DE685343C - District heating system - Google Patents

Description

Fernheizungsanlage Die Erfindung betrifft eine Fernheizungsanlage mit Fernleitung von Wärmemengen von einer Krafterzeugungsanlage zu einer Wärmeverbrauchanlage mittels Ammoniak als Wärmeträger im Kreislauf und Übertragung der Wärme an der Verbrauchstelle an einen weiteren Wärmeträger durch Wärmeaustausch.District heating system The invention relates to a district heating system with long-distance transmission of heat quantities from a power generation system to a heat consumption system using ammonia as a heat transfer medium in the circuit and transferring the heat to the point of consumption to another heat transfer medium through heat exchange.

Die Fernleitung von Wärmemengen und deren Verteilung auf große Verbraucherbereiche bereitet sowohl anlagemäßig ,als ;auch betrieblich Schwierigkeiten, wenn man Wasserdampf als Wärmeträger verwendet. An sich ist Wasserdampf der gegebene Wärmeträger, der zumeist in Kraftwerken anfällt. Temperatur und Dichte (spezifisches Volumen) des Dampfes sind jedoch Größen, deren Beherrschung bei der Fernleitung und Verteilung des Dampfes Schwierigkeiten bereitet.The long-distance transmission of heat quantities and their distribution to large consumer areas causes both plant-related and operational difficulties when using water vapor used as a heat transfer medium. In itself, water vapor is the given heat carrier, the mostly occurs in power plants. Temperature and density (specific volume) of the Steam, however, are quantities that can be controlled during long-distance transmission and distribution the steam causes difficulties.

Nach der Erfindung wird bei einer Fernheizungsanlage der eingangs genazmten Gattung das Ammoniak an der Wärmeabgabestelle verdampft, gegebenenfalls überhitzt und an der Wärmeverbrauchstelle gegebenenfalls bis zum Niederschlag gekühlt. Der Ammoniakdampf wird zu dem Verbraucherbereich geführt, jedoch nicht unmittelbar als Heizmittel verwendet, sondern seine Wärme auf einen anderen Wärmeträger, z. B. Wasser, übertragen, das dann :als Heißwasser, unter Umständen auch als Dampf, den Verbrauchstellen zugeführt wird.According to the invention, in a district heating system, the initially genazmten genus the ammonia evaporates at the heat release point, if necessary overheated and, if necessary, cooled to precipitation at the point of heat consumption. The ammonia vapor is directed to the consumer area, but not directly used as a heating medium, but its heat on another heat carrier, z. B. water, which then: as hot water, possibly also as steam, is fed to the consumption points.

Wesentlich für die Fernheizungsanlage nach der Erfindung ist, .daß im Kreislauf zwischen der Stelle, an der die Wärme anfällt, und der Stelle, an welcher die Wärme verbraucht wird, nur Ammoniak umläuft. Hierin unterscheidet sich die Erfindung gegenüber anderen Fernheizverfahren, bei denen zwar .ebenfalls Ammoniak verwendet wird, aber nicht als reiner Dampf, sondern als Arbeitsmittel eines Absorptionsvorganges. Ammoniaklösung wird durch Wärmezufuhr in gasförmiges Ammoniak und Wasser getrennt. Diese beiden Bestandteile werden in getrennten Leitungen zur Wärmeverbrauchstelle geführt und dort vereinigt. Durch die Lösung von Ammoniak in Wasser wird Wärme frei, die an die Wärmeverbrauchstelle abgegeben werden kann. Die Ammoniaklösung wird anschließend zum Austreibet zurückgeführt. Es wird hierbei nicht unmittelbar Wärme fortgeleitet, sondern die Wärme wird erst durch eine chemische Umsetzung an Ort und Stelle erzeugt, Da eine' derartige Anlage außer dem unter Druck arbeitenden Austreibet ein dreigeteiltes Leitungsnetz für gasförmiges Ammoniak, Ammoniaklösung und Wasser verlangt. ergibt sich eine teure Leitungsführung, die die Instandhaltung und Überwachung erschwert. Alles das fällt weg, wenn verdampftes Ammoniak als Wärmeträger verwendet wird.It is essential for the district heating system according to the invention, .that in the circuit between the point at which the heat is generated and the point at which the heat is consumed, only ammonia circulates. This is where the invention differs compared to other district heating processes, which also use ammonia becomes, but not as pure steam, but as a working medium of an absorption process. Ammonia solution is separated into gaseous ammonia and water by supplying heat. These two components are in separate lines to the heat consumption point led and united there. The solution of ammonia in water releases heat, which can be delivered to the heat consumption point. The ammonia solution is then returned to the expulsion. Here, heat is not transferred directly, but the heat is only generated by a chemical reaction on the spot, Since such a system apart from the expulsion working under pressure is a three-part Pipeline network for gaseous ammonia, ammonia solution and water required. results expensive wiring that makes maintenance and monitoring difficult. All of this is eliminated when evaporated ammonia is used as a heat transfer medium.

