DD296338A5 - Anordnung zur dampferzeugung aus heisswasser durch entspannung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dampferzeugung aus Heiszwasser durch Entspannung. Sie kann ueberall dort Anwendung finden, wo kontinuierlich Dampf benoetigt wird und Heiszwasser, z. B. aus einem Fernwaermenetz, zur Verfuegung steht. Ziel der Erfindung ist eine kontinuierliche Dampferzeugung bei universellen Dampfparametern, guten thermischen Eigenschaften und beliebigen, auch sehr unterschiedlichen Mengen. Die Aufgabe besteht darin, bei der direkten Einspeisung und Entspannung auch bei sehr schwankender Dampfabnahme eine unkontrollierte Zweiphasenstroemung und Wasserschlaege zu vermeiden. Erfindungsgemaesz ist in der Vorlaufleitung 1 ein Nachdruckregler 13 angeordnet. Die Vorlaufleitung 1 verzweigt sich dann in mehrere Zufuehrungsleitungen 14, die mit Absperrvorrichtungen 2 und Duesenstoecken 12 versehen sind. Durch die Steuereinrichtung 17 werden in Abhaengigkeit vom vorgegebenen Druck in Entspannungsgefaesz 3 die Duesenstoecke 12 zu- und abgeschaltet. Figur{Dampferzeugung, kontinuierlich; Heiszwasser; Entspannungsgefaesz; Einspeisung, direkt; Entspannung; Wasserschlaege; Nachdruckregler; Vordruckregler; Zweiphasenstroemung; Duesenstock; Steuereinrichtung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dampferzeugung aus Heißwasser durch Entspannung. Sie kann überall dort Anwendung finden, wo kontinuierlich Dapf benötigt wird und Heißwasser, ζ. B. aus einem Fernwärmenetz, zur Verfügung steht. Das sind insbesondere Produktionsstätten, die kleinere Dampfmengen benötigen und bei denen eine Dampferzeugung mittels Primärenergieträgern nicht lohnt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei der Wärmeerzeugung aus fossilen Brennstoffen stellen große Anlagen die umweltfreundlichste und energieökonomischste Variante dar. Die Zentralisierung der Wärmeerzeugung macht allerdings umfangreiche Netze zur Fernwärmeversorgung erforderlich und setzt die Wahl eines Wärmeträgers voraus, der eine hohe Transportwürdigkeit besitzt. Dabei besitzt Heißwasser gegenüber Dampf den Vorzug. Es gibt aber Wärmeabnehmer, die auf Dampf für technologische Prozesse angewiesen sind.

Es ist allgemein bekannt, Dampf aus Heißwasser auf indirektem Wege mittels Wärmeübertragern zu erzeugen. Vorteilhaft ist hierbei die Kontinuität der Dampferzeugung und die durch die Trennung der Kreisläufe geringe Beeinträchtigung der Wasserqualität des Fernwärmesystems. Nachteilig sind die hohen Anlagenkosten und die durch die funktionsbedingt notwendige Temperaturdifferenz gesetzten Grenzen der Dampfparameter.

Eine andere Lösung zur Bereitstellung kleinerer Mengen Dampf unabhängig von Zeit und Ort der Erzeugung stellen Gefällespeicher dar. Allerdings muß ein Dampferzeuger in der Nähe des Verbrauchers vorhanden sein.

Nachteilig sind die große Speichermasse und der entsprechend große Speicherraum- bzw. Platzbedarf.

Die Dampferzeugung durch Entspannen von Heißwasser in ein Entspannungsgefäß ist bereits seit langem bekannt. So werden im DRP 126622 zwei teilweise mit Wasser gefüllte Gefäße verwendet, wobei der Dampf im ersten Gefäß durch Einspeisung und Entspannung von Heißwasser höheren Drucks mittels einer Düse erzeugt wird. Das nicht verdampfte Wasser wird in einem zweiten Gefäß einem höheren Druck ausgesetzt und dann in einem Feuerungsraum aufgeheizt. Über ein Ventil und die erwähnte Düse gelangt es in das erstgenannte Entspannungsgefäß zurück.

