DE3707678A1

DE3707678A1 - Apparatur fuer dampfentnahme und entwaesserung von dampf-fernleitungen mit gleichzeitiger waermeuebergabe an waermeverbraucher vorzugsweise als hausstation von dampf-fernheizungen

Info

Publication number: DE3707678A1
Application number: DE19873707678
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Ing Maly
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-10
Filing date: 1987-03-10
Publication date: 1988-09-22

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Apparatur, die gleichzeitig zur

a) Dampfentnahme aus einer Dampf-Fernleitung für Heizungszwecke (oder für sonstigen Wärmeverbrauch),
b) Entwässerung der Dampf-Fernleitung, und
c) Wärmeübergabe an den Wärmeverbraucher mit Ausnutzung des Wärmeinhalts des Leitungskondensats und des Kondensats des Wärmeverbrauchers

dient, und außerdem bewirkt, daß die Verlegung der Dampf-Fernleitungen (Dampfversorgungsleitungen) vereinfacht und verbilligt und der Aufbau des Versorgungsnetzes weitgehend unabhängig vom Gelände verlauf ermöglicht wird.

Bei der heute bekannten Bauweise der Dampf-Fernheizungen wird das Kondensat des Wärmeverbrauchers in der sog. Kondensatleitung zum Heizwerk zurückgeführt. Dieses Kondensat ist in der Regel unterkühlt, d. h., seine Temperatur ist kleiner als die zum herr schenden Druck zugehörige Sättigungstemperatur.

Neben diesem Kondensat fällt noch das sog. Leitungskondensat (auch/ "Fernkondensat") in der Dampf-Fernleitung an: ein Teil des strömenden Dampfes kondensiert aufgrund der Wärmeverluste der Leitung. Dampfleitungen müssen daher - soweit sie in Betrieb sind - ständig entwässert werden.

Zu diesem Zweck werden sie mit Gefälle verlegt und an den tiefsten Stellen mit Entwässerungseinrichtungen ausgestattet (Wassersack an der Dampfleitung, Anschlüsse, Absperrorgane, Schwadenleitung, automatischer Kondensatableiter, Rückschlagklappe, Anschluß an der Kondensatleitung, ggf. weitere Absperrorgane bzw. Meßein richtungen). Diese Einrichtungen werden üblicherweise in Bau werken untergebracht, da sie der dauerhaften Überwachung bedür fen.

Das Leitungskondensat wird entweder in einer separaten "Leitungs kondensat-Leitung" zum Heizwerk zurückgeführt oder an einzelnen Stellen in die Kondensatleitung eingespeist. In diesem Fall ist der Einbau von sog. Kondensatkühlern zur vorherigen Kühlung des Leitungskondensats erforderlich.

In jedem Fall erfordert die heute bekannte und praktizierte Handhabung der Kondensate Bauwerke und Einrichtungen im Ver sorgungsnetz mit ständiger Überwachung, Wartung und Instand haltung. Dies ist mit erheblichen Investitionen verbunden. Außerdem wird dadurch auch die praktische Betriebsführung er schwert.

Wünschenswert ist daher ein Dampfversorgungssystem, bei wel chem

1. die Dampfleitungen mit beliebigem Gefälle und somit in ge wissen Grenzen ohne Rücksicht auf den Geländeverlauf ver legt und betrieben werden können,
2. sämtliche Einrichtungen zur Entwässerung der Dampfleitungen entfallen können,
3. alle Kondensate mit einer gemeinsamen Temperatur anfallen, wobei diese Temperatur möglichst zwischen 30 und 40°C liegen soll.

Eine tiefe Kondensattemperatur ist in jedem Fall anzustreben, damit die Ausnutzung der Kondensatwärme so weitgehend wie möglich ist und die Wärmeverluste der Kondensatleitungen reduziert werden.

Beim Betrieb mit "verlorenem Kondensat", wenn also das Konden sat nicht zum Heizwerk zurückgeführt sondern in die Kanalisation abgelassen wird, ist die Einhaltung einer Kondensattemperatur von ca. 35°C erforderlich.

Diese zuletzt genannte Betriebsweise ist besonders wirtschaft lich, da hier sämtliche Einrichtungen, wie Pumpen, Leitungen, Bauwerke etc., die zur Kondensat-Rückgewinnung sonst erforder lich sind, entfallen, und das Dampfversorgungsnetz als Einrohr- System, ähnlichwie eine Gasversorgung aufgebaut werden kann.

