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Hochdruckheißwasserfernheizungsanlage Bei Fernheizungsanlagen ergibt
sich häufig die Schwierigkeit, daß ein Teil der für den Anschluß in Frage kommenden
Wärmeverbraucher mit Dampf, ein anderer Teil mit @Varmwasserheizung ausgerüstet
ist. In der Regel wird in solchen Fällen die Speisung des Wärmenetzes mit Dampf
vorgesehen, und zwar zur direkten Dampfabgabe an die Dampfheizkörper und zur Warmwasserbereitung
mit Hilfe von Wärmeaustauschern für die Warmwasserheizungsanlagen. Dadurch geht
für die Warmwasserheizung der Vorteil verloren, daß das Wasser mittels in Kraftmaschinen
entspannten Dampfes stufenweise erwärmt werden kann. Bei langen Leitungen ist es
außerdem notwendig, das Wärmenetz mit hohem Druck zu speisen, so daß der für die
Heizung verwendete Dampf in Kraftmaschinen nur wenig oder gar keine Energie abzugeben
vermag. Damit verliert auch der Anschluß der Wärmeverbraucher an das Kraftwerk seine
Bedeutung.
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Es ist bekannt, Dampf und Wasser in einer Leitung gemischt den Verbrauchern
zuzuführen. Dies hat jedoch den erheblichen Mangel, daß bei der Kondensation des
Dampfes Schläge entstehen, die zur Zerstörung der Leitungen führen können.
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Ferner sind wärmeverbrauchende Anlagen bekannt geworden, bei denen
überhitztes Wasser als Wärmeträger dient, aus dem in Verdampfern der von den Verbrauchern
benötigte Dampf ein- oder mehrstufig erzeugt wird, wobei das in den Verdampfern
anfallende Wasser zu verschiedenen Verbrauchszwecken, z. B. in nachgeschalteten
Heizschlangen oder zu beliebigen anderen Zwekken Verwendung finden oder zum Heißwasserbehälter
zurückgepumpt werden soll.
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Erfindungsgemäß wird bei einer Fernheizungsanlage die Anpassung an
beliebigen Bedarf der Warmwasserverbraucher und der Dampfverbraucher, die von einem
gemeinsamen Verdampfer ihr Heizmedium erhalten, dadurch ermöglicht, daß Umgehungsleitungen
vorgesehen sind, durch die mittels selbsttätiger Regelventile bei Überwiegen des
Dampfbedarfs Wasser an den Warmwasserheizkörpern vorbeigeführt und bei Überwiegen
des Wasserbedarfs abgekühltes Rücklaufwasser zur Kondensation des überschüssigen:
Dampfes in den Dampfraum des Verdampfers zurückgeführt wird, so daß die Anfallmenge
sowohl an Dampf als auch an Warmwasser dem Bedarf der einzelnen Verbrauchergruppen
angepaßt werden kann. Hierdurch wird erreicht, daß auch bei großen Unterschieden
zwischen Dampfbedarf und Warmwasserbedarf die Fernheizung mit Heißwasser als ausschließlicher
Wärmeträger betrieben werden und dabei den Ansprüchen beider Verbrauchergruppen
entsprochen werden kann, so daß sich die so ausgestaltete Heizungsanlage in den
Fällen anwenden läßt, in
denen man bisher die Verwendung von Dampf
als Wärmeträger in den Leitungen: als notwendig ansah. Neben diesen die Bedarfsanpassung
ermöglichenden Anordnungen kann für den Ausgleich vorübergehender Schwankungen eine
Warmwasserspeicherung vorgesehen sein, die derart in das Netz eingeschaltet ist,
daß sie bei zeitweisen Schwankungen im Bedarfsgleichgewicht der beiden Verbrauchergruppen
ge- bzw. entladen wird.
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Aus den Zeichnungen sind nähere Einzelheiten von Anlagen gemäß der
Erfindung ersichtlich, und zwar zeigen: Abb. i eine Anlage mit einer Dampfverbraucher-
und einer WarmwasserverbrauchergrUppe, Abb.2 eine Anlage mit einer Dampfverbraucher-
und zwei 'Varmwasserverbrauchergruppen, Abb.3 eine Anlage mit mehreren Dampfverbrauchergruppen,
Abb. 4 eine Anlage mit Wärmespeicherung zur Aufrechterhaltung des Bedarfsgleichgewichts.
