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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Es
ist ein Kohle-Wärmekraftwerk (WKW) mit indirekter Einspeicherung
von Speisewasser bekannt. Es besteht aus einem Dampfkraftkreislauf
der Turboanlage, Ölspeicherkreislauf und einem Kreislauf
für die Spitzenlastturbine. Die Spitzenlastturbine ist
als ein Aufbau an der Haupt-Dampfturbinenanlage ausgeführt
(s.
G. Beckmann, P. Guilli "Wärmekraftspeicherung",
Verlag "MIR", 1987, S. 233, Abb. 7.16.).
Das Schaltbild des genannten WKWs und das dadurch ausführbare
Verfahren ermöglichen es, die starke Abhängigkeit
zwischen der gleichzeitigen Erzeugung der Wärme- und der
elektrischen Belastung zu beseitigen, die Gespanntheit bei der Abdeckung von
Spitzenbelastungen zu mindern.
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Der
Mangel des bekannten Schaltbildes und des dadurch verwirklichten
Verfahrens ist die komplizierte Betriebstechnik. Sie ist durch das
Vorhandensein von zusätzlichen Kreisläufen der
Spitzenlastturbine und des Ölspeichers bedingt. Bei andauernden
Abschaltungsperioden wird dadurch das Hochfahren dieser Anlagen
wesentlich erschwert. Die Errichtungskosten werden erheblich höher.
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Es
ist ein Arbeitsverfahren von einem Wärmekraftwerk bekannt.
Es umfasst eine Heizkraftturbine mit Heizdampfanzapfungen. Heizvorwärmer, Warmwasserkessel
und die Druckwasserpumpen sind an die Heizkraftturbine angeschlossen.
Der Warmwasserkessel ist in die Leitungen des Heizkraftnetzes eingeschlossen.
Im Rahmen des genannten Verfahrens wird das vom Verbraucher kommende
Wasser in zwei Parallelströme aufgeteilt. Einer der Wasserströme
wird im Hauptbetriebszustand in den Heizvorwärmern aufgewärmt.
Der zweite Wasserstrom wird im Spitzenlastbetrieb im Warmwasserkessel
erwärmt. Dabei werden die Heizwasserströme vor
der Zuführung an den Verbraucher vermischt (s. Urheberschein
der UdSSR Nr. 2148174, IPC 7 F01K 17/02 vom 15.12.1998).
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Das
bekannte Verfahren ermöglicht es, die Zuverlässigkeit
und die Wirtschaftlichkeit beim Betrieb des Wärmekraftwerks
zu erhöhen. Die Steuerfähigkeit und die Effizienz
des Kraftwerkes bei den Regelabläufen der Elektrischen-
und Wärmebelastungen können jedoch nicht erhöht
werden. Außerdem hängt die Ausführung
des Verfahrens mit dem Einsatz von einigen Transferpumpen zusammen,
welche einen hohen Energieverbrauch aufweisen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei dem die Kosten der Anlage zur Wärmeenergiespeicherung
(WESA) gesenkt werden. Außerdem sollen die Durchlaufkenndaten
der Transferpumpen gesenkt und die Abmessungen der Wärmetauscher
und der Leitungen des WESA-Kreislaufs verkleinert werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Es
ist auch zweckmäßig, als HTH Silikonöl oder
synthetische Heizmedien, z. B. die Marken ”Thermolan” bzw. ”Dautherm” einzusetzen.
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Die
vorgeschlagene Einrichtung arbeitet wie folgt:
Während
der Abnahme der elektrischen Belastung wird der Sicherheitsbestand
des Hochtemperatur-Heizmediums bis zu 250–300°C
mit dem Dampf aus Turbinenanzapfungen erwärmt. Zur Zeit
der erhöhten elektrischen Belastung werden aus dem Rückheizwasser
10–30% als der erste Wasserstrom ausgesondert. Dieser erste
Wasserstrom wird unter Druck von 4,0–8,6 MPa bis zur Temperatur
von 250–300°C mittels heißen HTHs erwärmt.
Danach wird dieser erste Wasserstrom mittels eines Injektionsmischgeräts
mit dem zweiten Wasserstrom gemischt. Der erste unter Druck aufgewärmte
Rückheizwasserstrom wird als aktive Flüssigkeit
und der zweite Wasserstrom als passive Flüssigkeit verwendet.
Das resultierende Gemisch wird in den Druckwasservorwärmer
(Netzvorwärmer) der Turbinen befördert.