Erreicht wird dies mit der nachfolgend beschriebenen Apparatur erfindungsgemäß dadurch, daß die Wärmeübergabe an den Wärme verbraucher nicht durch Kondensat des Dampfes in einem Kon densator geschieht, sondern dadurch, daß der Dampf und das Leitungskondensat über eine gemeinsame Leitung aus der Dampf- Fernleitung entnommen und einem Mischgefäß zugeführt werden, in dem sie mit dem Wasser eines Primärkreislaufs vermischt und anschließend als ("direkt-") aufgeheizte Flüssigkeit einem Wärmeaustauscher zugeführt werden, dessen Sekundärkreislauf die Gebäudeheizung ist.

Eine im Primärkreislauf eingebaute Umwälzpumpe dient dazu, die Wärmeübertragung im Wärmeaustauscher und den Mischvorgang im Mischgefäß aufrechtzuerhalten. Außerdem entfernt sie eine der zugeführten Dampf- und Leitungskondensatmenge entsprechen de Menge von abgekühltem Wasser aus dem Primärkreislauf und fördert sie in die Kondensatleitung oder in die Kanalisation. Dies erfolgt über ein Temperatur-gesteuertes Regel- bzw. Aus laufventil.

Das Mischgefäß, der Wärmeaustauscher, die Primärpumpe, das Regelventil und die Verbindungsleitungen zusammen bilden so mit eine Funktionseinheit, d. h., die Apparatur gemäß Erfindung.

Prinzipiell ist die Apparatur zur Versorgung von Wärmever brauchern aller Art geeignet, soweit das Temperaturniveau der Dampfversorgung den Forderungen des Wärmeverbrauchers entspricht. Vorzugsweise dient sie jedoch zur Vereinfachung und Verbilligung der Dampf-Fernheizung zur Versorgung von Einzelgebäuden oder Siedlungen.

In der nachfolgenden Beschreibung der Funktionsweise wird daher zugrundegelegt, daß die Apparatur als Hausstation (Wärmeübergabestation) einer Dampf-Fernheizung verwendet wird, wobei die Leistungsfähigkeit der Gebäudeheizung den klimati schen Bedingungen in Mitteleuropa (etwa 50. Breitengrad) ent sprechen soll. Die im Text genannten Zahlenwerte haben nur beispielhaften Charakter und wurden in diesem Rahmen frei ge wählt.

Beschreibung der Funktionsweise

In Fig. 1 ist die Apparatur für den Betrieb mit verlorenem Kondensat dargestellt.

Bei Betriebsbereitschaft der Anlage (keine Wärmeanforderung) sind lediglich die Dampf-Fernleitung (5) und die primärpumpe (2) in Betrieb. Die Dampf-Fernleitung hält den Primärkreis lauf, bestehend aus dem Mischgefäß (1), der Primärpumpe (2), dem Wärmeaustauscher (3) und der Verbindungsleitung (4), unter Druck, wobei die Hausanschlußleitung (6) allmählich mit Leitungskondensat aufgefüllt wird. Über das Temperatur- gesteuerte Regelventil (9) fließt zeitweilig eine geringfü gige Primärwassermenge in die Kanalisation ab (13), wenn die Temperatur des Primärkreislaufs unter einen eingestellten Wert t _E (z. b. t _E = 50°C) sinkt. Dieser Wert wird im Fühler des Regelventils (10) eingestellt.

Die Wärmeanforderung geschieht dadurch, daß die Sekundär pumpe (17) anläuft. Durch die Wärmeübertragung im Wärmeaus tauscher (3) sinkt die Temperatur des Primärwassers nach dem Wärmetauscher unter t _E. Dadurch wird das Regelventil (9) über längere Zeit und weiter geöffnet und entsprechend mehr von abgekühltem Primärwasser wird aus dem Primärkreis lauf entfernt. Dadurch wird mehr Dampf dem Primärkreislauf zugeführt, bis die Temperatur am Fühler (10) wieder den ein gestellten Wert t _E erreicht.

Der Wärmeaustauscher (3) und die Heizkörper des Gebäudes (16) sind so dimensioniert, daß bei maximaler Öffnung des Regel ventils (9) eine Dampfmenge in den Primärkreislauf einströmen kann, welche die gewünschte Vorlauftemperatur für die Gebäude heizung gewährleistet.

Bevor das Primärwasser mit der Temperatur t _E über das Regel ventil abfließen kann, wird es über den Nachkühler (12) ge führt, in dem es auf die Ablauftemperatur abgekühlt wird.

Ist das zu beheizende Gebäude ein Einfamilienhau, so kann der Nachkühler u. a. aus einem handelsüblichen Gliederheiz körper bestehen, der in einem untergeordneten, möglichst nach Norden liegenden Raum des Gebäudes installiert ist. Bei einer Zulauftemperatur von t _E = 50°C kann somit eine Ablauftemperatur zwischen 30 und 40°C in allen Jahreszeiten zuverlässig erreicht werden. Es sind aber auch andere Aus führungen des Nachkühlers denkbar, z. B. in Verbindung mit der Warmwasserbereitung usw.