Durch die Einspritzung des unter Druck stehenden Heißwassers in das Entspannungsgefäß entstehen bereits starke hydraulische Belastungen in der Vorlaufleitung und den dort angeordneten Stellorganen.

Die Druckreduzierung im Entspannungsgefäß bewirkt einen teilweisen Druckabbau in den vorgelagerten Teilen, so daß sich dort eine unerwünschte Zweiphasenströmung mit entsprechend hoher Geräuschbildung und mechanischer Belastung ausbildet.

ImDRP 284403 wird deshalb vor dem Entspannungsgefäß ein Zwischenbehälter zum Abscheiden von Dampfblasen aus dem Heißwasser angeordnet. Diese Abscheidevorrichtung erfordert allerdings einen weiteren Behälter und zusätzliche Anschlüsse, ohne daß in jedem Fall, insbesondere nicht bei sich stärker ändernden Forderungen an die Dampfparameter, die genannten hydraulischen Belastungen tatsächlich vermieden werden können.

Die bisher beschriebenen Entspannungsvorrichtungen zeichnen sich dadurch aus, daß das unter Druck stehende Heißwasser in der Vorlaufleitung vor dem Entspannungsgefäß entspannt und dann in das Entspannungsgefäß oberhalb des Wasserstandes, d.h. in den wasserfreien Raum dieses Gefäßes, eingeleitet wird. Die Druckentlastung erfolgt dadurch in der Vorlaufleitung, was die Entstehung einer Zweiphasenströmung bewirkt.

Dagegen gehen das WP 267546 und das WP 267547 von dem Grundgedanken aus, im Entspannungsgefäß eine allmähliche Druckentlastung zu ermöglichen. Das Entspannungsgefäß ist deshalb ein aufrecht stehender mit einer Wassersäule gefüllter Druckkessel, bei dem die Heißwassereinspeisung deutlich unterhalb des Wasserstandes erfolgt. Damit steht die Wassersäule im Entspannungsgefäß druckerhöhend zwischen dem eigentlichen Entspannungsdruck (Dampfdruck) und dem Anschluß der Vorlaufleitung. Bei der Strömung von unten nach oben ist dann eine allmähliche Dampfblasenbildung möglich.

Das WP 267546 und das WP 267547 erfordern aufgrund der Wassersäulen in den Entspannungsgefäßen bei ihrer Realisierung große Bauhöhen. Der daraus resultierende Bauaufwand stellt einen erheblichen Nachteil dar und schließt oftmals den Einbau der Vorrichtung in vorhandene Gebäude aus. Außerdem werden große Anforderungen an die Druck- und Temperaturregelung gestellt. In vielen kleineren Produktionsstätten ist der Dampfverbrauch sehr schwankend. Nach dem bisherigen Stand der Technik (DRP 284403) wird das Heißwasser nur an einer Stelle in das Entspannungsgefäß eingeleitet. Prinzipiell ist es möglich, den Heißwasserstrom beliebig zu drosseln. Bei maximalem Zustrom besitzt der eintretende Strahl aber eine erhebliche Energie, die im Entspannungsgefäß durch besondere Vorrichtungen aufgenommen werden muß.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der Dampferzeugung aus Heißwasser, insbesondere aus Fernwärmenetzen, eine kontinuierliche Dampferzeugung bei universellen Dampfparametern, guten thermischen Eigenschaften und beliebigen Mengen bei störungsfreiem Betrieb zu gewährleisten, wobei der Aufwand an Anlagen und baulichen Hüllen gering sein soll. Dabei kommt es insbesondere darauf an, die Dampferzeugung an einen sehr schwankenden Bedarf anzupassen und dabei die Strömungsenergie des eintretenden Heißwassers im Entspannungsgefäß umzuverteilen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der direkten Einspeisung und Entspannung zur Dampferzeugung und sehr schwankender Dampfabnahme die durch eine unkontrollierte Zweiphasenströmung entstehenden Wasserschläge zu vermeiden und dabei auf die Zwischenschaltung einer Wassersäule zu verzichten. Die Strömungsenergie des eintretenden Heißwassers soll im Entspannungsgefäß nicht nur an einer Stelle wirksam werden.

