim m tem Druckgefälle oder durch Zwischendampfentnahme, W ärm e in weiten Grenzen unabhängig von der B elastung entnom m en werden kann.

Das vorhin angeführte Beispiel einer H eizungskraft­

maschine (Abb. 1 u. 2) zeigt aber weiterhin deutlich, daß bei der Anschaffung derartiger kom binierter Maschinen die Ver­

wendungsmöglichkeit der Abwärme eine ausschlaggebende Rolle spielt. Obige Anlage wird beispielsweise unw irtschaft­

*) Siehe auch »Abwärm everwertung zur H eizung und K raft­

erzeugung« des V erf., V d l-V eria g 1926, S. 25 u. f.

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lieh, wenn nicht zu mindestens 60 v. H. der Abdampfmenge ständig aufgenommen w ird.1) Sehr oft werden keine 60 v. H.

benötigt, m an hilft sich alsdann m it Entnahm em aschinen, d. h. m an zapft an einer geeigneten Stelle Zwischendampf aus der Maschine ab, während die Restdam pfm enge zur weiteren A rbeitsleistung der nächstfolgenden niederen D ruck­

stufe der Kraftm aschine zugeführt wird.

Häufig schw ankt nun nicht nur die Abwärmelieferung oder der Abwärm ebedarf, sondern der Abwärm everbrauch fällt auch zeitlich nicht m it der Lieferung zusammen. Die Zeit des Anfalles und der Verwendung der Abwärme sowie Liefe­

rungsort und V erbraucher sollten — wenn im mer möglich — zeitlich und räumlich nicht weit auseinander liegen. Günstig liegen in dieser Hinsicht z. B. die Verhältnisse in Schmieden, sofern die Abhitze der Schmiedeöfen zur Dampferzeugung und der Dampf zum Betrieb der Dam pfhäm m er verwendet werden kann. Öfen und Häm m er liegen gewöhnlich nicht weit auseinander und werden gleichzeitig gebraucht. Da­

gegen ist die Abhitze von Glüh- und Schmelzöfen oft weniger gut zur Raum heizung verw ertbar, weil die Räume, in denen die Öfen stehen, durch die W ärm eabgabe derselben infolge Leitung und Strahlung schon genügend erw ärm t werden, oder die zu heizenden Räume oft weit entfernt, z. B. in Verwaltungsgebäuden, Kauen oder in anderen W erksanlagen liegen.

In den Fällen, wo die zeitlichen oder örtlichen Verhältnisse nicht zusammenpassen, kann eine W ärmespeicherung bis zum Z eitpunkt der Verwendbarkeit oder eine Fernleitung der W ärme in zweckmäßiger Form oder beides gleichzeitig in Frage kom ­ men. Man h a t Fernheizwerke, Fernwarmwasserversorgungen und in Am erika auch Ferndam pfkraftw erke erstellt, wobei als W ärm eträger Dampf oder heißes W asser je nach dem Ver­

wendungszweck in Frage kom m t. Auch können für F ern ­ heizungen anfallende Abgase als W ärm eträger verw endet werden, wenn sie noch eine gewisse Hochwertigkeit besitzen

x) Die Schluckfähigkeit der A bw ärineverw ertungsanlage m uß bei vorgeschalteten Turbinen > 80 v. H ., bei K olbendam pf­

m aschinen 2; 60 v. H. sein, w enn ein günstiges bei V erw endung von Gegendruckm aschinen erreicht w erden soll.

und u nter hohem Druck stehen (z. B. Ferngas von Koksofen­

b atterien )1).

Nach den vorstehenden Darlegungen können zwei große G ruppen von Abwärmeverwertungsanlagen unterschieden wer­

den, nämlich:

1. Gruppe: Abwärm everwertungsanlagen o h n e Speicher,

2. Gruppe: » m i t »

Diese Unterscheidung ist auch der Gliederung des inneren Aufbaues des vorliegenden Bandes zugrunde gelegt, welcher som it in zwei H auptabschnitte zerfällt.

Die im Maschinen- und Ofenbetrieb anfallenden und verw ertbaren Abwärmemengen können zu folgenden Zwecken verwendet werden:

1. Zur Raumheizung als E rsatz der Sammelheizung m it eigenen Feuerstellen.

2. Zur W arm wasserbereitung für Reinigungs- und Auf­

bereitungszwecke.

3. Zur künstlichen Trocknung in Kanälen, Kammern, Zylindern usw.

4. Zum Im prägnieren und Dämpfen z. B. in der B au­

industrie und in der Landw irtschaft.

5. Zum Destillieren in entsprechenden A pparaten der chemischen und der Zuckerindustrie, sowie zur Be­

reitung von Zusatzspeisewasser für D am pfkraft­

anlagen.