In Fig. 2 ist eine weitere Variante der Apparatur gemäß Erfindung dargestellt.

Bei dieser wird das abzulassende Primärwasser mit der Tem peratur t _E in eine Kondensatleitung (19) gefördert und so mit zurückgewonnen.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 ist unmittelbar einzusehen, daß durch die Wahl der Förderhöhe der Primärpumpe (2) der Verlauf der Kondensatleitung (19) vom Geländeverlauf unab hängig ist. Um dies anzudeuten, wurde die Kondensatleitung (19) in Fig. 2 etwas höher eingezeichnet als die Dampf-Fernleitung (5).

Nachdem wiederum die Hausanschlußleitungen (6) in der Regel alle 20 bis 50 m entlang der Dampf-Fernleitung (5) angeordnet werden, erfolgt bei der Anwendung der Apparatur gemäß Er findung eine Entwässerung der Dampf-Fernleitung in diesen Abständen. Somit kann die Dampf-Fernleitung waagrecht oder in (fast) beliebiger Schräglage verlegt werden. Zum Vergleich: normalerweise werden Entwässerungsstellen an einer Dampf-Fern leitung alle 100 bis 300 m angelegt.

Der über dem Kondensat strömende Dampf folgt den Gesetz mäßigkeiten der Gasströmungen, welche vom Höhenverlauf der Leitungen - zumindest in diesem Zusammenhang - weitgehend unabhängig sind.

Aus diesen Gründen kann das Versorgungsnetz weitgehend ohne Rücksicht auf den Geländeverlauf verlegt werden.

In Fig. 3 ist eine weitere Variante der Apparatur gemäß Er findung dargestellt.

Bei dieser erfolgt die Einspeisung des abgekühlten Primär wassers in die Kondensatleitung (19) wahlweise über einen Nachkühler (12) in der Auslaufleitung (11).

In Fig. 4 ist eine weitere Variante der Apparatur gemäß Er findung dargestellt.

Bei dieser wird die Steuerung des Regelventils (9) über einen Regler (20) mit Sollwertverstellung (21) und Ein beziehung der Gebäude-Vorlauftemperatur (22) und der Außen temperatur (23) vorgenommen.

Die weiteren Bezeichnungen in Fig. 1 bis 4 sind:

(7) Absperrorgane
(8) Rückschlagklappen
(14) Vorlaufleitung der Gebäudeheizung
(15) Rücklaufleitung der Gebäudeheizung
(18) Ausdehnungsgefäß der Hausanlage.

Claims

1. Apparatur für Dampfentnahme und Entwässerung von Dampf- Fernleitungen mit gleichzeitiger Wärmeübergabe an Wärme verbraucher, vorzugsweise als Hausstation (Wärmeübergabe station) von Dampf-Fernheizungen dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Primärkreislauf - bestehend aus: Mischgefäß, Umwälzpumpe, Wärmeaustauscher und Verbindungsleitungen - aufweist, in welchem das Primärwasser ständig umgewälzt wird.

2. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit der Dampfversorgungsleitung über eine einzige Anschlußleitung verbunden ist, die sowohl zur Dampfent nahme aus der Versorgungsleitung, als auch zur Entwässerung der Versorgungsleitung dient, und somit in der Regel ein Gemisch aus Dampf und Leitungskondensat der Apparatur zuführt.

3. Apparatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das über die Anschlußleitung zugeführte Gemisch aus Dampf und Leitungskondensat in dem Mischgefäß mit dem ständig umgewälzten Wasser des Primärkreislaufs vermischt wird, und dieses dadurch erwärmt, und zwar in einem kon tinuierlichen Prozeß, der dadurch aufrechterhalten wird, daß das erwärmte Primärwasser seine Wärme im Wärmeaus tauscher an die Sekundärseite abgibt und am Austritt aus dem Wärmeaustauscher eine dem kontinuierlich zugeführten Gemisch entsprehende Menge an abgekühltem Primärwasser aus dem Primärkreislauf kontinuierlich abgelassen wird.

4. Apparatur nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Primärkreislauf abgelassene Wasser in einem nicht geregelten Nachkühler soweit abgekühlt wird, daß es als verlorenes Kondensat in die Kanalisation abgelassen werden kann.

5. Apparatur nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das über die Anschlußleitung zugeführte Gemisch aus Dampf und Leitungskondensat beliebig viel Leitungs kondensat (bis einschließlich 100%) enthalten kann, ohne daß die Wärmeübertragungsleistung des Wärmeaus tauschers im Primärkreislauf absinkt.