DD237445A3

DD237445A3 - Schaltungsanordnung zum betrieb von speicheranlagen

Info

Publication number: DD237445A3
Application number: DD26264684A
Authority: DD
Inventors: Thomas Mohr; Adolf Eckert; Guenter Schoebel; Lothar Pottel
Original assignee: Kraftwerks Anlagenbau Veb K
Priority date: 1984-05-03
Filing date: 1984-05-03
Publication date: 1986-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Speicheranlagen mit dem Waermetraeger Wasser, die aus Grossbehaeltern geringeren Konzessionsdruckes als dem im Heiznetz bestehen. Die hierfuer notwendige Druckherabsetzung wird durch eine statische Druckhaltung innerhalb eines der Verdraengungsspeicher erreicht und der dabei entstehende Effekt eines abgesenkten Wasserstandes zur Volumenregelung in der Zustroemleitung der Speicheranlage mitbenutzt. Die Absicherung der Anlage wird durch eine geeignete Rohrleitungsschaltung vereinfacht. Die Anlage kann zeitweilig als Netzwasserspeicheranlage eingesetzt werden.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Speicheranlagen für Wärmeversorgungssysteme mit dem Wärmeträger Wasser. -

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Der Einsatz von Wärmespeicheranlagen in Fernwärmesystemen dient der effektiven Abdeckung von Wärmebedarfsspitzen. Bisher wurden direkt in den Heißwasserkreislauf Erzeuger-/Abnehmeranlage (primärer Heizkreislauf) eingebundene Hochdruckspeicherbehälter, die nach dem Verdrängungsprinzip arbeiten, eingesetzt. Diese, direkt in den Heizwasserkreislauf eingeschalteten Behälter, werden bezüglich ihrer thermischen Auslegung von den Temperatur- und Druckbedingungen des Heizwasserkreislaufes bestimmt. Daraus resultieren im allgemeinen erhebliche Druck- und Temperaturanforderungen an die Werkstoffqualität der Behälter. Die durch die Direkteinschaltung bedingte Arbeitsweise der Behälter nach dem Verdrängungsprinzip erfordert gleichzeitig eine ständige hydraulische Verbindung zwischen dem Heizwasserkreislauf und den Speicherbehältern, die damit auch in die Druckhaltung des Heizwasserkreislaufes einbezogen sind.

Ausgehend von den ökonomischen Nachteilen des hohen Investaufwandes für die bisher realisierten Lösungen wird im WP F 24 D/238 558 8 ein Verfahren zur Speicherung von Heizwasser vorgeschlagen, bei dem die Speicherbehälter in einem zweiten, mit dem Heiznetz nur zeitweilig verbundenen, unter einem geringeren Druck als das Heiznetz stehenden Kreislauf mit eigener statischer Druckhaltung eingebunden sind. Mit diesem Verfahren wird bei üblichen Heiznetzdrücken größer 1,5MPa der Einsatz von Großbehältern mit Konzessionsdrücken kleiner 1,5 MPa für die Wärmespeicherung bei Temperaturen von kleiner oder gleich der Vorlauftemperatur des Heiznetzes ermöglicht.

In WP F 24 D/224 835 wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die unterschiedlichen Speicherfunktionen (Aufgaben des ι

Netzwasserausgleiches, der Netzwasserreserve bzw. des freien Behältervplumens für außergewöhnliche Betriebsfälle und der Wärmespeicherung) in einer Anlage zusammengefaßt und die Funktionsabläufe koordiniert werden. Die Speicherfunktionen sind dabei mit der Druckhaltung gekoppelt. Die Größe der Speicherkapazität wird bei dieser Lösung durch die Verknüpfung mit dem Temperaturniveau der Druckhalteanlage von etwa 100⁰C begrenzt. Mit diesem Verfahren wird aber der zeitweilige Einsatz von für das Wasserregime des Heiznetzes erforderlichen Netzwasserspeichern für Zwecke der Wärmespeicherung erstmalig eingeführt.

irfindung hat das Ziel, ausgehend von den bekannten Verfahren eine konkrete Schaltungsanordnung zu entwickeln, die mehrere ibehälter mit geringerem Konzessionsdruck als das Heiznetz zu einer Wärmespeicheranlage nach dem Verdrängungsprinzip indet, die bei allen stationären und instationären Betriebsbedingungen funktions- und sicherheitstechnisch zuverlässig arbeitet m Bedarfsfall für Aufgaben der Netzwasserspeicherung eingesetzt werden kann. Damit sollen die technischen ussetzungen für den Einsatz derartiger Großbehälter für den koordinierten Einsatz als Netzwasser- oder Wärmespeicher siert und damit günstige Voraussetzungen für den ökonomischen Einsatz von Wärmespeichern in Heizhetzen geschaffen len.

