Plant for the centralised generation of thermal energy.

European Patent Application EP0000135

An installation for the central production of useful thermal energy for the remote supply of loads (10) has a turbine (16), after which one or more heat exchangers (22, 23) are connected. In these heat exchangers (22, 23), the heat transfer medium used for the remote supply is heated. In order to be able to use the mechanical energy of the turbine (16) for heating the heat transfer medium also, the turbine (16) drives a heat pump (8) which draws heat from the environment, raises it to a higher temperature level and imparts it to the heat transfer medium as useful heat. As a result, the consumption of primary energy is lower than in the case of direct heating of the heat transfer medium by primary energy alone.

Schuller, Karl-heinz

EP19780100136

01/10/1979

06/12/1978

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BBC BROWN BOVERI & CIE (DE)

F01K17/00; F01K17/00; F02C6/18; F02C6/18; F24D11/00; F24D11/02; F25B30/00; F25B30/02; (IPC1-7): F24J3/04; F01K17/00; F02C7/34; F24D11/02

F01K17/00; F02C6/18; F24D11/02; F25B30/02

FR2245920A
DE2553024A1
DE2545609A1
2219815				Refrigerating and heating system
2721728				Heat concentrator
CH304499A
DE2532850A

Anspr·uche.

1. Anlage zur zentralen Erzeugung von thermischer Nutzenergie f·ur die Fernversorgung von Verbrauchern mit mindestens einer Turbine (16). insbesondere einer Gegendruckdampfturbine, der mindestens ein W·armetauscher (22, 23, 49) zur Abgabe von Nutzw·arme an wenigstens einen W.;rmetrEger nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (16) als Antrieb des Verdichters (2) wenigstens einer die Um gebungsw·arme auf ein h·oheres Temperaturniveau anhebenden und als Nutzw·arme an den W·armetr·ager abgebenden W·armepumpe (8) ausgebildet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die W·armepumpe (8) eine Entspannungsturbine (7) aufweist, die an den als Turboverdichter ausgebildeten Verdichter (2) gekuppelt ist und die ·uber mindestens einen die Verdichtungsw·arme an den W·armetr·ager abgebenden ersten W·armetauscher (4) an die Druckseite des Verdichters (2) angeschlossen ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die W·armepumpe (8) einen geschlossenen Kreislauf ·ur das Arbeitsmedium aufweist mit wenigstens einem -twischen Entspannungsturbine (7) und Verdichter (2) in den-Kreislauf eingeschalteten zweiten W·armetauscher (41) f·ur die Zufuhr von Umgebungsw·arme.(Fig1)

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite W·armetauscher (41) f·ur die Zufuhr von Umgebungsw·arme von einem K·altetr·ager durchstr·ombar ist.

5. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die W·armepumpe (8) einen offenen Kreislauf f·ur das Arbeitsmedium aufweist, wobei der Verdichter (2) f·ur die Ansaugung von Umgebungsluft ausgebildet ist und der Luftauslass der Entspannungsturbine (7) in die Umgebung m·undet. (Fig. 2)

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Luftauslass der Entspannungsturbine (7) wenigstens ein von einem K·altetr·ager durchstr·ombarer dritter W·armetauscher (44) angeschlossen ist.

7. Anlage nach einem der Anspr·uche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Turbine (16) regelbar ist.

Anlage zur zewltralen Erzeugung von thermischer Nutzenergie Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur zentralen Erzeugung von thermischer Energie f·ur die Fernversorgung von Verbrauchern mit wenigstens einer Turbine insbesondere einer Gegendruckdampfturbine, der mindestens ein W·armetauscher zur Abgabe von Nutz W·arme an wenigstens einen W·armetr·ager nachgeschaltet ist0 In bekannten Anlagen dieser Art, die als Fernheitzkraftwerke mit Gas- oder Dampfturbinen ausgebildet sind, ist die Erzeugung von thermischer und mecha rascher Nutzenergie gekoppelt, wodurch der hierzu erforderliche Aufwand an Prim·ar energie geringer ist als bei einer getrennten Erzeugung dieser Energiearten.

Durch Generatoren, welche an die Turbine angeschlossen sind, wird die mechanische Nutzenergie in elektrische Energie umgeformt und Verbrauchern zugeleitet. Diesem Vorteil der Nutzerergieerzeugung mit verringertem Aufwand an Prim·ar energie stehen einige Nachteile gegen·uber Diene solche Anlagen in erster Linie zur Erzeugung von Nutzw·arme und wird die hierbei erzeugte elektrische Energie in ·offentliche Stromversorgungsnetze eingespeist, so ist fUr diese elektrische Energie in vielen F·allen kein koStendeckender Preis zu erreichen, so dass die Gesamtwirt3chaftlichkeit einer solchen Anlage in Frage gestellt ist.