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Die
Turbinendampfabzapfungen unter einer Temperatur von 250–300°C
erfolgen zur Zeit der Abnahme der elektrischen Belastung. Sie stellen
intensive Anwärmung des Silikon- bzw. synthetischen Heizmediums
sicher. Dieses Heizmedium behält seine Stabilität
innerhalb des genannten Temperatur- und Druckbereichs bei und ist
keiner Verkokung bzw. Zersetzung ausgesetzt.
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Die
Erwärmung des ausgesonderten Stroms von Rückheizwasser
mit dem heißen HTH bis 250–300°C erfolgt
ohne Wasserkochen, weil der ganze Vorgang unter einem Druck von
4,0–8,6 MPa verläuft.
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Im
Endeffekt wird ein Teil von Rückheizwasser (der erste Strom)
mit einer Temperatur von 250–300°C und unter einem
Druck von 4,0–8,6 MPa im Injektionsmischgerät
als aktive Flüssigkeit verwendet. Und das übrig
gebliebene Heizwasser (der zweite Strom) wird als passive Flüssigkeit
benutzt.
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Das
Verbrauchsverhältnis zwischen den beiden Rückheizwasserströmen
wird durch die Bedingungen für das Erreichen der erforderlichen
Heizwassertemperatur am Auslauf aus dem Injektionsmischgerät
festgelegt. Diese Temperatur wird je nach Außenlufttemperatur
in Übereinstimmung mit dem Temperaturplan des jeweiligen
Heizkraftnetzes aufrechterhalten.
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Die
Arbeitsweise der vorgeschlagenen Einrichtung wird am Beispiel des
Betriebs eines Wärmekraftwerks betrachtet. Das Schaltbild
dieses Wärmekraftwerks ist in der 1 dargestellt.
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Das
Wärmekraftwerk enthält:
- – einen
Dampferzeuger 1;
- – eine Dampfturbinenanlage 2 mit Dampfanzapfungen 3 und 4.
Die Dampfanzapfungen 3 und 4 sind jeweils an den
baumäßig vorgesehenen Heizwasservorwärmer 5 (an
seinen Ausgang in Bezug auf Heizmedium) und den Vorwärmer
für Hochtemperatur-Heizmedium 6 (an seinen Ausgang
in Bezug auf Heizmedium) angeschlossen;
- – einen Kondensator 7 der Dampfturbinenanlage 2.
Er enthält einen Kanal 8 zur Kondensatförderung
mittels einer Kondensatpumpe 9 über Unterdruckvorwärmer 10 (UDVW).
Das Kondensat wird zuerst in den Entgaser 11 zugeführt.
Anschließend wird es mittels der Speisepumpe 12 über
die Hochdruckvorwärmer 13 (HDVW) in den Dampferzeuger 1 gefördert
und eine Heizwasserleitung 14. An seinen Anschlussstellen
sind ein baumäßig vorgesehener Heizwasservorwärmer 5 und ein
Warmwasserkessel 15 angeschlossen.
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Das
Wärmekraftwerk ist auch mit einem Wärmespeicher
versehen. Er umfasst:
- – Behälter
zur Aufbewahrung von kaltem und heißem Hochtemperatur-Heizmedium
HTH (16 und 17) und
- – die Behälter sind untereinander mit einem
Wärmetausch- und Speicherkreislauf 18 verbunden.
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Der
Wärmetausch- und Speicherkreislauf 18 umfasst:
- – einen Strömungsteil (für
das aufzuwärmende Medium) des HTH-Vorwärmers 6,
- – einen Strömungsteil (für das Heizmedium)
des Hochtemperatur-Vorwärmers 19 des Rückheizwassers
und
- – Umwälzpumpen für das kalte 20 und
das heiße 21 HTH.
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Die
Ansaugsammelleitung der Umwälzpumpe 20 des kalten
HTHs ist mit dem Behälter 16 zur Lagerung des
kalten HTHs verbunden. Die Drucksammelleitung der Umwälzpumpe 20 des
kalten HTHs ist mit dem Eingang (für das aufzuwärmende Medium)
des HTH-Vorwärmers 6 verbunden. Der Ausgang des
HTH-Vorwärmers 6 (für das aufzuwärmende
Medium) ist mit dem Behälter 17 zur Lagerung des
heißen HTHs verbunden.
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Die
Ansaugsammelleitung der Umwälzpumpe 21 des heißen
HTHs ist mit dem Behälter 17 zur Lagerung des
heißen HTHs verbunden. Die Drucksammelleitung der Umwälzpumpe 20 des
heißen HTHs ist mit dem Eingang (für das Heizmedium)
des Hochtemperatur-Vorwärmers 19 des Rückheizwassers
verbunden. Der Ausgang des Hochtemperatur-Vorwärmers 19 (für
das Heizmedium) ist mit dem Behälter 16 zur Lagerung
des kalten HTHs verbunden.