6. Zum Kochen.

W enn nun in diesem Bande der Aufbau von Abwärm e­

verwertungsanlagen, aus den in Band I besprochenen G rund­

elementen für den gekuppelten Heiz- und K raftbetrieb be­

handelt wird, so m uß sich der Verfasser — wie bereits an­

gedeutet — in A nbetracht der M annigfaltigkeit des vo r­

liegenden Stoffes auf die Entwicklung von Grundschaltungen der beiden oben angeführten H auptgruppen beschränken,

1) N äheres siehe A u fsatz des Verf. »Die Gasfeuerung in der Zentralheizungsindustrie«. G esundheits-Ing., K ongreßheft Nr. 37, 1927, ferner A b sch n itt 6 dieses B andes.

12

welche den jeweilig vorliegenden Sonderfalle entsprechende Abänderungen erfahren können, grundsätzlich aber bestehen bleiben.

Die Herausbildung der Grundschaltungen aus der Mannig­

faltigkeit des Stoffes und die Darlegung des Rechnungsganges für jede einzelne G rundschaltung offenbaren das W esen der Abwärmetechnik. Sie bilden den U nterbau, auf dem der W ärmeingenieur dann zur Entwicklung seines Sonderfalles weiterbauen m uß. In diesem Zusammenhänge sei hier noch folgendes gesagt:

Der A bwärm etechniker darf nicht im Studium von Einzel­

heiten oder Sondergebieten den Überblick über die Gesam theit des Stoffes verlieren. E r darf nicht in seitenlangen Zahlen­

reihen oder Formeln sich und andere totrechnen, so daß er am Ende den W ald vor Bäumen nicht m ehr sieht, sondern er m uß durch möglichst knappe Annäherungsrechnungen sich ein klares Bild von den Zusammenhängen schaffen. E r muß außerdem in dem ihm unterstellten Betrieb alles in pein­

licher Ordnung haben, aber auch ein Auge behalten auf die Erfordernisse der Nachbarbetriebe und des G esam tunter­

nehmens. E r mache sich folgenden Satz zum W ahlspruch seiner T ätigkeit:

»Verbinde m it der K enntnis des einzelnen den Blick für das Ganze!«

Y erfahren zur .Feststellung des Abwärme­

anfalles u n d der zw eckm äßigsten V erw er­

tu n g desselben im jew eiligen Betrieb.

Es ist einleitend K larheit darüber zu schaffen, wie das Erm ittlungsverfahren durchgeführt werden m uß, um für die Berechnung und die konstruktive A usgestaltung einer Ab­

wärmeverwertungsanlage, die Abwärmegestellung von seiten des Abwärmegebers A (Kraftm aschine, Öfen, Gaskühler, Re­

to rten usw.) und den Abwärm ebedarf des nachgeschalteten Verwerters B nach Menge, A rt und Zeit für den jeweils in Frage kom menden Betrieb festzustellen.

Diese E rm ittlung erfolgt zweckmäßig auf statistisch-graphi­

schem Wege. Zuerst muß einerseits der W ärm eaufw and für den Abwärmegeberbetrieb A und anderseits der W ärm ebedarf für die Abwärm eaufnehmeranlage B einzeln erm ittelt werden, und zwar zuerst für jede Tagesstunde und hierauf im D urch­

schnitt für jeden einzelnen B etriebstag und Monat. Aus den E rm ittlungen ist dann der Bedarf für den Jahresdurchschnitt zu bestim m en u nter sorgfältiger Berücksichtigung der Spitzen­

belastung, wenn die Abwärm eaufnehm eranlage B das ganze Ja h r über ganz oder teilweise im Betrieb bleibt. Zumeist aber sind zwei gänzlich voneinander abweichende Zeitabschnitte im W ärm ebedarf der Anlage B festzustellen, näm lich: Der Sommer- und der W interbedarf.

D urchschnittlich wird sich aus dem gesammelten sta tisti­

schen M aterial eine überaus schlechte Übereinstim m ung nach Zeit, Menge und A rt der Anlage A und B ergeben. Man wird in solchen Fällen v o rerst durch Änderung von B etriebsbestim ­ mungen versuchen müssen, den W ärm ebedarf von A und B

möglichst weitgehend in Einklang zu bringen. Die restliche Angleichung des Verbrauches von A und D m uß schließlich durch sachgemäße A usgestaltung der Anlage zu erzielen ver­

sucht werden.

14

m ittle re Tagestem peratur in °C Abb. 3. D ie H äufigkeitskurve.