Um BetriebsstUrungen Zu begegnen, m·ussen schliesslich noch Reserve einheiten zur Stromversorgung vorgesehen sein, wodurch die Wirtschaftlichkeit weiter verringert wird.

R·ustet man andererseits Kraftwerke, die f·ur die Sr- zeugung von elektrischer Energie vorgesehen und meist weitab von Wohngebieten aufgestellt sind, mit Zusatzeinrichtungen zur Erzeugung von Heizw·arme aus, so muss diese Heizw·arme ·uber grosse Entfernungen zu den einzelnen Verbrauchern geleitet werden, wodurch haupts·ach lich bei geringer Belastung und Kapazit·at erhebliche Kosten entstehen. Zudem ist bei vorgegebener Leistung gr·osse der W·armequelle des Kraftwerkes mit einer Verringerung der Stromerzeugung zu rechnen, so dass f·ur die Ersatzstrombeschaffung zus·atzliche Aufwendungen erforderlich sind, welche die Wirtschaftlichkeit beeinflussen.

Der Hauptgrund f·ur die Nachteile der bekannten Heizkraftwerke ist jedoch darin zu-sehen, dass sich der tageszeitlich und jahreszeitlich sehr schwankende Bedarf an elektrischer und thermischer Nutzenergie nicht deckt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur zentralen Erzeugung von thermischer Nutzenergie der eingangs genannten Art, insbesondere eine Anlage zur Fernversorgung von Verbrauchern, anzugeben, welche die thermodynamischen Vorteile der gekoppelten Erzeugung von mechanischer und thermischer Nutzenergie zumindest weitgehend aufweist bei gleichzeitiger Unabh·angigkeit von der Erzeugung von elektrischer Energie. Dar·uberhinaus soll die Anlage in ihrem Aufbau einfach und den betrieblichen Anforderungen voll gewachsen sein.

Die L·osung dieser Aufgabe besteht bei einer Anlage der eingangs genannten Art erfindungsgem·ass darin, dass die Turbine als Antrieb des Verdichters einer die Umgebungsw·arme auf ein h·oheres Temperaturniveau anhebenden und als Nutzw·arme an den W·armetr·ager abgebenden W·armepumpe ausgebildet ist.

Die aus fossilen und/oder nuklearen Brennstoffen gewonnene und an ein Arbeitsmedium wie Dampf oder Treibgas ·ubertragene W·armeenergie wird in der Dampf- bzw.

Gas-Turbine in mechanische Antriebsenergie umgewandelt und zum Antrieb der W·armepumpe ausgenutzt, wobei die von der W·armepumpe auf ein h·oheres Temperatur- niveau angehobene Umgebungsw·arme sowie mindestens die Abw·arme der Turbine als Nutzw·arme an den W·armetr·ager abgegeben wird. Hierdurch sind die thermo dynamischen Vorteile der gekoppelten Erzeugung von thermischer und mechanischer Nutzenergie gewahrt, gleichzeitig entfallen jedoch die mit einer Stromerzeugung verbundenen Nachteile, wie hoher Maschinenund Bedienungsaufwand sowie die Probleme des Strom verkaufs der bekannten Anlagen gem·ass dem Stand der Technik.

Da ein beachtlicher Teil der verbrauchten Prim·arenergie f·ur die Deckung von thermischer Nutzenergie eingesetzt wird, gewinnt die Anlage gem·ass der Erfindung wegen ihrer Wirtschaftlichkeit und ihres einfachen Aufbaus im Hinblick auf die Bestrebungen zur Energieeinsparung und Substitution hochwertiger fossiler Brennstoffe an Bedeutung.

Eine Anlage gem·ass der Erfindung kann selbstverst·andlich auch mehrere, gegebenenfalls mehrstufige Verdichter aufweisen, ebenso k·onnen mehrere W·armepumpen vorgesehen sein.