sgung des Wesens der Erfindung

:u verwendenden Großbehälter niedrigeren Konzessionsdruckes als das Heiznetz werden in bekannter Weise so verschaltet, sie als Wärmespeicher im Verdrängungsspeicherprinzip in Reihe beaufschlagt werden oder als Netzwasserspeicher parallel zu Wasserspeichem der Druckhalteanlage arbeiten können. Im ersteren Fall erhalten sie eine Zu- und eine Abströmleitung vom netz, in denen sich an sich bekannte Regel- und Fördereinrichtungen befinden, über die beim Be- und Entladen der nespeicher gleichgroße Zu- und Abströmvolumen einreguliert werden können. Ungenauigkeiten dieser Regelung führen zu Überforderung der Druckhalteeihrichtung des Heiznetzes bzw. zu Störungen der Betriebssicherheit des Heiznetzes und der cheranlage und erfordern eine Trennung der Speicheranlage vom Heiznetz. Die Speicheranlage hat eine ejgene Druckhaltung, uch bei Trennung vom Heiznetz in Funktion bleibt. Das Wesen der erfindungsgemäßen Lösung liegt in einer iltungskombination verschiedener Funktionselemente, die nachstehend beschrieben werden. rozeß der Wärmespeicherung sind die Behälter direkt mit dem Heiznetz verbunden, arbeiten aber unter einem geringeren Druck ie Vorlaufleitung des Heiznetzes. Die Druckhaltung für die Speicheranlage wird in einem der Speicherbehälter selbst durch ästung eines Dampfpolsters mit dem für die Speichertemperatur erforderlichen Druck vorgenommen. Dieser Behälter fungiert ührungsbehälterfür den Spej6herprozeß.

rend alle anderen Speicherbehälter voll mit Wasser gefüllt sind, bildet sich im Führungsbehälter ein Wasserstand aus, der als für die Gleichheit der zu- und abströmenden Volumenströme beim Be- und Entladen als Stör- oder Führungsgröße für die älung der zuströmenden Wassermenge verwendet wird. Zusätzlich dient das abströmende Wasservolumen als Führungs- oder skturgröße für die Regelung der zuströmenden Wassermenge über eine Regelventilgruppe.

lurch die Erwärmung bzw. Abkühlung des Speichermediums auftretende Volumenexpansion bzw. -konträktion wird außerhalb speicheranlage durch die Druckhalteanlage des Heiznetzesmit dessen Ausgleichsreservoir kompensiert. ' Herabsetzung des Heiznetzdruckes auf den Speicherdruck erfolgt durch die Mengenregelung. Bei extremen ^unterschieden zwischen Vor- und Rücklauf leitung ist vor der Mengenregelventilgruppe eine'Vordruckregelventilgruppe ordnen.

Herabsetzung der Speichertemperatur gegenüber der Vorlauftemperatur des Heiznetzes ist eine Temperaturregelung durch ;laufbeimischung vor der Mengenregelventilgruppe vorzusehen.

üu- und Abströmung von heißem Speichermedium erfolgt ausschließlich zum bzw. vom Führungsbehälter. Der Ein- und Austritt idet sich unterhalb des Wasserspiegels. Die Wasserverteilung der Ein- und Ausströmung erfolgt über geeignete Einbauten, um : eine beruhigte Oberfläche und Grenzschicht zum Dampfpolster zu erreichen. Die Zu- bzw. Abströmung von kaltem chermedium erfolgt in den bzw. aus dem letzten der hintereinandergeschalteten Behälter.

vechselndeBeaufschlagung der Speicher beim Laden und Entladen wird durch gegenseitig verriegelte chaltarmaturenpaare vor und nach den für beide Vorgänge einheitlichen Regelarmaturen in der Zu- und Abströmleitung euert.

ach den Druckverhältnissen zwischen Speicheranlage und Vor- und Rücklaufleitung des Heiznetzes ist in der Zu- und/oder römleitung der Speicher zur Realisierung des Wasserverdrängungsprozesses eine Speicherpumpe anzuordnen.

Hintereinanderschaltung der Speicherbehälter erfolgt ohne Absperrarmaturen. Dadurch wird erreicht, daß die Absicherung der cheranlage gegen Druck- und Wasserstandsüberschreitung durch Sicherheitsventile und -abflußregier nur am ungsbehälter vorgenommen werden muß. Zwischen den Lade- und Entladezeiten, bei Störungen der Speicherpumpe oder bei tzwertüberschreitungen des Druckes, der Temperatur und des Wasserstandes wird die Speicheranlage vom Heiznetz getrennt.

ir werden neben üblichen Absperrarmaturen schnellschließeride Armaturen ohne Elektroantrieb eingesetzt, damit auch bei inungsausfall keine Gefährdung der Druckhaltung des Heiznetzes auftritt.