Die Abb. 3—5 zeigen in schem atischer Weise den E r­

m ittlungsvorgang. Als A bwärm everwerter B sei eine kom ­ binierte Heiz- und Trockenanlage gewählt. Zuerst wird zweck -

vorm. Tageszeit nachm.

mittlere Aussentemperatur - / 5,0°C

Abb. 4. D arstellung des m ittleren täglichen G esamtwärm ebedarfes für einen B etriebsm onat.

mäßig die allgemeine Häufigkeitskurve (Abb. 3) für die durch­

schnittliche Tagestem peratur erm ittelt. Auf der Abszissenachse werden in irgendeinem beliebigen M aßstabe von einem Null­

pu n k t aus nach links die W inter-, hach rechts die Sommer­

tem peraturen aufgetragen. Als Ordinate wird die m utm aßliche

Zahl der Tage im Jahre aufgezeichnet, an welchen die auf der Abszissenachse aufgetragene zugehörige D urchschnittstem pe­

ra tu r herrscht. Die Verbindungslinie der so gefundenen K urvenpunkte ergibt die H äufigkeitskurve (Abb. 3). Zu ihrer E rm ittlung müssen die W etterberichte der betreffenden Gegend der letzten 6 Jahre herangezogen werden. Durch Um wandlung der von der Kurve, den Endordinaten und der Abszissenachse umschlossenen Fläche in ein Rechteck gleicher Grundlinie läß t sieh die m ittlere Jahrestem peratur und m it ihrer Hilfe der m ittlere jährliche bzw. tägliche W ärm ebedarf der Verwerter­

anlage (Heizanlage) bestim men.

Sodann m uß der W ärm ebedarf für die K raftanlage fest­

gestelltw erden, und zwar für den D urchschnittsbetriebstag. Die Fälle können sehr verschiedenartig liegen, je nachdem ob es sich um Fabrikbetriebe, Krankenhäuser, Elektrizitätsw erke usw.

handelt. Das Endziel muß aber stets sein, ein monatliches W ärm e­

bedarfsdiagram m zu erhalten, wie Abb. 4 schematisch zeigt.

Der W ärm ebedarf für die Heizung ist durchschnittlich wesent­

lich größer als für die K rafterzeugung; zudem sind Heiz- und K raftbedarf vorm ittags zumeist übereinander gelagert, nachm it­

tags dagegen zeitlich verschoben. Es läß t sich aber dem Dia­

gram m auf den ersten Blick entnehm en, welche Kraftm aschine zweckmäßig aufgestellt wird. Im obigen Falle würde eine Gegen­

druckmaschine vorzuschlagen sein m it einer Zusatzbeheizung m it gedrosseltem Frischdam pf und einer W ärmespeicheranlage.

Nach Abschluß dieser E rm ittlungen m uß nun die W ahl zwischen Kolbenmaschine und Turbine getroffen werden.

Vor- und Nachteile beider D am pfkraftm aschinenarten sind im A bschnitt I des ersten Bandes klargelegt worden. Neben den an obiger Stelle angegebenen Gesichtspunkten spielen aber noch betriebliche Fragen, wie beispielsweise die Belastungs­

dauer, Belastungsschwankungen oder U m steuerbarkeit eine entscheidenden Rolle. Ist nun beispielsweise der Entscheid auf eine Turbine gefallen, so muß die zweckmäßigste B auart heraus­

gefunden werden. Man h at z. B. darüber zu befinden, ob für die Kraftm aschine von vornherein für spätere, größere Lei­

stungen, Zuschaltorgane vorgesehen werden sollen, oder ob das V akuum der Kondensation für die Einschaltung einer Vakuum dam pfheizung veränderlich gestaltet werden kann.

16

Zum Schluß wäre noch für die Sommer- und W inter­

betriebszeit das W ärm eflußdiagram m für die Gesamtanlage zu entwerfen. Ein beispielsweises W ärm eflußdiagram m für eine Entnahm em aschine für den W interbetrieb zeigt Abb. 5.

Das an Hand der Abb. 3—5 beschriebene allgemeine Verfahren ge­

staltet sich praktisch zu­

m eist wesentlich m an ­ nigfaltiger; sehr oft sol­

len z. B. Bade-, Eindick­

oder Kochanlagen gleich­

zeitig neben der Heizung m it Abwärme versorgt werden, und zwar bei zeitlich und in der Menge schwankendem Verbrauch. Hinzu t r i t t bei vielen Anlagen als erschwerenderUm stand, daß die einzelnen Ver­

braucher Dampf von verschiedener Spannung benötigen1). Auch ist oft die Belastung der Kraftm aschine schwankend, zuweilen sogar stoßweise (z. B. bei Förder- und W alzenzugmaschinen).

G rundsätzlich aber ist das E rm ittlungsverfahren in jedem Falle gleichartig. Um vollkommen in den Gang desselben ein­

zudringen, sei hier ein Schulbeispiel an einem K rankenhaus angeführt2), dessen ungefährer W ärm ebedarf für Heizung,

*) So b en ötigt z. B. D am pf von mehr als:

1 ata Spannung in der H auptsache die Papier- und P ap p en ­ fabriken zur Beheizung der Trockenzylinder, 2 ata Spannung Holzkochereien,

2— 3 ata Brennereien, K akao- und Schokoladenfabriken, 3— 4 a ta B rikettfabriken zur Entw ässerung der R ohkohle.

D ie Spannung des H eizdam pfes für die Gebäude- und W erksheizung schw ankt dagegen von 0,5 —> 1,4 ata, doch erkennt man auch heute in D eutschland die ersten A n sätze zu dem B estreben in gewissen F ällen au f H ochdruck-D am pfheizungen w ie in A m erika überzugehen.