Als W·armepumpe kann eines der bekannten Systeme mit Verdichter dienen, besonders vorteilhaft ist es e- doch,. wenn die W·armepumpe eine Entspannungsturbine aufweist, die an den als Turboverdichter ausgebildeten Verdichter gekuppelt ist und die ·uber mindestens einen die Verdichtungw·arme an den W¬armetr·ager abgebenden W·armetauscher an die Druckseite des Verdichters angeschlossen ist. Durch die Entspannung des ver dichteten Arbeitsmediums in der Entspannungsturbine und durch die Ausnutzung der hierbei gewonnenen mechanischen Energie f·ur den Antrieb des Verdichters ist die von der Turbine zu liefernde Antriebsenergie verringert. Hierdurch kann die Turbine mit geringerer Leistung, d.h. billiger ausgebildet werden.

Gem·ass einer Weiterbildung. der Erfindung kann die W·armepumpe einen geschlossenen Kreislauf f·ur das Arbeitsmedium aufweisen mit wenigstens einem zwischen Entspannungsturbine und Verdichter in den Kreislauf eingeschalteten zweiten W·armetauscher f·ur die Zufuhr von Umgebungsw·arme. Als Arbeitsmedium kann hierbei ein Dampf z.B. K·altemittel uder ein Gas wie z.B.

Kohlens·aure oder Luft dienen.

Wird hierbei die Umgebunyw·arme einem K·altetr·ager entzogen, so kann die Anlage gleichzeitig zur Erzeugung von Nutzk·alte eingesetzt werden.

Eine besonders empfehlenswerte andere Weiterbildung kann darin bestehen, dass die W·armepumpe einen offenen Kreislauf f·ur das Arbeitsmedium aufweist, wobei der Verdichter f·ur die Ansaugung von Umgebungsluft ausgebildet ist und der Luftauslass der Entspannungsturbine in die Umgebung m·undet. Da hierbei die Umgebungsw·arme mit der angesaugten Umgehungsluft dem System zugef·uhrt wird, ist kein W·armetauscher f·ur die Zufuhr von Umgebungsw·arme erforderlich und der Bauaufwand verringert.

Der Hauptvorteil: der vorgenannten Ausbildung der W·armepumpe ist jedoch darin zu sehen, dass hohe W·arme tr·agertemperaturen bis in den Bereich um 1000 C bei guter Leistungsziffer erreichbar sind und sich hierbei die Leistungsziff er mit fallender Temperatur der Umgebungsw·arme nur geringf·ugig verschlechtert.

Auch kann vorteilhaft an den Luftauslass der Entspannungsturbine wenigstens ein von einem K·altetr·ager durchstr·ombarer dritter W·armetauscher angeschlossen sein. Hierdurch ist die Anlage auf einfache Weise zur Erzeugung .~on-Nutzk·alte und/oder Nutzw·arme einsetzbar.

Weitere Vorteile und empfehlenswerte Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausf·uhrungsbeispielen in Verbindung mit den schematischen Figuren hervor. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine Anlage zur Erzeugung von Nutzw·arme mit einem Dampferzeuger und einer Gegendruck dampfturbine und einer W·armepumpe mit ge schlossenem Kreislauf, Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 mit einer W·arme pumpe mit offenem Kreislauf und Fig. 3 eine Ausf·uhrungsvariante des Gegenstandes der Fig. 2 mit einer Gas-Turbine.

In den Zeichnungen sind gleiche Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Nach dem Ausf·uhrungsbeispiel gem·ass Fig. 1 wird das Arbeitsmedium der W·armepumpe 8 ·uber eine Ansaugleitung 1 dem Verdichter 2 zugef·uhrt. In diesem Verdichter, der als Turboverdichter ausgebildet ist, wird das gasf·ormige Arbeitsmedium auf einen h·oheren durch die Auslegung der Anlage vorgegebenen Druck verdichtet, wobei sich das Arbeitsmedium erw·armt.

Anschliessend wird dieses ·uber eine Leitung 3 dem ersten W·armetauscher 4 zugef·uhrt. In diesem erfolgt ·uber W·armeaustauschfl·achen der W·armeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium und dem k·alteren, ·uber die Leitung 5 in den ersten W·armetauscher 4 eingeleiteten W·armetr·ager. In'den vorliegenden Ausf·uhrungsbeispielen ist als W·armetr·ager Heizwasser vorgesehen, das mit vorgegebener Vorlauftemperatur ·uber die Heizwasser-Vorlaufleitung 9 dem oder den W·armeverbrauchern 10 zugeleitet wird.