Eine Anlage nach der Erfindung ist in dez-. Abhildung ihrer Anordnung nach dargestellt:` Sie ist eingeteilt in den Erzeugerbereich I und den Verbraucherbereich Il, die räumlich weit voneinander liegen. Im Erzeugerbereich liegt das Kraftwerk mit der Kesselanlage i, der Maschinenanlage2 und der Kondensationsanlage 3. Die Kraftmaschine ist als Entnahmekondensationsmaschi.ne ausgebildet. Für Heizzwecke soll Entnahmedampf aus der Stufe q. zur Verwendung kommen. Dieser Dampf wird nicht unmittelbar dem Verbraucherbereich II zugeführt; sondern er dient zur Heizung eines Verdampfers 5, in welchem flüssiges Ammoniak verdampft wird. Das Niederschlagwasser des Heizdampfes gelangt durch die Leitung 6 in einen Sammelbehälter 7. Hinter den Verdampfer 5 ist ein Überhitzer 8 geschaltet, der durch Entnahmedampf aus der Stufe g beheizt wird. Hinter dem überliitzer 8 hat der Ammoniakdampf den Zustand, in welchem er förtgeleitet wird. Sein Druck betrage beispielsweise 6o Atm., seine Temperatur i i 5° C. Bei der Fortleitung wird ein gewisser Druckabfall eintreten, so daß der Druck beispielsweise 5o Atm. beträgt, wenn der Ammoniakdampf in den Wärmeumformer i i eintritt. Dieser wird von Wasser durchflossen, das durch den heißen Ammoniakdampf erhitzt wird. Hierbei wird das Ammoniak niedergeschlagen. Außer der Verdampfungswärme des Ammoniaks kann auch noch ein Teil seiner fühlbaren Wärme nutzbar gemacht werden. Hierfür ist ein Wasservorwärmer 12 vor den Erhitzer i i vorzuschalten. Das. flüssige Ammoniak gelangt durch die Leitung 13 zurück zum Verdampfer 5, während das erhitzte Wasser dem Verbrauchernetz 14. zugeleitet wird. Ziem Ausgleich von Bedarfsschwankungen innerhalb des Verbrauchernetzes sind Speicher i 5 vorgesehen.A system according to the invention is in dec-. Depicting their arrangement shown as follows: `It is divided into the producer area I and the consumer area Il, which are spatially far from each other. The power plant is located in the generation area with the boiler system i, the machine system 2 and the condensation system 3. The The engine is designed as an extraction condensation machine. For heating purposes should extraction steam from stage q. come to use. This steam won't directly supplied to consumer area II; but it is used to heat one Evaporator 5, in which liquid ammonia is evaporated. The rainwater of the heating steam passes through line 6 into a collecting container 7. Behind the Evaporator 5 is connected to a superheater 8, which is extracted from the stage by steam g is heated. Behind the superfluous 8, the ammonia vapor has the state in which he is directed. Its pressure is, for example, 6o atm., Its temperature i i 5 ° C. During the transfer, a certain pressure drop will occur, so that the Pressure for example 50 atm. when the ammonia vapor enters the heat exchanger i i enters. This is traversed by water, which is caused by the hot ammonia vapor is heated. The ammonia is precipitated here. Except the heat of vaporization of the ammonia, part of its sensible heat can also be made usable. For this purpose, a water preheater 12 must be connected upstream of the heater i i. That. liquid Ammonia returns to the evaporator 5 through line 13 while the heated Water is fed to the consumer network 14. Fairly compensating for fluctuations in demand Storage i 5 are provided within the consumer network.