'-) Siehe H ottinger, »A bwärm everwertung«. Berlin, V erlag J. Springer 1922. S. 147 u. f.

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A bb. 5. E in m ittleres W ärm everteilungs­

diagram m Tür das W inter-H albjahr.

L üftung und W arm wasserbereitung, W ärmeschränke, Iiocli- apparate, Desinfektions- und Sterilisationseinrichtungen fest­

liegt. Abb. ⁸ stellt den m ittleren stündlichen W ärm ebedarf w ährend der verschiedenen Monate des Jahres dar, welcher erm ittelt werden muß, aus den zuerst zu entwerfenden Schau­

bildern für den durchschnittlichen Gesamtwärmebedarf, w äh­

rend der einzelnen Stunden eines Tages in jedem Monat.

Abb. ⁶ und 7 zeigen zwei derartige Schaubilder für einen Sommer- und W intertag.

Der Bedarf der A nstalt an elektrischem Strom soll durch

•eine eigene K raftanlage gedeckt werden. In Aussicht genommen sind zwei Kolbendampfmaschinen, von denen je nach Bedarf eine oder beide in Betrieb genommen werden können. Aus den Schaubildern 9 und 10 ergibt sich die an einem Sommer­

und W intertag stündlich abgebbare Abwärmemengen in kcal, welche ihrerseits abhängen von dem jeweiligen Bedarf an Licht und K raft.

Der E rm ittlung sind Auspuffmaschinen zugrunde gelegt, welche auf einen Gegendruck von 1,5 a ta arbeiten sollen.

W erden nun 80 kW h benötigt, so sind zu deren Erzeugung

Q A # A O A

bei einem W irkungsgrad = 0,83: —Q-gg = 131 P S eh er­

forderlich. Der Zudampf h a t eine Spannung von 13 a ta bei 300° Überhitzung. Nach Zahlentafel ⁶, Band I, h at eine solche Maschine einen Dam pfverbrauch von 8,2 kg/PS eh.

Es stehen somit 131 • 8,2 = 1020 kg/h Abdam pf zur Ver­

w ertung zur Verfügung, die bei einer nutzbaren Kondensations­

wärme von 533 kcal/kg im ganzen 1020 • 533 = 543000 kcal/h an die Verwertungsanlage liefern.

Da diese Anlage für ein K rankenhaus bestim m t ist, dürfen die K raftm aschinen — zur Vermeidung von Ruhestörungen — von abends 10 U hr bis morgens ⁶ U hr nicht in Betrieb sein.

Es müssen daher zur Deckung des Strom bedarfs während dieser Zeit A kkum ulatoren vorgesehen werden, welche tagsüber aufgeladen werden müssen. Daraus ergibt sich, daß die Ma­

schinen zeitlich entsprechend den Abb. 9 und 10 laufen müssen.

Es ist- aus den Schaubildern auch zu ersehen, wann Strom aufgespeichert bzw. aus den A kkum ulatoren entnom m en werden m u ß ; ferner wieviel W ärme aus dem Abdampf jeweils

B a l c k e , A bw ärm etechnik I I 2

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Abb. 6. G esam twärm ebedarf an einem Som m ertag.

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Gesamtwärmebedarr für einen Abb. 8. M ittlerer stü n d l. W ärm ebedarf

W intertag. in den verschiedenen M onaten.

Abb. 6—8. E rm ittlu n g des G esamtwärm ebedarfes.

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OirtVtDtK'nz.rfubgtlt AkAumvlj»****»

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Abb. 9. Som m ertag. Abb. 10. W intertag.

A bb. 9—10. D ie der E lek trizitälserzeugu n g entsprechende W ärm em enge an einem Somm er- und W intertag.

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Abb. 11. Som m ertag. A bb. 12. W intertag.

A bb. 11—12. E rm ittlu n g der verfügbaren Abwärme und der notw endigen Speicherung.

Vgl. Bild 11 m it 9 und 12 m it 10.

A bb. 6— 12. Die Anw endung des graphischen Erm ittlungsverfahrens auf ein K rankenhaus.

erhältlich ist. In den Abb. 11 und 12 ist der für Sommer und W inter gleich große W ärm ebedarf für die W armwasserversor­

gung ebenfalls eingezeichnet. Es wird klar erkenntlich, wie­

weit die benötigte W ärmemenge durch den A bdam pf der Maschinen gedeckt wird und somit auch w ann und wieviel Frischdam pf zu gewissen Zeiten zugesetzt werden m uß, bzw.

wieviel Abdampfüberschuß zu anderen Zeiten anfällt, welcher in geeigneten A pparaten entweder zur Speisewasservorwärmung hauptsächlich aber in W armwasserspeichern zur Amvärmung und Aufbewahrung von Brauchwasser verw endet werden kann.