Das abgek·uhlte Heizwasser wird ·uber die Leitung 11 und die Pumpe 12 in die Heizwasser- R·ucklaufleitung 13 eingespeist. ·uber ein Ventil 14 oder ein Regelorgan kann eine vorgegebene Teilmenge des r·ucklaufenden Heizwassers gezielt und ·uber die Leitung 5 dem ersten W·armetauscher 4 zugeleitet werden.

Das im ersten W·armetauscher 4 aDgek·uhlte Arbeits medium-wird ·uber die Leitung 6 der Entspannungstur- bine 7 zugef·uhrt. Hier expandiert dieses und k·uhlt sich durch den Expansionsvorgang ab. Das abgekuhlte und entspannte Arbeitsmedium wird ·uber die Leitung 40 in den zweiten W·armetauscher 41 eingeleitet. Hier wird dem Arbeitsmedium Umgebungsw·arme zugef·uhrt z.B.

durch Umgebungsluft' die ·uber eine Leitung 50 dem zweiten W·armetauscher 41 zugef·uhrt wird. Die Umgebungsluft wird hierbei von einem nicht dargestellten Ventilator gef·ordert. G·unstiger jedoch ist es, die Umgebungsw·arme einem zugef·uhrten K·altetr·ager wie Wasser, Sole oder K·altemittel zu entziehen und den abgek·uhlten K·altetr·ager auszunutzen z.B. f·ur die Klimatisierung oder gewerbliche Zwecke. Schliesslich wird das mit Umgebungsw·arme beladene Arbeitsmedium durch die Ansaugleitung 1 abgef·uhrt, so dass der Kreislauf der W·armepumpe 8 geschlossen ist.

Die durch Expansion der Luft in der Entspannungsturbine 7 freigesetzte mechanische Energie wird zum Antrieb des Verdichters 2 ausgenutzt. Aus diesem Grunde sind die Wellen von Verdichter und Entspannungs turbine ·uber ein gemeinsames Wellenst·uck 1W5 mechanisch miteinander verbunden.

Der Leistungsbedarf f·ur den Antrieb des Verdichters 2 ist gr·osser als die durch die Expansion der Luft in der Entspannungsturbine 7 freigesetzte Leistung. Die noch fehlende Antriebsleistung f·ur den Verdichter 2 wird von der Turbine 16 aufgebracht, die im Ausf·uhrungsbeispiel gem·ass Fig. 1 als Anzapf-Gegendruck- Dampfturbine ausgebildet ist. Die Turbine 16 ist hier ·uber ein Wellenst·uck 17 mit dem Verdichter 2 mechanisch verbunden. Abweichend von diesen Darstellungen k·onnte die Turbine 16 aber auch mit einem eigenen Generator zur Strtinerzeugung ausger·ustet sein und der Antrieb der aus Verdichter 2 und Entspannungsturbine 7 bestehenden Maschinengruppe k·onnte ·uber einen Elektro- motor erfolgen, der vom Generator gespeist wird.

Der Arbeitsdampf der Turbine 16 wird in einem Dampferzeuger 18 durch Einsatz fossilen oder nuklearen Brennstoffes gewonnen. Der Dampferzeuger 18 ist mit einer Uberhitzungseinrichtung 19 zur ·uberhitzung des Arbeitsdampfes ausger·ustet. Der Arbeitsdampf wird ·uber die Frischdampfleitung 20 und das Turbinen-Einlassven til er der Turbine 16 zugef·uhrt.

Die Turbine 16 versorgt die W·armetauscher 22 und 23 mit dem erforderlichen Abdampf und/oder Anzapfdampf zur Erw·armung eines W·armetr·ager-Teilstromes, der der Heizwasser-R·ucklaufleittmg 13 entnommen und ·uber das Absperr- und Regelorgan 24 und die Leitung 25 den w·armetr·agerseitig hintereinandergeschalteten W·armetauschern 22 und 23 zugef·uhrt wird. Die Heizdampfdr·ucke an den Dampfentnahmestellen 26, 27 der Turbine sind dabei so gew·ahlt, dass etwa gleichgrosse Aufw·armspannen des W·armetr·agers in den W·armetauschern 22 und 23 auftreten und die verlangte Vorlauftemperatur erreicht wird. Der erw·armte Teilstrom des W·armetr·agers wird dann in die gemeinsame Heizwasser-Vorlaufleitung 9 eingeleitet.