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In Abb. i ist i eine Kesselanlage, 2 eine Turbinenanlage; 3a bis 3c
sind Wärmeaustauscher; 4. ist ein Kondensator. In den Wärmeaustauschern 3a bis 3-
wird Wasser mittels Anzapfdampf und Frischdampf stufenweise z. B. auf eine Endtemperatur
von i 6o bis 18 o° erwärmt. Dieses als Wärmeträger dienende Wasser wird in
das Wärmeverbrauchszentrum geführt und dort zunächst in Verdampfern 5 unter den
seiner Temperatur entsprechenden Sättigungsdruck, z. B. auf o,2 bis o,5 atü, entspannt.
Der sich bildende Dampf wird durch eine Leitung 6 den Dampfheizkörpern 7 zugeführt.
Das nicht. verdampfte, auf ioo bis iio° abgekühlte Wasser fließt durch eine Leitung
8 dem Warmwasserheizkörper 9 zu und gibt dort weiterhin Wärme ab. Nach Abkühlung
auf beispielsweise 4o bis 5o° wird es zusammen mit dem aus Kondenstöpfen oder Rückleitern
io anfallenden Kondensat durch Pumpen i i und 37 zu den Wärmeaustauschkörpern 3a
bis y zurückgefördert und dort wieder stufenweise erwärmt. Die Wasserzufuhr zum
Verdampfer 5 wird durch das Ventil 16 geregelt, das in Abhängigkeit vom Wasserstand
im Verdampfer steht. Der Ablauf aus dem Verdampfer durch eine Umgehungsleitung i
z steht unter dem Einfluß des Ventils 17, das vom Dampfdruck geregelt wird und bei
sinkendem Dampfdruck öffnet. Bei öffnung des Ablaufes sinkt auch der Wasserstand
im Verdampfer, und durch Ventil 16
wird Heißwasser in dem Maße zugeführt,
daß der Dampfdruck die erforderliche Höhe erreicht.
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Das Verhältnis zwischen der erzeugten Dampfmenge und der im Warmwasser
verbleibenden Wärmemenge ist gegeben durch die Vorlauftemperatur, den Dampfdruck
und die Rücklauftemperatur. Diese können von vornherein so gewählt werden, daß sie
dem mittleren Wärmebedarf an Dampf und Warmwasser entsprechen. Bei Schwankungen
im Wärmebedarf der einzelnen Verbrauchergruppen ist dieses Verhältnis jedoch nicht
aufrechtzuerhalten. Zur beliebigen Regelung dient die Umgehungsleitung 12 zu den
Warmwasserheizkörpern, durch die das entspannte Wasser auch unmittelbar der Rücklaufpumpe
i z zufließen kann. Um weiterhin zu vermeiden, daß sich infolge des Druckabfalls
in den Leitungen 8 und 12 auch Dampf entwickelt, ist eine Leitung 13 angeordnet,
durch die mit Hilfe der Pumpe i i dem entspannten Wasser abgekühltes Rücklaufwasser
zugeführt werden kann. Das in dieser Leitung vorgesehene Ventil i 9 kann so gesteuert
werden, daß die Temperatur in den Leitungen 8 und 12 eine bestimmte Höhe, z. B.
8o°, nicht überschreitet. Durch dieses Ventil kann gleichzeitig die Vorlauftemperatur
in der Leitung 8 einreguliert und auf einer beliebigen Höhe konstant gehalten werden.
Es kann somit von dem Verdampfer Dampf abgegeben werden, ohne daß gleichzeitig die
ganze, mit dem entspannten Wasser anfallende Wärmemenge den Warmwasserheizkörpern
zugeführt werden muß.
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Durch eine weitere Leitung 14 kann mit Hilfe der Pumpe i i Rücklaufwasser
in die Verdampfer eingespritzt werden. Hierdurch kann die in den. Verdampfern 5
gebildete Dampfmenge wieder teilweise oder vollständig niedergeschlagen werden.