Die Beanspruchung der Kesselanlage ergibt sich aus den Abb. ⁶ und 7. An Hand der Schaubilder ist festzustellen, daß w ährend des Sommers zwei Kessel genügen, im W inter aber — infolge des Heizbedarfes — dagegen bis zu ⁸ Kessel in Betrieb genommen w'erden müssen, sofern nicht durch zweck­

entsprechende Dampfspeicher diese schwenkenden B etriebs­

zustände ausgeglichener gestaltet werden können.

Abb. 13 und 14 zeigen den W ärm ebedarf und die W ärm e­

gestellung für einen Sommertag beim Frauenhospital in Basel1).

Im Zusam menhang m it der Erw eiterung des F rauen­

spitals in Basel wurde die W ärmeerzeugung für den gesamten Bedarf des Spitals zentralisiert. Es w'urden drei Einflam m ­ rohrkessel ATon je 65 m² Heizfläche und 9 a ta Betriebsdruck aufgestellt, ferner eine elektrische D am pfkraftanlage für Drehstrom (6400 V und 14 ata), deren Leistung (1200 kW) der im Höchstfälle verfügbaren Überschußenergie entsprach und ein Dampfspeicherkessel von 31 m3 In h alt und 13 ata Betriebsdruck. F ür die W arm wasserversorgung des Spitals sind zudem zwei Kessel von 12 m³ Gesam tinhalt vorhanden, deren In h alt täglich ein- bis zweimal m it Dampf in Gegen­

strom vorw ärm ern erhitzt wird.

Die S ta d t Basel h a t ein eigenes Niederdruckw'asserkraft- werk am Rhein. Um dessen Überschußenergie n u tzb ar zu machen, stellte m an einen elektrischen Dampferzeuger im Frauenspital auf. Dieser liefert während mindestens sechs Monaten im Jah r die gesamte erforderliche W ärm e. Da aber

J) W ärm earchiv Jahrgang 8 H eft 12. A usnutzung elektr.

Ü berschußenergie durch W ärm espeicherung von E. W älder, Zürich.

2*

20

der größte Energieüberschuß und der größte Dampf verbrauch zeitlich stark auseinander liegen, so ließ sich die Aufstellung eines Dampfspeichers nicht umgehen. Die beiden W arm wasser­

kessel können außerdem m it zur Speicherung herangezogen werden, indem m an sie bei genügender Energiezufuhr auflädt.

Abb. 13. W ärme Verbrauchsdiagramm.

Abb. 14. W ärm egestellungsdiagram m . Abb. 13 und 14. W ärm everbrauch und W ärm e­

gestellung an einem Som m ertag beim Frauen­

hospital in Basel.

J a u s e n d

kcal/kg

700

600 - 500 -

*00 -

300 - T a u s e n d h c a l/h 7 0 0 r 6 0 0 -

5 0 0 -

•t 00 •

3 0 0 -

YerbraucA rc n 6 ” b is iO '3 CZD Warmnrosser 3 ,m M itt hco!

EEJ t'crbroxhsda/npf 7,7SS ’ C U KücAe 03*6 - 1— 1 W o s c h e r e i 1 J3 0 *

6333 - *

Da auch tagsüber elektrische Energie für W ärmeerzeugung zur Verfügung steht, wurde der Dampfspeicher nur für eine v er­

hältnism äßig geringe Dampfmenge bemessen. Der W ärm e­

bedarf von ^{6 00} bis 20⁰⁰ b eträg t insgesam t 6893000-kcal, vgl. Abb. 13. Im Elektro-Dampfkessel können w ährend dieser Zeit 4173000 kcal erzeugt, in den W armwasserkesseln 1000000 kcal gespeichert werden, so daß der Dampfspeicher noch für

1720000 kcal oder rd. 2600 kg Dampf von 3 a ta zu bemessen war, vgl. Abb. 14.

Der Vergleich der Abb. 13 m it der Abb. 14 kennzeichnet in klarer Weise den Ausgangspunkt und das Ziel, die dem K onstrukteur bei Anwendung des oben beschriebenen graphi­

schen Erm ittlungsverfahrens vor Augen schweben müssen, wenn er sachgemäß eine Anlage für gekuppelten Heiz- und K raftbetrieb entwerfen will.

Das angedeutete graphische Erm ittlungsverfahren er­

m öglicht bei sinngemäßer Anwendung in jedem einzelnen Falle eine sehr gute Ü bersicht über die jeweils vorliegenden Verhältnisse. Die Anwendung dieses Verfahrens ist vor allem dann von erheblichem Vorteil, wenn verschiedene Abwärm e­

quellen oder Verwendungsmöglichkeiten, verbunden m it zeit­

lichen Unterschieden in der Abwärmegestellung und im A b­

w ärm everbrauch vorhegen, so daß eine Speicherung in zweck­

mäßiger Form notwendig wird.

A bschnitt III.

Gr

fü r A bw ärm everw er- tungsanlagen o h n e Speicher.

1. Schaltungen für Ah- und Zwischendampf.

a) F ü r D a m p f v e r b r a u e b e r .