Die an der Turbine 16 vorgesehenen Entnahmestellen 26 und 27 f·ur den Abdampf bzw. Anzapfdampf sind ·uber Leitungen 29 und 30 mit den W·armetauschern 22 und 23 verbunden. Das Dampfkondensat aus dem W·armetauscher 23 wird'·uber die Leitung. 31 in den Dampfraum des unter geringerem Dampfdruck stehenden W·armetauschers 22 eingeleitet und zusammen mit dem -Kondensat des W·armetauschers 22 ·uber die Leitung 32, die Kondensatpumpe 33 und die Leitung 34 in den Entgaser-Mischvorw·armer 35 geleitet. Dieser wird ·uber eine Heizdampfleitung 36 aus einer geeigneten Heizdampf-Entnahmestelle, z.B. Entnahmestelle 27, mit Heizdampf versorgt.

Eine weitere Entnahmestelle 28 ist zur Heizdampfversorgung eines Oberfl·achen-Speisewasservorw·armers 37 vorgesehen. Sinngem·ass k·onnen auch mehrere speisewasserseitig hintereinandergeschaltete Speisewassererw·armer zur Anwendung kommen. Statt der dargestellten zweistufigen Heizwassererw·armung kann auch eine einstufige oder eine Heizwassererw·armung mit noch weiteren Stufen gew·ahlt werden. Entgegen der Darstellung kann der Arbeitsdampf der Turbine nach Teileypansion zwischen·uberhitzt werden, oder es kann auf die Uberhitzung des Arbeitsdampfes ganz verzichtet werden.

Die Einzelheiten der Kreislaufschaltung im Dampfteil der vorgeschlagenen Anlage k·onnen den jeweiligen Erfordernissen entsprechend abgewandelt werden.

Im vorliegenden Ausf·uhrungsbeispiel f·ordert die Speisepumpe 38 das Speisewasser ·uber den Speisewasservorw·armer 37 und die Leitung 39 in den Dampferzeuger 18, womit der Wasser-Dampfkreislauf der Anlage geschlossen ist.

Die Anordnung der Turbine 16, des Verdichters 2 und der Entspannungsturbine 7 auf einer gemeinsamen im Leistungsgleichgewicht stehenden Welle 15 und 17 bietet die M·oglichkeit einer verlustarmen Drehzahlregelung dieser Maschinengruppe.

Wie sich aus Vorstehendem ergibt, wird w·ahrend des Betriebs der Anlage jeweils ein Teilstrom des W·armetr·agers der Heizwasser-R·ucklaufleitung 13 entnommen, in den W·armetauschern 22 und 23 sowie 4 erw·armt und der Heizwasser-Vorlaufleitung 9 zugef·uhrt. Die f·ur die Erw·armung-ben·otigte W·arme wird hierbei dem Abdampf und/oder Anzapfdampf der Turbine 16 sowie der W·armepumpe 8 entnommen. Da die W·armepumpe 8 im wesentlichen von der Turbine 16 angetrieben wird, ist es mit der vorliegenden Anlage somit m·oglich, die thermodynamischen Vorteile der gekoppelten Energieerzeugung f·ur die alleinige Erzeugung von thermischer Nutzener- gie auszunutzen.

In Fig. 2 ist eine Ausf·uhrungsvariante der Anlage gem·ass Fig. 1 dargestellt. Der Unterschied zwischen beiden Anlagen besteht darin, dass die Anlage nach Fig. 2 eine W·armepumpe mit offenem Kreislauf f·ur das Arbeitsmedium aufweist. Hierzu m·undet die Ansaugleitung 1 in die Umgebung, es wird vom Verdichter 1 somit Umgebungsluft mit Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur angesaugt. Dementsprechend m·undet die Leitung 40, welche an den Luftauslass der Entspannungsturbine 7 angeschlossen ist, in die Umgebung.

Hierbei ist in die Leitung 40 ein dritter W·armetauscher 44 eingeschaltet, der von einem K·altetr·ager durchstr·omt wird. Der von den K·alteverbrauchern, z.B. Klimaanlagen, kommende erw·armte K·altetr·ager tritt ·uber die Leitung 42 in den dritten W·armetauscher 44 ein, wird hier unter Abgabe von Umgebungsw·arme abgek·uhlt und str·omt ·uber die Leitung 45 den K·alteverbrauchern zu. Eine Pumpe 43 h·alt hierbei die Zirkulation aufrecht. Als K·altetr·ager k·onnen die bereits erw·ahnten Fluide eingesetzt werden.

Figur 3 zeigt schliesslich eine Ausf·uhrungsvariante der Anlage gem·ass Fig. 2, wobei die Anlage nach Fig. 3 eine Gasturbine f·ur die Erzeugung der mechanischen Energie aufweist.