Die Aufgabe wird bei einer Anordnung mit Anschluß des Heißwasservorlaufs über eine Düse in den wasserfreien Raum eines Entspannungsgefäßes, Dampfabnahme am Kopf und Rücklaufentnahme am Fuß des Entspannungsgefäßes dadurch gelöst, daß mehrere Düsen unmittelbar im Entspannungsgefäß angeordnet sind und vor den Düsen ein Nachdruckregler angeordnet ist, an dessen Nachdruckseite ein Druck über dem Dampfdruck des Heißwassers vorgegeben ist, die Vorlaufleitung in mehrere mit Absperrvorrichtungen versehene Zuführungsleitungen verzweigtist, die jeweils in einen im Entspannungsgefäß angeordneten Düsenstock einmünden. Die Düsenstöcke sind in ihrer Leistung stufenweise gestaffelt und die Absperrvorrichtungen an einen Sollwertgeber im Entspannungsgefäß über eine Steuereinrichtung gekoppelt, während die Dampfleitung mit einem Vordruckregler versehen ist, dessen Sollwertgeber ebenfalls an das Entspannungsgefäß angeschlossen ist. Dabei ist am Sollwertgeber der Absperrvorrichtungen ein höherer Wert als am Sollwertgeber des Vordruckreglers eingestellt.

Der Sollwertgeber der Absperrvorrichtungen öffnet und schließt diese stufenweise nach einem der Steuereinrichtung vorgegebenen Programm.

Die Wirkung der Anordnung ist wie folgt:

Durch die Anordnung der Düsen unmittelbar im Entspannungsgefäß wird das sich bildende Wasser-Dampf-Gemisch direkt eingeleitet und besitzt keine Fließstrecke in der Vorlaufleitung. Dadurch werden Wasserschläge vermieden. Jede Düse besitzt nur einen Bruchteil der maximalen Leistung der gesamten Anlage. Bei vollem Betrieb wird die Energie des zuströmenden Heißwassers auf mehrere Düsen verteilt. Die Steuerung ermöglicht die stufenweise Einstellung der Leistung.

Wenn der Druck im Entspannungsgefäß kleiner als der Sollwert des Vordruckreglers in der Dampfleitung ist, bleibt der Vordruckregler geschlossen (z.B. bei der Inbetriebnahme), ansonsten ist er geöffnet.

Liegt der Druck im Entspannungsgefäß unter dem am Sollwertgeber der Absperrvorrichtung eingestellten oder wird dieser gerade erreicht, so sind alle Absperreinrichtungen geöffnet. Der Vordruck in den Zuführungsleitungen ist so hoch, daß es dort zu keinen Wasserschlägen kommen kann. Steigt der Druck im Entspannungsgefäß bei geringerer Dampfabnahme, werden die Düsenstöcke entsprechend dem vorgegebenen Programm außer Betrieb genommen.

Der Sollwert zur Regelung der Heißwasserzufuhr ist deshalb höher als der für die Dampfabnahme, damit es im Entspannungsgefäß zu einem Druckaufbau kommen kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert werden:

Das Heißwasser gelangt über die Vorlaufleitung 1 mit dem Nachdruckregler 13, die Zuführungsleitungen 14 mit den Absperrvorrichtungen 2 zu den Düsenstöcken 12, wo es im Entspannungsgefäß 3 aus den Düsen 18 tritt. Das nach der Entspannung entstehende Wasser-Dampf-Gemisch wird durch die Trennwand 8 nach unten geleitet. Der bei der Entspannungsverdampfung entstehende Dampf (ca. 10% des Heißwassermassestromes) wird nach der Entfeuchtung im Flüssigkeitsabscheider 11 im oberen Teil des Entspannungsgefäßes 3 entnommen und über den Vordruckregler 7 in der Dampfleitung 6 abgeführt.