Bei Störungen im Ammoniaknetz kann es unter Umständen erforderlich werden, die Leitungen schnell zu entleeren. Hierbei darf das Ammoniak nicht nutzlos verlorengehen. Einige Möglichkeiten sind hierfür in der Abbildung angedeutet. So ist z. B. ein mit Wasser teilweise gefüllter Behälter 16 eingezeichnet, der durch die Leitung 17 mit der Leitung i o in Verbindung steht. Soll das Netz io entleert werden, so ist es nur erforderlich, das Ventil 18 zu öffnen. Ammoniak wird bekanntlich auf das heftigste von Wasser aufgenommen, so daß man es zur Entleerung der Leitung io im Wasser des Speichers 16 lösen kann. Weiter ist eine Leitung 1g für das flüssige Ammoniak angedeutet, die ebenfalls in den Speicher 16 mündet. Um das Ammoniak aus dem Wasser .wieder auszutreiben, ist ein Verdämpfer 2o vor gesehen, der durch Frischdampf aus der Leitung 2 i beheizt wird. Das ausgetriebene Ammoniak wird über die Leitung 23 in die Leitung i o abgegeben. Eine ähnliche Anordnung ist durch den Speicher 22 angedeutet, der jedoch in diesem Falle lediglich als Ammoniakspeicher, nicht aber als Wasserspeicher ausgebildet ist.In the event of malfunctions in the ammonia network, it may be necessary under certain circumstances drain the pipes quickly. Here the ammonia must not be useless get lost. Some possibilities for this are indicated in the figure. So is z. B. a partially filled with water container 16 is shown by the line 17 is connected to the line i o. Should the network be emptied OK it is only necessary to open the valve 18. Ammonia is known to be absorbed in the most violent manner by water, so that one drains it from the pipe io can solve in the water of the memory 16. Next is a line 1g for the liquid Ammonia indicated, which also opens into the memory 16. To get the ammonia out To drive out the water again, an evaporator 2o is seen, which by live steam is heated from line 2 i. The expelled ammonia is over the pipe 23 released into line i o. A similar arrangement is through the memory 22 indicated, but in this case only as ammonia storage, not but is designed as a water reservoir.