Zur V erdeutlichung der nachfolgenden Entw icklung der Grundscbaltungen werde von einem Rechnungsbeispiel aus­

gegangen :

Eine Kolbendampfmaschine von 200 PSi verbrauche bei 10,5 ata E intrittsspannung und 300° Überhitzung 5,0 kg Dampf je PS,h. Der Kondensatordruck sei 0,08 ata, der Druck unm ittelbar hinter der Maschine sei 0,10 a ta 1).

Bei Auspuff und einem Gegendruck von 1,2 a ta sei der Dam pfverbrauch 8,0 kg/PSih2). F ür Heizzwecke sollen 800000 kcal/h aufzuwenden sein, die bei Kondensationsbetrieb der Maschine, dem Kessel unm ittelbar und zwar vor dem Ü ber­

hitzer zu entnehm en sind. Die Spannung des Frischdam pfes aus der Kesselanlage wird für den Heizungsbetrieb von 11,0 a ta auf 1,2 a ta durch ein Druckm inderungsventil herabgem indert.

Der Ü berdruck von 0,2 a ta geht in der Heizungsanlage verloren, so daß das K ondensat unter dem Drucke der äußeren Atm o­

sphäre m it einer Flüssigkeitswärme von 100 kcal/kg a u s tritt3).

Das Kondensat, welches im Kondensator der Maschine, in der Heizungsanlage und gegebenenfalls im Speisewasser­

vorwärm er niedergeschlagen wird, wird den Kesseln wieder zugeführt. Bei der nachstehenden Rechnung sollen die W ärm e­

verluste in den Leitungen unberücksichtigt bleiben.

ł ) Siehe auch A bw ärm etechnik Bd. I des Verf. Z ahlentafel 22, S. 53, ferner V alerius H littig »Ileizungs- und L üftungsanlagen in Fabriken«, Leipzig, V erlag O. Spam er 1923. S. 345 u. f.

2) Siehe auchA bw ärm etechnik Bd. I des Verf. Zahlen ta fele, S. 15.

3) Entsprechend einer Tem peratur des K ondensats von 100° C 'siehe auch A bw ärm etechnik Bd. I A nm . S. 2.

Die Maschine besitze direkt geheizte Mäntel. Das M antel­

kondensat kom m t daher bei der Bestimmung des W ärm e­

inhaltes des aus der Maschine austretenden Dampfes nicht in F rage1). Der W ärm everlust der Maschine sei m it 115 kcal/PSj für beide Fälle angenommen. Es ist aber zu beachten, daß der W ärm everlust, beim Auspuffbetrieb wegen des höheren m i tt ­ leren Druckes in den Zylindern und im zwischengeschalteten Aufnehmer etwas größer sein w ird2).

Es ergehen sich also folgende Verhältnisse:

D am pfdruck in der Kesselanlage pk . . . . 11,0 ata Dampfdruck vor der Maschine pr ... 10,5 » D am pfdruck hinter der Maschine bei Konden­

sation p2 ... ^{0 , 1 0} » D am pfdruck im Kondensator p c ... 0,08 » D am pfdruck hinter der Maschine bei Auspuff­

betrieb p2' ... ^{1 , 2 0} » W ärm einhalt des Dampfes in den Kesseln vor

dem Ü berhitzer i ... 662 kcal/kg Zugehörige Flüssigkeitswärme q 183,3 » Zugehörige Verdampfungswärme r 481,2 » W ärm einhalt des Dampfes bei 10,5 a ta und

300° Ü berhitzung3) ... 729 » W ärm einhalt des trocken gesättigten Dampfes

bei 0,10 a ta i ! ... 616,7 » Zugehörige Flüssigkeitswärme q ' 45,3 » Zugehörige Verdampfungswärme r ' 571,4 » W ärm einhalt des trocken gesättigten Dampfes

bei 0,08 a ta ü ' 614,5 »

Zugehörige Flüssigkeitswärme q " 41,5 » Zugehörige Verdampfungswärme r " 573,4 » W ärm einhalt des trocken gesättigten Dampfes

bei 1,2 a ta i'" ... 640,8 » Zugehörige Flüssigkeitswärme q " ... 104,3 » Zugehörige Verdampfungswärme r " . . . . 536,5 » Flüssigkeitswärme des aus der Heizung aus­

tretenden Kondensates qc ... 100,0 »

*) Siehe Abwärmetechnik Bd. I S. 9.

2) Siehe A bw ärm etechnik Bd. I des Verf. S. 8 und 9.

3) Siehe A bw ärm etechnik Bd. I des Verf. Abb. 1, S. 3.

24

I. D a m p f- bzw. W ä rm e v e rb ra u c h bei K o n d e n sa tio n s­

b etrie b u n d d av o n g e tre n n te m H e iz b etrieb (Schaltung Abb. 15).

a) Teil 1: D ie M a s c h in e .

D„ =f L ■ D t = 200 • 5,0 ... = 1000 kg/h

Die in Arbeit umgesetzte W ärme ist:

Q2 = D„ ■ /.lhl ) = 1000 • 186 . . . . = 186000 » (Xa zwischen 10,5 ata, = 300°—» 0,1 ata.)