Speicherbehälter können von stehender oder liegender Ausführung sein. Bei Anwendung von liegenden Speichern sind :

gnete Einbauten in allen Behältern erforderlich, die die natürliche Schichtung des Wassers in Verdrängungsspeichern

Iten. ^l

rozeß der Netzwasserspeicherung sind die Behälter durch geschlossene Armaturen in den Zu- und Abströmleitungen der Tiespeicheranlage vom Heiznetz getrennt und durch geöffnete Armaturen in der Ausgleichsleitung der Behälter wasserseitig

He! geschaltet und der Druckhalteanlage zugeordnet. .

jesonderte Druckauflastung im Führungsbehälter ist abgestellt. Alle Behälter werden mit einem Dampfpolster gleichen Druckes ifschlagt, der den Erfordernissen der Druckhalteanlage angepaßt ist.

Zu- und Abströmen zu bzw. von den Behältern erfolgt über die entsprechenden Armaturen und Fördereinrichtungen der ikhalteanlage des Heiznetzes. Je nach den Bedingungen des Netzregimes bildet sich ein Füllstand in der Behälteranlage aus, der chen oberem und unterem Wasserstand liegt.

\bsicherung der Behälter gegen Grenzwertüberschreitung erfolgt dann auch von den ständigen Wasserspeichern der

ikhalteanlage. '

Zuordnung einzelner Behälter der Wärmespeicheranlage zur Druckhaitung ist unter Beachtung der Nichtabsperrbarkeit in den lindungsleitungen der Verdrängungsspeicher und der Absicherung der einzelnen Speicheranlagenabschnitte Itungstechnisch möglich.

ine unmittelbare Kombination der Speicheranlage mit der Druckhalteanlage nicht möglich, kann die Speicheranlage auch rat errichtet werden. In diesem Fall ist eine Netzspeicherpumpe vorzusehen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soli nachstehend an einem Beispiel erläutert werden:

In Figur 1 ist eine kombinierte Netzwasserspeicher- und Wärmespeicheranlage dargestellt, die unter einem geringeren Druck als das

Heiznetz arbeitet. . ' .

Die Anlage besteht aus 3 Behältern A, B, C in liegender Ausführung, die über Zu- und Abströmleitung mit dem Vorlauf VL des Heiznetzes verbunden werden können. Der Behälter A hat ein Dampfpolster von etwa 0,8 MPa und ist als Führungsbehälter geschaltet. Die mögliche Speichertemperatur beträgt 160°C. Im Heiznetz werden maximal 18O⁰C in einer angedeuteten Vorwärmesäule VWS erzeugt. Die Umwälzpumpe UP erzeugt einen Druck von 2,5 MPa, die Druckhaltepumpe DH sorgt für einen Mitteldruck von 1,5 MPa bei allen Betriebszuständeri und in Ruhe. Der Führungsbehälter ist gegen Druck- und Wasserstandsüberschreitungen abgesichert. Die Behälter A, B, C haben Einbauten zur gleichmäßigen Wasserein- und ausströmung über den Querschnitt.

Bei ausfallender Speicherpumpe SP werden die elektrisch angetriebenen Absperrarmaturen 1,2, 3 und die hydraulischen Schnellschlußarmaturen 5, 6 geschlossen.

Die Umschaltarmaturenpaare 7, 8, 9, 10 und 11, 12, 13, 14 sind für den Lade- und Entladezustand miteinander verriegelt. Der dargestellte Schaltzustand der Armaturen entspricht der abgeschalteten Speicheranlage. Bei geöffneten elektrisch angetriebenen Absperrarmaturen 1, 2, 3, geöffneter hydraulischen Schnellschlußarmaturen 5, 6 und geöffneter Polsterdampfarmaturen 27 wird die Anlage als Verdrängungsspeicher, bei geöffneter elektrisch angetriebener Absperrarmatur 4, geöffneten Absperrarmaturen 21, 22, 23 und geöffneten Polsterdampfarmaturen 24, 25, 26 als Netzwasserspeicher betrieben.

Im Verdrängungsspeicherregime wird der Speicherprozeß durch Einschalten der Speieherpumpe SP und Eindrosseln der Menge mit dem Mengenregelventil 15 in Bewegung gesetzt. Über das Mengenregelventil 16 wird das nachströmende Volumen in Abhängigkeit von dem abströmenden Volumen und dem Wasserstand im Führungsbehälter A eingeregelt. Ein gegebenenfalls erforderliches Vordruckregelventil 17 ist angedeutet, ebenso ein Temperaturregelventil 17 ist angedeutet, ebenso ein Temperatürregelventii 18 zur Rücklaufbeimischung beim Ladeprozeß.

Beim Laden sind die Umschaltarmaturenpaare 7 und 10, sowie 11 und 14 geöffnet. Das kalte Speicherwasser mit etwa 80°C wird von Führungsbehälter A in Richtung Behälter C durch heißes Speicherwasser mit 160⁰C verdrängt.