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Das
Wärmekraftwerk enthält auch die Rückheizwasserleitung 22 mit
zwei gleichläufigen Rückheizwassernebenlinien
(RHW) 23 und 24. Die erste Nebenlinie 23 ist
mit einer RHW-Hochdruckpumpe 25 ausgerüstet. Die
Drucksammelleitung der Hochdruckpumpe 25 ist an den Eingang
(für das aufzuwärmende Medium) des RHW-Hochtemperatur-Vorwärmers 19 angeschlossen.
Sein Ausgang (für das aufzuwärmende Medium) ist
mit der Pumpenlinie (die Leitung für die Beförderung
der aktiven Flüssigkeit) 26 des Injektionsmischgeräts 27 verbunden.
Das Injektionsmischgerät 27 ist in die zweite
gleichläufige RHW-Nebenlinie 24 so mit eingeschlossen,
dass seine Injektionslinie (die Leitung für die Beförderung
der passiven Flüssigkeit) 28 und die Druckleitung 29 die Anbindung
der zweiten gleichläufigen RHW-Nebenlinie 24 an den
Eingang (für das aufzuwärmende Medium) des baumäßig
vorgesehenen Heizwasservorwärmers 5 sicherstellt.
Der Ausgang (für das Heizmedium) des baumäßig
vorgesehenen Heizwasservorwärmers 5 ist seinerseits
mit einem Kanal 8 für die Kondensatzuführung
(über UDVW 6) zum Entgaser 11 und danach
(über HDVW 13) zum Dampferzeuger 1 verbunden.
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Zum
Ein- und Abschalten des Warmwasserkessels 15 ist er mit
einer Beipassleitung 30 und mit Absperr- und Regelventilen 31 und 32 versehen.
Das erste der Ventile ist in der Beipassstrecke der Leitung 30 angeordnet.
Die übrigen Ventile sind in der umgangenen Strecke der
Rohrleitung angeordnet.
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Um
die Verbrauchswerte in den zwei RHW-Nebenlinien 23, 24 zu ändern,
werden die jeweiligen Absperr- und Regelventile 33, 34 benutzt.
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Die
Drucksammelleitung der RHW-Hauptpumpe 35 ist mit dem Eingang
(für das aufzuwärmende Medium) des baumäßig
vorgesehenen Heizwasservorwärmers 5 verbunden.
Die Ansaugsammelleitung der RHW-Hauptpumpe 35 ist mit der
Druckleitung 29 des Injektionsmischgeräts 27 verbunden.
Die RHW-Hauptpumpe 35 wird in den Betriebszuständen von
Wärmeabgabe aus Turbinenanzapfungen an die Verbraucher
benutzt. Während der Spitzenbelastungszeit, d. h. im Entladebetrieb
des Wärmespeichers darf die Hauptpumpe abgeschaltet werden.
Zur Funktionssteuerung der RHW-Hauptpumpe 35 sowie für
ihre Ein- und Abschaltung ist sie mit einer Beipassleitung 36 und
mit Absperr- und Regelventilen 37, 38 versehen.
Das erste Ventil ist in der Beipassstrecke der Leitung 36 angeordnet.
Die übrigen Ventile sind in der umgangenen Strecke der
Rohrleitung angeordnet.
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Um
den Anlauf sowie die Funktionssteuerung des Injektionsmischgeräts 27 zu
vereinfachen, wird das Absperr- und Regelventil 39 benutzt.
Es wird in der Pumpenleitung 26 des Injektionsmischgeräts 27 eingebaut.
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Die
Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt während
des Betriebs des beschriebenen Kraftwerkes in folgender Weise:
Während
der Abnahme der elektrischen Belastung des Kraftwerkers (normalerweise
in der Nachtzeit) wird die erhöhte Dampfentnahme aus den
Anzapfungen 3, 4 der Turbine 2 vorgenommen.
Diese erhöhte Dampfentnahme wird zur Aufwärmung
von Hochtemperatur-Heizmedium (HTH) im Vorwärmer HTH 6 und von
Heizwasser im baumäßig vorgesehenen Vorwärmer 5 benutzt.