Hierdurch wird es möglich, Wärme än die Warmwasserheizkörper unabhängig von der
Wärmeabgabe an die Dampfheizkörper zu liefern. Die in den Leitungen i2 und 14 angeordneten
Ventile 17 und 18 können in Abhängigkeit von dem Druck im Verdampfer oder in der
Leitung 6 gesteuert werden. Fällt der Druck unter einen bestimmten Mindestdruck,
so öffnet das Ventil 17, steigt er dagegen, so öffnet das Ventil 18. Das
Ventil 27 sorgt für Aufrechterhaltung gleichmäßigen Druckes in der Dampfleitung
6, das Ventil 15 für Aufrechterhaltung des Druckes in der Warmwasservorlaufleitung
B.
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Bei dieser Anordnung kann man mit Vorlauftemperaturen von großer Höhe,
gegebenenfalls 16o bis i8o°, und dennoch mit sehr niedrigen Rücklauftemperaturen
von vielleicht 4o bis 5o° arbeiten, so daß einerseits für die stufenweise Erwärmung
des Wassers in der Kraftzentrale ein großes Wärmegefälle zur Verfügung steht, das
eine Höchstausbeute an Energie gestattet, und daß anderseits je Kilogramm gefördertes
Wasser eine große
Wärmemene transportiert wird. Dadurch können die'
Leitungen relativ kleinen Querschnitt erhalten.
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Gemäß Abb. 2 ist eine zweite Verbrauchergruppe vorgesehen, durch die
das Gleichgewichtsverhältnis zwischen Dampf und Warmwasser reguliert werden kann.
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Durch die Leitung ig werde beispielsweise Wasser für eine Badeanstalt
zugeleitet, in den Wärmeaustauschern 2o und 2 1 erwärmt und durch die Leitung 22
in das Bad zurückgeleitet. Die Wärmeaustauscher 2o werden durch Dampf, die Wärmeaustauscher
21 durch Warmwasser gespeist. Bei Dampfüberschuß wird die in 2o erwärmte Wassermenge
gegenüber der in 21 erwärmten gesteigert, und umgekehrt. Die Regelung kann in der
Weise erfolgen, daß das Ventil 23 und 24 geöffnet, die Ventile 25 und 26
aber geschlossen werden, wenn der Dampfdruck steigt, und umgekehrt. Bei Regelung
durch Ventil 24 wird zweckmäßig das Ventil 23 so gesteuert, daß die Temperatur
in der Leitung 22 konstant gehalten wird. Die Ventile 25 und 26 können zwangsläufig
miteinander gekuppelt werden.
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In Abb.3 ist eine Anordnung dargestellt, bei der das Wasser in hintereinandergeschalteten
Verdampfern 5,1 bis 5c entspannt wird. In den Verdampfern 5a werde z. B. Dampf von
4 atü, in 51' von Z,5 atü und in 5c von 0,2 atü erzeugt. Diese Anordnung hat in
Alllagen, in denen von einer Zentrale aus mehrere Dampfnetze, z. B. verschiedenen
Druckes, gespeist werden müssen, den Vorteil, daß z. B. den am weitest entlegenen
Dampfheizkörpern 7a Dampf von höchstem Druck zugeführt werden kann, während die
näher gelegenen, 7b und 7c, mit Dampf geringeren Druckes gespeist werden,. In den
Zuführungsleitungen 6a bis 6c können außerdem Reduzierventile 27a bis 27c angeordnet
werden, um den in den Verdampfern gebildeten Dampf durch Drosselung zu überhitzen
und dadurch die Wärmeverluste in den Leitunheil6a bis 6e zu verringern. Zwecks unabhängiger
Betriebsmöglichkeit sind auch hier Umgehungsleitungen 12,1 bis i 2c vorgesehen,
wobei die Ventile 17a bis wie bei Abb. i beschrieben, in Abhängigkeit voll dein
jeweiligen Druck in den Leitungen 6a bis 6,' gesteuert werden kömlen. Desgleichen
ermöglichen die Leitungen i 4a bis i 4r nlit vom Dampfdruck gesteuerten Ventilen
i 8a bis i Se Dampfabgabe in den nachgeschalteten Stufen und in den Warmwasserheizkörper
ohne gleichzeitige Dampfabgabe in den vorgeschalteten Stufen höheren Druckes.
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In Abb.4. ist eine Ausgleichsmöglichkeit durch Speicher dargestellt.
28 und 29 sind Speicher, in denen Wasser von Vorlauftemperatur gespeichert wird.