Beim Entladen sind die Umschaltarmaturenpaare 8 und 9 sowie 12 und 13 geöffnet. Das heiße Speicherwasser mit etwa 160°C wird von Behälter C in Richtung Führungsbehälter A durch kaltes Speicherwasser verdrängt.

Die Volumenänderung des Speicherwassers durch die Temperaturänderungen wird durch die Druckhalteanlage des Heiznetzes mit der Behältergruppe 28, der Druckhaltepumpe DH, dem Druckregelventil 19 und dem Abströmventil 20 ausgeglichen. Im Netzspeicherregime steht das ganze Volumen der Behälter A, B, C zusätzlich zur Ein- oder Abspeisung von Netzwasser durch Verbindung mit der Behältergruppe 28 zur Verfügung. Die Einspeisung in das Heiznetz erfolgt über die Druckhaltepumpe DP und Druckregelventil 19, die Abströmung über Abströmventil 20. Die Behälter A, B,C erhalten eine der Behältergruppe 28 angepaßte Dampfauflastung durch Öffnen der Polsterdampfarmatur 24, 25, 26 und Schließen der Polsterdampfarmatur 27 und können dann zwischen oberem und unterem Wasserstand aufgefüllt oder geleert werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb von Speicheranlagen mit dem Wärmeträger Wasser, bei der bekannterweise die Speicherbehälter mit einem geringeren Druck als dem maximalen Heiznetzdruck belastet werden und als Speicherbehälter, untereinander dampf- und wasserseitig ständig oder zeitweise verbunden, wahlweise einzeln oder in Gruppe als Wärmespeicher oder als Netzwasserspeicher für das Wasserregime des Heiznetzes benutzt werden, gekennzeichnet dadurch, daß bei Verwendung als Wärmespeicher nach dem Verdrängungsprinzip die Druokhaltung in der Anlage durch Auflastung eines Dampfpolsters in einem der Behälter selbst erfolgt und der Behälter als Führungsbehälter (A) für die Regelung der Volumenströme beim Be-und Entladen der Behälter (A, B, C...n) eingesetzt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Heiznetz und Anlage getrennte Druckhalteanlagen, aber eine gemeinsame Behältergruppe (28) zur Aufnahme und Abgabe der Ausgleichswassermengen besitzen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Verwendung als Wärmespeicher nach dem Verdrängungsprinzip die Gleichheit der Volumenströme in der Zu- und Abströmleitung durch eine kombinierte Volumenstrom- und Wasserstandsregelung erreicht wird. . . .
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 3/gekennzeichnet dadurch, daß der kombinierten Volumenstrom- und Wasserstandsregelung bei Bedarf eine Vordruck- und/oder eine Temperaturregelung vorgeschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Führungsbehälter (A) so geschaltet ist, daß beim Laden der Anlage das heiße Medium in den Führungsbehäiter (A) eingespeist und beim Entladen das heiße Medium vom Führungsbehälter (A) abgezogen wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Ein- und Austritt des heißen Mediums in den Führungsbehälter (A) stets unterhalb der Wasseroberfläche erfolgt, wobei die Wasserverteilung über entsprechende Einbauten vorgenommen wird. ,
7. Schaltungsanordnung nac,h Anspruch 1 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die wechselnde Beaufschlagung der Anlage beim Laden und Entladen durch Umschaltarmaturenpaare, vorzugsweise Umschaltarmaturen (7...14) gesteuert wird, die vor und/oder nach den für beide Vorgänge einheitlichen Regelarmaturen (15,16,17,18) in der Zu- und Abströmleitung angeordnet sind.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei der Reihenschaltung der Behälter diese ohne Absperrmöglichkeit rohrleitungsseitig verbunden sind und die Absicherung gegen unzulässige Parameter nur am Führungsbehälter (A) erfolgt.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß zur Absicherung gegen Störungen der Speicherpumpe (SP) und gegen Grenzwertüberschreitungen des Druckes, der Temperatur und des Wasserstandes der Anlage schnellschließende Armaturen ohne Elektroantrieb vorgesehen sind.

lOSchaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ßehälter in stehender oder liegender Ausführung für die

Verdrängungsspeicherung eingesetzt werden.
11 Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Behälter oder einzelne Behälter durch Öffnen der Ausgleichsleitung wasserseitig parallel geschaltet und der Druckhalteaniage des Heiznetzes als Netzwasserspeicheranlage

zugeordnet sind.
12Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Behälter Oder einzelne Behälter durch Öffnen der Ausgleichsieitung wasserseitig parallel geschaltet und schaltungsmäßig unabhängig von einer Druckhalteanlage als Netzwasserspeicheranlage mit zugehöriger Netzspeicherpumpe arbeiten.