Die Belastungsabnahmezeiten des Kraftwerkes dienen als Ladezeit
des Wärmespeichers. In dieser Zeit wird das kalte HTH (mit
einer Temperatur von ca. 60–80°C) aus dem Behälter 16 zur
Lagerung des kalten HTHs mittels Umwälzpumpe 20 des
kalten HTHs zum Vorwärmer HTH 6 befördert. Nach
der Anwärmung von HTH wird es im Behälter 17 zur
Lagerung des heißen HTH gespeichert. Das Kondensat von
dem entnommenen Dampf wird nach den Vorwärmern in den Speisewasserhauptkanal 8 zurückgeführt.
Während der zunehmenden elektrischen Belastung des Kraftwerkes
(in der Spitzenbelastungszeit) wird das aufgespeicherte heiße
HTH aus dem Behälter 17 mittels Umwälzpumpe 21 zum Eingang
(für das Heizmedium) des RHW-Hochtemperatur-Vorwärmers 19 zugeführt.
Der Ausgang des RHW-Hochtemperatur-Vorwärmers 19 (für
das Heizmedium) ist mit Behälter 16 zur Lagerung
des kalten HTHs verbunden. An anderer Seite wird nur ein Teil des
Rückheizwasserstroms (10–30%) zum Eingang (für
das aufzuwärmende Medium) des RHW-Hochtemperatur-Vorwärmers 19 mittels
Hochdruckpumpe 25 (unter Druck von 4,0–8,6 MPa)
befördert. Die genaue Menge von dem durch die Hochdruckpumpe 25 geförderten
RHW ist von der Außenlufttemperatur, dem Betriebszustand
des RHW-Hochtemperatur-Vorwärmers 19 und des Temperaturplans
des Heizkraftnetzes abhängig.
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Das
unter Druck aufgewärmte Wasser (dies schließt
das Aufkochen bei 250–300°C aus) wird in die Pumpenlinie 26 des
Injektionsmischgeräts 27 befördert. Hier
wird dieses Wasser als aktive Flüssigkeit verwendet. Der
restliche Rückheizwasserstrom wird in die auszustoßende
Leitung 28 des Injektionsmischgeräts 29 befördert.
Hier dient dieses Wasser als passive Flüssigkeit. Nach
der Vermischung im Injektionsmischgerät 27 bekommen
die beiden Rückheizwasserströme 23, 24 die
gleiche gemeinsame Temperatur. Diese Temperatur wird im Wärmeabgabe-Temperaturplan
baumäßig vorgesehen. Das gemischte Wasser strömt
in den Eingang (für das aufzuwärmende Medium)
des baumäßig vorgesehenen Heizwasser-Vorwärmer 5 über die
Beipassleitung 36 ein (oder über den Hauptkanal
der RHW-Hauptpumpe 35; dies erfolgt nach dem Absperren
der Rohrleitung 36 durch das Absperr- und Regelventil 37 bei geöffneten
Absperr- und Regelventilen 38).
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Nachdem
das Heizwasser den baumäßig vorgesehenen Vorwärmer 5 passiert
hat, wird es (über den Warmwasserkessel 15 oder
daran vorbei) ins auswärtige Heizungsnetz 14 befördert.
Da das Wasser in den baumäßig vorgesehenen Vorwärmer 5 bereits
im aufgewärmten Zustand einströmt, so werden die
Dampfanzapfungen 3 automatisch gesperrt, und der Dampfverbrauch über
den Strömungsteil der Turbine 2 steigt an. Dies
verursacht die Leistungssteigerung der Turboanlage, weil die Heizkraftturbine in
diesem Fall als Kondensationsturbine funktioniert.
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Dank
der teilweisen Erwärmung von Heizwasser unter Druck bis
zur Temperatur des Hochtemperatur-Heizmediums werden Bedingungen
für die Sicherstellung von einem intensiven Wärmeaustausch
zwischen den Medien geschaffen. Diese Tatsache ermöglicht
die Verkleinerung der Wärmetauscher und der Kreislaufleitungen
der Anlage zur Wärmeenergiespeicherung. Das bedingt seinerseits
die Kostensenkung im Zusammenhang mit dem Aufbau der Anlage. Außerdem
werden in dieser Erfindung neben dem System zur Wärmespeicherung
gleichzeitig solche Heizwasserförderungsmittel wie Injektionsgeräte
benutzt. Dies ermöglicht es, den Überdruck des
Mediums ”auszunutzen” (bei diesem Druck erfolgt
die vorzeitige Hochtemperaturanwärmung des Mediums), was
die Senkung von Durchflusskenndaten der Transferpumpen sicherstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - G. Beckmann,
P. Guilli ”Wärmekraftspeicherung”, Verlag ”MIR”,
1987, S. 233, Abb. 7.16. [0002]