30 ist ein Speicher, dem Wasser nach der Entspannung zufließt, soweit dieses
nicht unmittelbar von den Verbrauchern 9 benötigt und diesen durch Pumpe 3 i zugeführt
wird. Der Speicher 30, gleicht also hauptsächlich Unterschiede im Wärmebedarf an
Dampf und an Warmwasser aus, während die Speicher 28 und 29 Unterschiede in der
anfallenden Wärmemenge und im Gesamtwärmebedarf ausgleichen. Letztere sind im vorliegenden
Beispiel in zwei Einheiten unterteilt, und zwar derart, daß der Speicher 28 im Wärmeerzeugungszentrum
hauptsächlich Schwankungen im Dampfanfall ausgleicht. Der Speicher 29, der im Wärmeverbrauchszentrum
angeordnet und als Speicher mit schwankendem Wasserinhalt ausgebildet ist, dient
dazu, stoßweisen Bedarf des Verdampfers 5 ohne erhöhten Druckabfall in der Fernleitung
des Vorlaufwassers befriedigen zu können. Durch die Anordnung dieses Speichers wird
insbesondere verhindert, daß das Heißwasser, dessen Temperatur ja nahe an der Siedegrenze
bei dem entsprechenden Druck liegen muß, schon vorzeitig in den Leitungen vor dem
Eintritt in den Verdampfer Dampf bildet. Eine derartige Dampfbildung würde die höchst
unerwünschten, durch die nachfolgende Dampfkondensation verursachten Schläge zur
Folge haben, die zur Zerstörung von Teilen der Leitung führen könnten. Die Anordnung
der beiden Speichergruppen hat überdies den Vorteil, daß die Heißwasserströmung
zwischen Wärmeerzeugungs-und Wärmeverbrauchszentrum in der Vorlaufleitung sowohl
von den Schwankungen des Wärmeanfalls als auch des Wärmeverbrauchs nahezu frei gehalten
werden kann, was besonders bei langen Fernleitungen von Vorteil ist.
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Um für den Speicher 3o drucklose Behälter verwenden zu können, kann
durch eine Leitung 32 in die Leitung 33 mittels der Pumpe i i abgekühltes Rücklaufwasser
zugeführt werden, durch das das aus dem Verdampfer zufließende entspannte Wasser
vor Eintritt in die Speicher unter ioo° abgekühlt wird. Die durch Ventil 34 geregelte
Wasserzufuhr kann so bemessen werden, daß die Eintrittstemperatur in dem Speicher
z. B. zwischen go und i oo° liegt. Bei einer Speicherung mit höherer Temperatur
würde der Speicherkörper für inneren Überdruck bemessen sein müssen, bei einer Speicherung
mit niedrigerer Temperatur wird die Speicherkapazität geringer, ohne daß sonst ein
Vorteil sich ergibt. Die wirtschaftlichste Speichertemperatur liegt daher etwas
unter, jedoch möglichst nahe an der Grenze der Siedetemperatur. Da jedoch in der
Vorlaufleitung Wasser niedrigerer Temperatur benötigt werden wird, so wird das Wasser
in
der Vorlaufleitung 8 mittels der weiteren Mischleitung 35 mit
Regelventil 36 unter die Speichertemperatur auf die bei den Warmwasserheizkörpern
9 gewünschte Vorlauftemperatur abgekühlt. , Um die Rücklaufleitung aus dem Wärmeverbrauchszentrum
zu der wärmeabgebenden Zentrale nicht für den vollen: Betriebsdruck bemessen zu
müssen, ist es zweckmäßig, den zur Rückleitung des abgekühlten Wassers und zur Drucksteigerung
erforderlichen Pumpensatz in zwei Aggregate i i und 37 zu unterteilen, von denen
die Pumpe i i im Wärmeverbrauchszentrum, die Pumpe 37 dagegen bei den Vorwärmern
3 angeordnet wird.
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Für den Betrieb der Heizanlage ist es natürlich gleichgültig, ob das
als Wärmeträger dienende Wasser in den Heizkörper n:3 mittels Dampf oder anderweitig,
z. B. direkt: oder mit Abhitze, erwärmt wird. Außerdem ist es nicht erforderlich,
daß die Erwärmung stufenweise erfolgt.