Die Verwendung vonAmmoniak als Zwßschenwärmeträger zwischen Wärmeerzeugungsstelle und Wärmeverbrauchstelle hat einmal den Vorteil, daß die Wärmeausbeute in der Kraftmaschine sehr hoch ist. Der Entspannungsvorgang braucht nicht bei den hohen Drücken abgebrochen zu werden, die bei der Fortleitung von Dämpf als Wärmeträger erforderlich sind, sondern die Entspannung kann in der Kraftmaschine sehr weit getrieben werden. Es ist beispielsweise möglich, bis auf i at. abs. herunterzugehen. Infolge der großen Dichte des hochgespannten Ammoniakdampfes wird der Leitungsdurchmesser klein. Die Rohrleitungsquerschnitte verhalten sich gegenüber Wasser etwa wie 1:7,5. Hierdurch werden auch die Ausgleichsvorrichtungen für die Ausdehnung der Rohrleitungen einfacher und billiger. Auch die Wärmedämmung solcher Leitungen wird, da sie bedeutend schwächer als bei Wasserdampf gehalten werden kann einfacher und billiger.The use of ammonia as an intermediate heat transfer medium between heat generation points and heat consumption point has the advantage that the heat yield in the engine is very high. The relaxation process does not need to be stopped at the high pressures which are necessary for the transfer of steam as a heat transfer medium, Instead, the relaxation can be taken very far in the prime mover. It is possible, for example, except for i at. abs. to go down. As a result of the great Density of the high-tension ammonia vapor, the pipe diameter becomes small. the Pipeline cross-sections behave roughly like 1: 7.5 in relation to water. Through this the compensating devices for the expansion of the pipelines also become simpler and cheaper. The thermal insulation of such lines is also significantly weaker because they are significantly weaker can be kept easier and cheaper than water vapor.

Der Umstand, daß Ammoniak begierig durch Wasser aufgenommen wird, schafft die Möglichkeit einfacher und betriebssicherer Dichtungen. Man kann z. B. daran denken, die Verbindungsstellen der Ammoniakanlage, soweit sie nicht geschweißt werden können, mit Wasserdichtungen zu versehen, die unter hohem Druck stehen. Wenn dieser Druck höher als der Innendruck der Leitungen ist, so kann es zwar vorkommen, daß Wasser in die Leitungen übertritt, doch ist dies ohne wesentlichen Einfluß, da das Ammoniak leicht wieder aus dem Wasser abgeschieden werden kann. Jedenfalls verhindert die Anwendung von Wasserdichtungen mit Sicherheit das Austreten von Ammoniakdämpfen, die im übrigen deshalb nicht leicht gefährlich werden können, weil sie infolge ihres starken Geruches undichte Stellen ohne weiteres erkennen lassen.The fact that ammonia is eagerly absorbed by water creates the possibility of simple and operationally reliable seals. You can z. B. Remember the junctions of the ammonia system, unless they are welded can be fitted with waterproof seals that are under high pressure. if this pressure is higher than the internal pressure of the pipes, it can happen that water flows into the pipes, but this has no significant influence, because the ammonia can easily be separated from the water again. In any case the use of waterproof seals prevents ammonia vapors from escaping, which, by the way, cannot easily become dangerous because, as a result of their strong smell to reveal leaks easily.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Fernheizungsanlage mit Fernleitung von Wärmemengen von einer Krafterzeugungsanläge zu einer Wärmeverbrauchanlage mittels Ammoniak als Wärmeträger im Kreislauf und Übertragung der Wärme an der Verbrauchstelle an einen weiteren Wärmeträger durch Wärmeaustausch, dadurch gekennzeichnet, daß Ammoniak an der Wär*ieabgabestelle (I) verdampft (5), gegebenenfalls überhitzt wird (8) und an der Wärmeverbrauchstelle (II) gegebenenfalls bis zum Niederschlag gekühlt wird. PATENT CLAIMS: i. District heating system with long-distance conduction of heat quantities from a power generation system to a heat consumption system using ammonia as Heat transfer medium in the circuit and transfer of heat to the point of consumption to a further heat carrier through heat exchange, characterized in that Ammonia evaporates (5) at the heat release point (I), possibly overheating (8) and at the heat consumption point (II), if necessary, cooled down to precipitation will. 2. Fernheizungsanlage nach dem Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Speicheranlage (15) für das erhitzte Wasser im Verbrauchernetz (14). 2. District heating system according to claim i, characterized by a storage system (15) for the heated water in the consumer network (14). 3. Fernheizungsanlage nach den Ansprüchen i und 2, gekennzeichnet durch eine Speicheranlage (22) für Ammoniak im übertragungsbereich.3. District heating system after claims i and 2, characterized by a storage system (22) for ammonia in the transmission area.