Das nicht verdampfte Heißwasser (ca. 90% des Heißwassermassestromes) wird unten aus dem Entspannungsgefäß 3 abgeleitet und mittels der Rückspeisepumpe 4 über das Regelventil 5 der Rücklaufleitung lOzugeführt.

In der Schaltsäule 9 bildet sich ein freier Wasserspiegel aus (d. h. nicht im Entspannungsgefäß 3). In Abhängigkeit von einem festgelegten Wasserstand bestimmt das Regelventil 5 die Fördermenge der Rückspeisepumpe 4.

Der Vordruckregler 7 in der Dampfleitung 6 öffnet erst bei Erreichen eines festgelegten minimalen Dampfdruckes (z. B. 0,5 MPa) am Sollwertgeber 16 und dientauch als Vorrichtung zur Begrenzung des maximalen Dampfmassestromes und somit zur Gewährleistung der gewünschten Dampfqualität.

Wird der dem Sollwertgeber 15 vorgegebene Druck (z.B.0,55 MPa) nicht erreicht, sind die Absperrvorrichtungen 2 aller Düsenstöcke 12 geöffnet. Die Düsenstöcke 12 besitzen im vorliegenden Fall eins, zwei, drei bis vier Düsen 18. Die maximale Leistung wird mit allen 10 Düsen erreicht. Steigt der Druck im Entspannungsgefäß 3 über die am Sollwertgeber 15

vorgegebenen Wert von 0,55MPa, wird über die Steuereinrichtung 17 zunächst die in der Figur dargestellte untere Zuführungsleitung 14 abgesperrt. Geht der Druck nicht zurück, werden die darüberliegende Zuführungsleitung 14 abgesperrt und die unterste wieder freigegeben. Die weitere Reduzierung der Heißwasserzufuhr ist dann wahlweise durch Absperren der beiden unteren Zuführungsleitungen 14 oder der zweiten Zuführungsleitung 14 von oben möglich. In dieser Weise kann die Heißwasserzufuhr in Stufen von 10% verringert oder wieder erhöht werden.

Claims (1)

1. Anordnung zur Dampferzeugung aus Heißwasser durch Entspannung mit Anschluß des Heißwasservorlaufs über eine Düse in den wasserfreien Raum eines Entspannungsgefäßes, Dampfentnahme am Kopf und Rücklaufentnahme am Fuß des Entspannungsgefäßes, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Düsen (18) unmittelbar im Entspannungsgefäß (3) angeordnet sind und vor den Düsen (18) ein Nachdruckregler (13) angeordnet ist, an dessen Nachdruckseite ein Druck über dem Dampfdruck des Heißwassers vorgegeben ist, die Vorlaufleitung (1) in mehrere mit Absperrvorrichtungen (2) versehene Zuführungsleitungen (14) verzweigt ist, die jeweils in einen im Entspannungsgefäß (3) angeordneten Düsenstock (12) einmünden, wobei die Düsenstöcke (12) in ihrer Leistung stufenweise gestaffelt sind und die Absperrvorrichtungen (2) an einen Sollwertgeber (15) im Entspannungsgefäß (3) über eine Steuereinrichtung (17) gekoppelt sind, während die Dampfleitung (6) mit einem Vordruckregler (7) versehen ist, dessen Sollwertgeber (16) ebenfalls an das Entspannungsgefäß (3) angeschlossen ist, wobei am Sollwertgeber (15) der Absperrvorrichtungen (2) ein höherer Wert als am Sollwertgeber (16) des Vordruckreglers (7) eingestellt ist und der Sollwertgeber (15) die Absperrvorrichtungen (2) nach einem der Steuereinrichtung (17) vorgegebenen Programm stufenweise öffnet und schließt.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen