DE2712995A1 - Reservoir for hot water and high pressure steam - has welded tube sidewall with internal cooling and insulation on inner faces - Google Patents
Reservoir for hot water and high pressure steam - has welded tube sidewall with internal cooling and insulation on inner facesInfo
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Abstract
Description
Speicherbehälter Storage tank
Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter zur Aufnahme großer Heißwasser-und/oder Dampfmengen.The invention relates to a storage container for holding large Hot water and / or steam quantities.
Derartige Speicherbehälter werden z.B. benötigt zur Speicherung großer Speisewassermengen in Grundlast- oder Mittellast-Kraftwerken. Das Wasser wird bei Teillast der Anlage in den Vorwärmern zusatzlich zum dem Lastpunkt entsprechenden Speisewasserstrom aufgeheizt und in den Speicher geleitet. Bei Spitzenlast können dann die Anzapfungen geschlossen und der Kreislauf aus dem Speicher versorgt werden. Dabei wird kaltes Wasser in den Speicher geleitet. Dementsprechend entstehen Schichtungen mit hohen Temperaturunterschieden.Such storage containers are required, for example, for storing large ones Feed water quantities in base load or medium load power plants. The water is at Partial load of the system in the preheaters in addition to the corresponding load point The feed water flow is heated up and fed into the storage tank. At peak load you can then the taps are closed and the circuit is supplied from the memory. Cold water is fed into the storage tank. Stratifications arise accordingly with high temperature differences.
Speicher dieser Art eignen sich auch bei Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung. Durch ihren Einsatz kann die Erzeugung von Strom und Wärme entkoppelt und damit Spitzenstrom erzeugt werden. Außerdem kann die zu installierende Leistung der Anlage geringer gewählt werden, weil die Wärmespitzenanforderung durch den Speicher aufgefangen werden kann.Storage systems of this type are also suitable for systems with combined heat and power. Through their use, the generation of electricity and heat can be decoupled and thus Peak current can be generated. In addition, the output of the system to be installed can be chosen lower because the heat peak demand is absorbed by the storage tank can be.
Als Beispiel für die Größe eines solchen Speicherbehälters sei angeführt, daß für eine 4-stündige Spitzenlasterzeugung von 15 % bei einem 600 MW-Kraftwerk rund 8 500 m³ Heißwasser gespeichert werden müssen. Das gespeicherte Medium weist Drücke bis zu 60 bar und Temperaturen von ungefähr 250 C auf, wobei Temperaturunterschiede bei zu 200 OC als Schichtung sowie entsprechende Temperatursprünge durch Ein- und Ausspeicherung des Mediums auftreten.As an example of the size of such a storage container, that for a 4-hour peak load generation of 15% at a 600 MW power plant around 8 500 m³ of hot water have to be stored. The stored medium has Press up to 60 bar and temperatures of about 250 C, with temperature differences at 200 OC as stratification as well as corresponding temperature jumps due to entry and Storage of the medium occur.
Stahlbehälter sind dafür wegen der proportional mit dem Durchmesser und dem Druck zunehmenden Wanddicke wirtschaftlich und technisch nicht geeignet. Mit vorgespannten Gußdruckbehältern lassen sich derartige Drücke und Temperaturen beherrschen.Steel tanks are for this because of the proportional with the diameter economically and technically unsuitable for the increasing wall thickness. Such pressures and temperatures can be achieved with prestressed cast pressure vessels dominate.
Problematisch bleibt aber hier insbesondere die Frage der Abdichtung bei den vorgegebenen Temperaturdifferenzen wegen der auftretenden Verformungen.However, the question of sealing in particular remains problematic here at the specified temperature differences because of the deformations that occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wand eines Speicherbehälters der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Drücke und die Temperaturen sowie eine Temperaturschichtung, die sich zudem noch über die Oehälterhöhe verschieben kann, zu beherrschen sind.The invention is based on the object of the wall of a storage container of the type mentioned in such a way that the pressures and temperatures as well as a temperature stratification, which also shift over the height of the container can be mastered.
Diese Aufgabe wird erfindungsgeinäß dadurch gelöst, daß die Wand und die Böden des Speicherbehälters aus dicht miteinander verschweißten und von einem Kühlmittel durchströmten Rohren bestehen, daß die Wand außen von radialen Spannelementen umgeben und innen mit einer Isolierung versehen ist.This object is achieved according to the invention in that the wall and the bottoms of the storage tank from tightly welded together and from one There are pipes through which coolant flows, that the wall on the outside of radial clamping elements surrounded and provided with insulation on the inside.
Bei diesem Speicherbehälter können die aus dem Kesselbau bekannten und bewährten Konstruktionselemente verwendet werden. Durch das die Rohre durchströmende Medium wird der gesarnte Behälterkörper auf konstanter, gleicher Temperatur gehalten. Die aus Rohren bestehende Wand ist so elastisch, daß sie sich an die Spannkonstruktion anlegt, so daß die Aufnahme der Kräfte durch diese Spannkonstruktion errnöglicht wird.In this storage tank, those known from boiler construction can be used and proven construction elements are used. Through the flowing through the pipes Medium the total container body is kept at a constant, constant temperature. The wall consisting of pipes is so elastic that it adheres to the tensioning structure so that the forces can be absorbed by this tensioning structure will.
Bei großen Abmessungen des Speicherbehälters und bei hohen Drücken können zusätzlich axiale Spannelemente an der Peripherie des Behälters sowie auf dem Durchmesser und in der Mitte so angeordnet werden, daß sich zwischen ihnen annähernd gleiche Felder auf den Böden ergeben.With large dimensions of the storage tank and with high pressures can also have axial clamping elements on the periphery of the container as well the diameter and in the middle are arranged so that between them approximate result in equal fields on the floors.
Weitere Einzelheiten der Erfindung, die in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind sowie deren Vorteile, sind in der nachfolgenden Beschreibung aufgeführt.Further details of the invention which are characterized in the subclaims and their advantages are listed in the following description.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 den Längsschnitt durch einen Speicherbehälter gemaß der Erfindung Figur 2 die Draufsicht zu Figur 1 Figur 3 den Längsschnitt durch einen Speicherbehälter gemäß einer anderen Ausführungsform Figur 4 (iie Draufsicht zu Figur 3 Figur 5 einen vLrtjrti0erten Ausschnitt aus der Wand des Speicherbehälters Figur 6 den Schnitt Vl-VI riach Figur 5 Figur 7 einer vergrößerten Ausschnitt aus der Wand des Speicherbehälters gemäß einer anderen Aus ftihrungs for n, Figur 8 den Schnitt VIII-VIII nach Figtjr 7, Figur 9 den Lt-in(sschnitt durch einen Speicherbehiilter gemäß einer weiteren Ausführungsforln urid Figur 10 die Einzelheit x nach Figur 9 Die dargestellten Speicherbehälter I und 2 sind in den Dampferzeugungs-Kreislauf integriert. Sie dienen zur Speicherung des auf die erforderliche Ternperatur gebrachten Speisewassers, das iit)er kilteres Wasser geschichtet wird. Das heiße Speisewasser wird durch Öffnungen 3 iin oberen Boden 4 der Speicherbehälter 1, 2 eingespeist, während gleichzeitig ein gleichgrußes Volumen an kälterem Wasser aus den Öffnungen 5 im unteren Bodens 6 abgezogen wird. Bei der Entspeicherung wird in umgekehrter Reihenfolge vorgegangen. Je nach Ladungszustand der Speicherbehälter 1, 2 verschiebt sich daher die Trennlinie zwischen heißem und kaltem Wasser.Several embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. They show: FIG. 1 the longitudinal section through a storage container according to the invention Figure 2 is the plan view of Figure 1 Figure 3 shows the longitudinal section through a storage container according to another embodiment figure 4 (in the plan view of FIG. 3, FIG. 5 shows a partially cut-out from the wall of the storage container Figure 6 the section VI-VI after Figure 5 Figure 7 an enlarged Section from the wall of the storage tank according to another embodiment for n, Figure 8 the section VIII-VIII according to Fig. 7, Figure 9 the line in (section through a storage tank according to a further embodiment shown in FIG Detail x according to Figure 9 The storage containers I and 2 shown are in the Integrated steam generation circuit. They are used to store the required Ternperatures brought feed water, which iit) he kilteres water is stratified. The hot feed water is supplied through openings 3 in the upper floor 4 of the storage tank 1, 2 fed while at the same time an equal volume of colder water is withdrawn from the openings 5 in the lower base 6. When the storage is removed proceeded in reverse order. Depending on the state of charge of the storage container 1, 2 therefore shifts the dividing line between hot and cold water.
Die Wand 7 und die Böden 4, 6 der iin vorliegenden Fall zylindrischen Speicherbehälter 1, 2 sind aus Rohren 8 aufgebaut, die durch zwischen ihnen liegenden Stege 9 dicht miteinander verschweißt sind. Die Öffnungen 3, 5 in den Böden 4, 6 werden durch entsprechende Führungen der Rohre 8 ausgespart.The wall 7 and the floors 4, 6 are cylindrical in the present case Storage tanks 1, 2 are made up of tubes 8, which are through lying between them Web 9 are welded together tightly. The openings 3, 5 in the bottoms 4, 6 are cut out by corresponding guides of the tubes 8.
Die Rohre 8 der Böden 4, 6 und der Wand 7 gehen jeweils von einem oberen und einem unteren ringförrnigen Sarnmler 10, 11 aus. Die Rohre 8 sind durchströmt, wobei das Kühlmedium über besondere Leitungen in diese Sammler 10, 11 eingespeist bzw. aus diesen abzogen wird. Als rohrseitiges Medium kornmt das im Kondensator des angeschlossenen Dampferzeugers anfallende Kondensat bzw. ein Teilstrom davon in Frage. Als Kühlmedium kann auch das Kondensat der gleichen Aufwärmstufe verwendet werden, das als Kaltwasser in den unteren Teil des Speicherbehälters eingespeist wird. Ist ein Dampferzeuger mit Kraft-Wärme-Kopplung vorgesehen, so kann auch das Rücklaufwasser aus dem Fernwärmesystem herangezogen werden.The tubes 8 of the floors 4, 6 and the wall 7 each go from one upper and a lower annular Sarnmler 10, 11 from. The pipes 8 are flowed through, the cooling medium being fed into these collectors 10, 11 via special lines or is deducted from these. As a pipe-side medium, this occurs in the condenser of the connected steam generator accumulating condensate or part of it in question. The condensate from the same warm-up stage can also be used as the cooling medium are fed into the lower part of the storage tank as cold water will. If a steam generator with combined heat and power is provided, this can also be done Return water from the district heating system can be used.
Die radialen Kräfte aus dem Innendruck werden von Spannelementen aufgenommen, die die aus den Rohren 8 bestehende Wand 7 von außen umgeben. Nach Figur 5 und 6 bestehen diese Spannelemente aus Kabel 12, die hinter U-Eisen 13 geführt sind. Die U-Eisen 13 liegen außen an den Rohren 8 an. Mit Hilfe von Spannschlössern 14 wird auf die Kabel 12 die notwendige Spannung aufgebracht.The radial forces from the internal pressure are absorbed by clamping elements, which surround the wall 7 consisting of the tubes 8 from the outside. According to Figures 5 and 6 these tensioning elements consist of cables 12, which are guided behind U-iron 13. the U-irons 13 rest on the outside of the tubes 8. With the help of turnbuckles 14 is the necessary voltage is applied to the cables 12.
Nach Figur 7 und 8 ist die aus den Rohren 8 bestehende Wand 7 von Stahlbändern 15 umgeben. Auch hier sind wieder Spannschlösser 14 vorgesehen, mit deren Hilfe die Stahlbänder 15 gespannt werden.According to FIGS. 7 and 8, the wall 7 consisting of the tubes 8 is from Steel bands 15 surrounded. Turnbuckles 14 are also provided here, with the help of which the steel strips 15 are tensioned.
Der in Figur 1 dargestellte Speicherbehälter 1 ist aufgestellt, wobei sein unterer Boden 6 auf einem Auflager 16 ruht. Der obere Boden 4 stützt sich auf einen Träger 17 ab und ist über Konstanthänger 18 bzw. Federn in einem, den Speicherbehälter 1 umgebenden Gerüst 19 aufgehängt. Der Träger 17 kann in dem Gerüst 19 gleiten.The storage container 1 shown in Figure 1 is set up, wherein its lower floor 6 rests on a support 16. The upper floor 4 is based on a carrier 17 and is via constant hangers 18 or springs in one, the storage container 1 surrounding framework 19 suspended. The carrier 17 can slide in the framework 19.
Die axialen Kräfte auf die Böden 4, 6 wie Eigengewicht, Wassergewicht und Innendruck werden soweit wie möglich in die Wand 7 eingeleitet. Zusätzlich ist eine Herausnahme von Kräften auf beliebige Höhen des Speicherbehälters 1 über besondere Konstanthänger 20 und/oder Federn in das Gerüst 19 möglich.The axial forces on the floors 4, 6 such as dead weight, water weight and internal pressure are introduced into the wall 7 as much as possible. Additionally is a removal of forces at any heights of the storage container 1 via special Constant hangers 20 and / or springs in the frame 19 are possible.
Um bei diesem aufgestellten Speicherbehälter die Ausdehnung des Bodens zu erleichtern, kann vor der Füllung zunächst die aus den Rohren 8 bestehende Wand 7 mit Betriebstemperatur beströmt werden. Es wirken dann nur die Kräfte des Eigengewichtes auf die Auflager 16 des Bodens 6.In order to increase the extent of the floor in this erected storage container To facilitate, the wall consisting of the tubes 8 can first be used before the filling 7 can be flowed with operating temperature. Then only the forces of its own weight act on the supports 16 of the floor 6.
Mit steigenden Drücken und Volumina sind axiale Spann-Konstruktionen erforderlich.With increasing pressures and volumes, there are axial clamping constructions necessary.
Ein solcher Fall ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Bei diesem Speicherbehälter 2 ist ein den unteren Boden 6 abstützender Tragrost 21 über Hängerohre oder Hängeeisen im Gerüst 19 aufgehängt. Diese Hängeeisen 22 umgeben den Speicherbehälter 2 von außen. Der obere Boden 4 stützt sich direkt am Gerüst 19 ab. Bei besonders großen Speicherbehältern sind weitere innenliegende Hängeeisen 23 in der Mittellängsachse des Speicherbehälters 2 vorzusehen. Dazu ist zur Bildung einen Innenraumes eine weitere Rohrwand 24 angeordnet, die an den Mediumumlauf der übrigen Wand 7 und der Böden 4, 6 angeschlossen ist. Die Hängeeisen 22, 23 sind so angeordnet, daß sich zwischen ihnen annähernd gleiche Felder auf den Böden ergeben. Zwischen den äußeren Hängeeisen 22 und den innenliegenden Hängeeisen 23 können in Richtung auf die Längsmittelachse weitere gleichartige axiale Spannelemente vorgesehen werden.Such a case is shown in FIGS. With this one Storage container 2 is a supporting grid 21 supporting the lower floor 6 via hanging pipes or hanging iron suspended in the frame 19. These hanging irons 22 surround the storage container 2 from the outside. The upper floor 4 is supported directly on the frame 19. With especially large storage containers are further internal hanging irons 23 in the central longitudinal axis of the storage container 2 to be provided. For this purpose, an interior space is created further pipe wall 24 is arranged, which is connected to the medium circulation of the remaining wall 7 and the floors 4, 6 is connected. The hanging irons 22, 23 are arranged so that there are approximately equal fields on the ground between them. Between outer hanging iron 22 and the inner hanging iron 23 can be directed towards the longitudinal center axis further similar axial clamping elements are provided.
Die axiale Spannkonstruktion kann auch aus Seilen bestehen, die durch die Rohre 8 der Wand 7 geführt sind. Auf diese Weise nehmen die Seile die gleiche Temperatur wie die Rohre 8 an.The axial tensioning structure can also consist of ropes that run through the tubes 8 of the wall 7 are guided. This way the ropes take the same Temperature like the tubes 8.
Größere Wärmeverluste des gespeicherten heißen Wassers können durch wabenförmig aufgeschweißte Bleche 25 auf der Innenseite der Speicherbehälter 1, 2 vermieden werden. Das in den Waben stehende Wasser vermindert den Wärmefluß nach außen erheblich. Der Effekt kann durch eine zusätzlich aufgebrachte Isoliermasse 26, die nicht wasserdicht sein muß, verstärkt werden. Gleichzeitig wird durch die Innenisolierung eine zu einem Vermischen führende Wasserzirkulation in der Grenzschicht zwischen dem heißen Wasser und der gekühlten Wand 7 vermieden. Zusätzlich kann auf den Rohren 8 der Wand 7 der Speicherbehälter 12 und den als Spannelementen dienenden Kabel 12 oder Stahlbändern 15 eine Außenisolierung aufgebracht werden.Greater heat losses from the stored hot water can result honeycomb welded metal sheets 25 on the inside of the storage container 1, 2 should be avoided. The water standing in the honeycomb reduces the flow of heat outside considerable. The effect can be achieved through an additional insulating compound 26, which does not have to be waterproof, be reinforced. At the same time, the Internal insulation a water circulation leading to mixing in the boundary layer between the hot water and the cooled wall 7 avoided. In addition, on the tubes 8 of the wall 7 of the storage container 12 and those serving as clamping elements Cable 12 or steel strips 15 an external insulation can be applied.
Um bei den Speicherbehältern 1, 2 mit aus durchströmten Rohren 8 bestehenden Wänden 7 ein Vermischen des heißen und des kalten Wassers zusätzlich zur natürlichen Schichtung zu unterbinden, ist eine Trennscheibe 27 vorgesehen. Der Durchmesser der Trennscheibe 27 ist im wesentlichen gleich dem Durchmesser des freien Innenraumes des Speicherbehälters 1, 2. Das spezifische Gewicht der Trennscheibe 27 entspricht dem Mittelwert der spezifischen Gewichte des kalten und des heißen eingespeicherten Wassers. Damit schwimmt die Trennscheibe 27 stets auf der Schicht des kalten Wassers, so daß sie sich je nach Ladungszustand des Speicherbehälters in der Höhe verschiebt.To the storage tanks 1, 2 with existing pipes 8 with flow Walls 7 a mixing of hot and cold water in addition to the natural To prevent stratification, a separating disk 27 is provided. The diameter the cutting disk 27 is essentially equal to the diameter of the free interior space of the storage container 1, 2. The specific weight of the separating disk 27 corresponds the mean of the specific gravity of the cold and hot stored Water. So that the cutting disc 27 always floats on the layer of cold water, so that it shifts in height depending on the state of charge of the storage container.
Die aus den Rohren 8 bestehenden Böden 4, 6 und Wand 7 eignen sich ebenso als Auskleidung für Behälter, die unterirdisch in eine Kaverne eingelassen sind. Hier kann mit Hilfe des Umlaufwassers durch die Böden und die Wand die Betriebstemperatur so eingestellt werden, daß sich die Wand an die Kavernenwand anlegt und so insbesondere der Innendruck aber auch die sonstigen Kräfte von den Kavernenwänden aufgenommen werden. In einem solchen Fall kann auf die Spannkabel, Stahlbänder und Hängeeisen als Spannelemente verzichtet werden, da ihre Aufgabe von der Kavernenwand übernommen wird. Ebenso ist die Wand als Auskleidung für vorgespannte Gußdruckbehälter denkbar.The floors 4, 6 and wall 7 consisting of the tubes 8 are suitable as well as lining for containers that are embedded in a cavern underground are. The operating temperature can be set here with the help of the circulating water through the floors and the wall be set so that the wall rests against the cavern wall and so in particular the internal pressure but also the other forces absorbed by the cavern walls will. In such a case, the tension cables, steel straps and hanging irons can be used as tensioning elements are dispensed with, since their task is taken over by the cavern wall will. The wall is also conceivable as a lining for prestressed cast pressure vessels.