Der W ärm everlust in der Maschine ist:

QS = L • 115 = 2 0 0-115 = 23000 » Die W ärm e des austretenden Dampfes be-

Q a — Q i Q i (?3 —

729000— 186000 — 23000 . . . = 5 2 0 0 0 0 » Der Dam pfverbrauch der Maschine ist:

Die der Maschine zugeführte W ärm e beträgt:

Ql = Dm • i1 = 1000 • 729 = 729000 kcal

tr ä g t:

Der W ärm einhalt von 1 kg des aus der Ma­

schine austretenden Dampfes ist:

Die spez. Dampfmenge des m it 0,10 ata aus der Maschine austretenden Dampfes ist:

i - 1

Aus dem Kondensator wird die Flüssigkeits­

wärme des der Maschine zugeführten Dampfes bei 0,08 a ta entnom m en, und zw ar:

Qć = Av • (h = 1000 ■ 41,5 . . = 41500 kcal/h.

9 Siehe A bw ärm etechnik I des Verf. S. 8 und /¿»-Tafel im A nhang.

E r k lä r u n g d e r S c h a l t u n g . Der von der K esselanlage K kom m ende S attd am p f kann einerseits durch den Ü berhitzer Ü der K raftm aschine M und anderseits durch die L eitung 2 der H ei­

zungsanlage H z Zuströmen, nachdem er vorher im D ruckm inderungs­

ventil R V auf den für die H eizung b enötigten D ruck gem indert worden ist. N eben R V kann gegebenenfalls noch ein Sicherheitsventil eingebaut w erden. Sow ohl die L eitung 1 als auch 2 sind durch die Organe A von der K esselanlage absperrbar. A us der Maschine M tritt der A bdam pf durch die L eitung 3 in den K ondensator Co über.

In der L eitu n g 3 is t ein selb sttä tig arbeitender N otauspuff N A und bei K olbenm aschinen davor noch ein guter E ntöler einzubauen.

D as M aschinen- und H eizungskondensat sam m eln sich im Speise­

w asserbehälter S und werden von dort aus m it Hilfe der Speise­

pum pe P durch die L eitung 6 wieder der K esselanlage K zugedrückt, wobei vorher noch in einem Ekonom iser E das K ondensat v o r­

gew ärm t w erden kann.

A bb. 15. S c h a ltu n g fü r g etren n ten K ra ft- un d H eizb etrieb als A u sg a n g sp u n k t z u r A u sb ild u n g d er S c h a ltu n g e n fü r

gekuppelten Heiz- u n d K ra ftb e trie b .

26

b) Teil 2: D ie H e iz u n g .

Es muß der W ärm ebedarf für die Heizung von Q„ — 800000 kcal/h durch Frischdam pf gedeckt werden, wobei die Spannung desselben von 11,0 auf 1,2 a ta herabgedrosselt werden muß. W ieder gewonnen wird das aus der Heizung m it 100° C austretende Kondensat, welches der Kesselanlage wieder zufließt. Der W ärm einhalt des Dampfes ist vor und hinter dem Druckm inderungsventil bekanntlich derselbe.

Der D am pfverbrauch der Heizung ist, falls derselben u n ter Ausschaltung des Ü ber­

hitzers direkter Kesseldampf zugeführt w ird :

_ Q„ _ 800000 _ I/0 , . „ Du - £ _ - ^{6 6 2} _ ^{1 0 0} - 1423 kg/h.

Wiedergewonnen werden aus dem K ondensat:

Qu = D„ ■ qc = 1423 ^{- 1 0 0} ...= 142300 kcal.

o) Teil 1 und 2: D a m p f - bzw . W ä r m e v e r b r a u c h d e r G e s a m ta n l a g e .

Die Kessel müssen liefern:

Teil 1:

F ürdie Maschine jD.v= 1000 kg überhitzten D am pf = 729000 kcal/h T eil 2:

Für die H eizung D u = 1423 kg S a ttd am p f = 912026 » Insgesam t = 2 4 2 3 kg D am pf = 1 6 7 1 0 2 6 kcal/h.

Zurückgewonnen werden als Flüssigkeitswärme im Kon­

densat folgende W ärm em engen je Stunde:

Aus Teil 1: A us dem K ondensator Qc' — 41500 kcal/h

» » 2: A us der H eizung Q ,/ = 142300 » Insgesam t Qc' + Q n — 183800 kcal/h.

Der Gesam tw ärm everbrauch für die Anlage nach Schaltung Abb. 15 b eträgt demnach:

Q = D „ + Du — (Qc +<?»') = 1 6 7 1 0 2 6 — 183800 = 1 487 226 kcal/h

I I , D am p f- bzw . W ä rm e v e rb ra u c h bei A u sp u ffb etrieb u n d A u sn u tz u n g des A u spuffdam p fes zu r H eizung

(Schaltung Abb. 16, Grundschaltung 1).