Bei der in der Figur 9 dargestellten Ausführungsform eines Speicherbehälters 2 ist die aus den durchströmten Rohren 8 aufgebaute Wand 7von einem durchgehenden Blechmantel 28 umgeben, an den sich die Rohre 7 anlegen. Dieser Blechmantel 28 ist seinerseits von radialen Spannelementen der Art umgeben, die oben beschrieben und in den Figuren 5 bis 8 dargestellt sind.In the embodiment of a storage container shown in FIG 2 is the wall 7 built up from the pipes 8 through which the flow passes, of a continuous one Surrounding sheet metal jacket 28, on which the tubes 7 are placed. This sheet metal jacket 28 is in turn surrounded by radial clamping elements of the type described above and are shown in FIGS.
Nach Figur 10 ist der obere Rand des Blechmantels 28 verdickt und weist Ausnehmungen 29 auf. Die Ausnehmungen 29 nehmen Bügel 30 auf, die an die Rohre 8 angeschweißt sind, so daß die Wand 7 in dem Blechmantel 28 hängt. An den Blechmantel 28 sind weiterhin Hänger 31 geschweißt, mit deren Hilfe der Blechmantel 28 in einem Querträger des Gerüstes 19 aufgehängt ist. Über ähnlich ausgebildete Hänger ist der den unteren Boden 6 tragende Tragrost 21 an dem Blechmantel 28 befestigt.According to Figure 10, the upper edge of the sheet metal jacket 28 is thickened and has recesses 29. The recesses 29 take on brackets 30 that are attached to the tubes 8 are welded so that the wall 7 hangs in the sheet metal jacket 28. To the sheet metal jacket 28 hangers 31 are also welded, with the help of which the sheet metal jacket 28 in one Cross member of the frame 19 is suspended. About similarly trained hangers is the supporting grid 21 carrying the lower floor 6 is fastened to the sheet metal jacket 28.
Der so ausgebildete Blechmantel 28 nimmt einen Teil der Axial- und Radialspannungen auf. Die restlichen Axialspannungen werden über die Wand 7 und restlichen Radialspannungen werden über die radialen den Blechmantel 28 umgebenden Spannelemente aufgenommen. Die radialen Spannelemente, wie die Kabel 12 oder die Stahlbänder 15, können dabei in geringerer Zahl vorhanden sein. Ein weiterer Vorteil des Blechmantels 28 liegt darin, daß er bei einem evtl. Undichtwerden des Speicherbehälters 2 das unkontrollierte Entweichen des sich bildenden Dampfes an der Leckstelle verhindert. Der Dampf würde bei der beschriebenen Anordnung nur kontrolliert an der Oberkante oder Unterkante des Blechmantels 28 austreten können. Schließlich ist ein Bersten des Speicherbehälters 2 durch die Aufteilung der Kräfte auf den Blechmantel 28 und die Spannelemente noch wirksamer ausgeschlossen.The so formed sheet metal jacket 28 takes part of the axial and Radial stresses. The remaining axial stresses are on the wall 7 and Remaining radial stresses are applied via the radial stresses surrounding the sheet metal jacket 28 Clamping elements added. The radial clamping elements, such as the cables 12 or the Steel belts 15 can be present in smaller numbers. Another advantage of the sheet metal jacket 28 lies in the fact that in the event of a leak in the storage container 2 prevents the uncontrolled escape of the steam that forms at the leakage point. With the arrangement described, the steam would only be controlled at the upper edge or the lower edge of the sheet metal jacket 28 can emerge. Finally there is a burst of the storage container 2 by dividing the forces on the sheet metal jacket 28 and the clamping elements excluded even more effectively.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
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