Es soll nun der Fall b etrach tet werden, daß der Abdam pf der Maschine in die Ileizungsanlage geschickt werde. In diesem Falle wird die Maschine zur Gegendruckmaschine, denn sie arb eitet nun nicht m ehr auf die Kondensation, sondern auf die Heizung und som it in vorliegendem Falle auf einen Gegen­

dru ck von ^{1 , 2} ata.

a) Teil 1: D ie M a s c h in e . Der D am pfverbrauch der Maschine ist:

Dm = L ■ JJS = 200 • 8,0 = 1600 kg/h Die der Maschine zugeführte W ärme b e trä g t:

Qi = ]jM ■ h = 1600 -729 = 1116400 kcal Die in A rbeit um gesetzte W ärme ist:

<?2 = D„ • V ) = 1600 -102 . . . . = 163200 » {/,th zwischen 10,5, t'a = 3 0 0 °—> 1,2 ata).

Der W ärm everlust in der Maschine ist:

Q3 — L - 115 = 200 • 115 = 23000 » Die W ärm e von 1 kg des austretenden Ab­

dampfes b eträ g t:

Qa ~ Qy Q z Q z —

1166400 — 163200 — 23000. . . = 980200 » Der W ärm eeinhalt von 1 kg des aus der Ma­

schine austretenden Dampfes ist:

Qa 980200 , ,

^ = ~1600 kcai/kg.

Die spez. Dampfmenge des m it 1,2 a ta aus­

tretenden Dampfes ist:

x h z i ß — — o 948

37 ~ f " 536,5 - u’y i0 -

1) Siehe A bw ärm etechnik I des V erf. /¿'-T afel im Anhang

28

.VA

A BV

C . , - 1/1* -

E r k lä r u n g d e r S c h a l t u n g . Der von der K esselanlage K kom m ende S a ttd am p f durchström t den Ü berhitzer Ü und gelangt überhitzt in die G egendruckm aschine G M, w elche er m it einer gew issen A u strittspannung nach der A rbeitsleistung verläß t, um nunm ehr in die H eizung H z einzutreten. Zwischen der G egen­

druckm aschine G M und der H eizungsanlage H z m uß ein se lb st­

tä tig arbeitendes S icherheitsventil m it N o tau sp u ff N A und bei V erw endung einer G egendruck-K olbenm aschine auch noch ein w irksam er E ntöler Ö eingebaut w erden. Bei S tillstand der Maschine kann der H eizung auch gedrosselter D am pf von der K csselanlage K durch die U m führungsleitung 2 zu geleitet w erden. In der L eitung 2 sind je ein Absperrorgan A , ein Druckm inderungsorgan R V und ge­

gebenenfalls ein S icherheitsventil einzubauen. D as K ondensat wird m it Hilfe der Speisepum pe P durch die L eitung 6 der K esselanlagc K wieder zugedrückt. In die L eitung 6 ist ein E konom iser E zur w eiteren V orw ärm ung des zum Kessel rückfließenden K ondensates eingeschaltet.

Abb. 16. Grimdsckaltimg 1.

Die G ru n d sc h a ltu n g fü r G e g en d ru ck b e trieb .

Der W assergehalt des austretenden Dampfes ist dem nach:

1 — 0,948 = 0,052.

b) Teil 2: D ie H e iz u n g .

Der Abdam pf der Maschine gelangt m it einem W ärm einhalt

¿2 = 613 kcal/kg in die Heizungsanlage. Das K ondensat t r itt m it einem W ärm einhalt von 100 kcal/kg aus und wird zur Kesselanlage zurückbefördert. Es ist für die Heizungsanlage erforderlich:

r> Q" 800 ^{0 0 0}

D" = ^?2 v, = 613 - -TÓ0 = io6° kg/h-

Demnach werden aus dem Kondensat wiedergewonnen:

Q„ = D„ • qK = 1560 • 100 = 156000 koal/h.

Die in der Heizung nicht verbrauchte Auspuffdam pf­

menge = Dm — D„ — 40 kg/h kann zur Vorwärmung des Speisewassers in Gegenstromvonvärmern herangezogen werden.

c) Teil ! und Teil 2: D a m p f - bzw . W ä r m e v e r b r a u c h d e r G e s a m ta n l a g e n a c h S c h a l t u n g A b b . 16.

( G r u n d s c h a l t u n g 1.) Die Kessel müssen liefern:

Teil 1: F ü r die Maschine bei

Dm — 1600 kg/h Frischdam pf = 1166400 kcal/h Teil 2: Von der Heizung werden davon ge­

brau cht :

D n = 1560 kg/h Abdampf.

Der W ärm everbrauch der Gesamtanlage ist

a l s o ...— 1166400 » Wiedergewonnen w erden:

1. Aus dem K ondensat Q„ = 156000kcal/h 2. Im Speisewrasser 40 • 613 = 24520 «

Insgesam t = 180520 » Der Gesam tw ärm everbrauch ist demnach . . 985880 kcal/h