Demnach is-t als Turbine 16 eine Gasturbine eingesetzt, die ·uber eine Leitung 46 mit Treibgas als Arbeits- medium versorgt wird, welches in einer Brennkammer 47 erzeugt wird.

Die f·ur die Verbrennung des Brennstoffes, wie Gas oder bl, erforderliche Luft wird zusammen mit der zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Auslegungstemperatur des Arbeitsgases erforderlichen SMund·ar- luft in einen Turbokompressor 48 verdichtet und zusammen mit dem Brennstoff der Brennkammer 47 zugef·uhrt. Der Turbokompressor 48 ist f·ur den'Antrieb an die Turbine 16 gekuppelt, so dass Verdichter 2, Entspannungsturbine 7, Turbine 16 und Turbokompressor 48 antriebsseitig miteinander verbunden sind.

Nach dem- Austritt aus der Turbine 16 wird das entspannte Treibgas dem W·armetauscher 49 zugef·uhrt, der wie die W·armetauscher 22, 23 im Ausf·uhrungsbeispiel gem·ass Fig. 1 oder 2 vom W·armetr·ager beauf schlagt wird.

Der Hauptvorteil der erfindungsgem·assen Anlagen liegt vor allem in der Verringerung des Prim·arenergieeinsatzes bei der Nutzw·armeversorgung gegen·uber bekannten Heizwerken oder gegen·uber Einzelfeuerungen und in der Vermeidung der Nachteile von bekannten Heizkraftwerken.

Der Vorteil des geringeren Prim·arenergieeinsatzes gegen·uber bekannten Heizwerken oder Einzelfeuerungen soll anhand des Ausf·uhrungsbeispiels gem·ass Fig. 2 durch Auf stellung der ·ausseren W·armebilanz nachgewiesen werden: F·ur die als W·armepumpe wirkende Maschinengruppe mit Verdichter 2 und Entspannungsturbine 7 gelte die Leistungsziffer: E - nutzbar abgegebene W·arme WP erforderliche Antriebsleistung QH (WP) P Hierin ist QH (WP) [KJ/S] ; die im ersten W·armetauscher 4 nutzbar an das Heizwasser ·ubertragene W·arme QWP [KW]; die Leistungsaufnahme der W·armepumpe Die Leistungskennziffer der Dampf-Turbine 16 ist: EMI13.1 Hierin bedeuten QH(D) [KJ/S] ;

die in den dampfbe heizten W·armetauschern 22 und 23 nutzbar an das Heizwasser ·uber tragene W·arme PDT [KW] ; die Leistungsabgabe der Dampfturbine Die erforderliche Brennstoffw·arme, die dem Dampferzeuger 18 zuzuf·uhren ist, errechnet sich aus: EMI14.1 Hierin ist QBR [KJ/S] ; die dem Dampferzeuger zuzu f·uhrende Brennstoffw·arme DE F-3 ; ; der Wirkungsgrad des Dampferzeugers Bei Vernachl·assigung geringf·ugiger sonstiger ·ausserer Verluste gilt: Leistungsabgabe der Dampf-Turbine = Leistungs aufnahme der W·armepumpe PDT QWP gesamte Heizleistung QH = im ersten W·armetau scher 4 nutzbar an das Heizwasser ·ubertragene W·arme plus in den W·armetauschern 22 und 23 nutzbar an das Heizwasser ·uber tragene W·arme bzw.

QH = QH (WP) + QH (DT) [KJ/S] F·uhrt man den Brennstoffausnutzungsfaktor QH # = [-] QBR als dimensionslose Kenngr·osse ein, so. ergibt sich mit den vorher definierten Gr·ossen f·ur das Ausf·uhrungsbeispiel gem·ass Fig. 1 die Beziehung: EMI15.1 F·ur ein Heizwerk gem·ass dem Stand der Technik ist sinngem·ass der Brennstoffausnutzungsfaktor #HW = #HW Hierin bedeuten HW [-]; der Wirkungsgrad der W·arme·ubertragung vom Brennstoff an das Heiz wasser, z.B. in einem Heisswasser-Kessel Das Verh·altnis der Brennstoffausnutzungsfaktoren ist ein Mass f·ur die m·ogliche Verringerung des Prim·arenergieeinsatzes einer Anlage gem·ass der Erfindung gegen·uber einer Heizw·armeversorgung mit bekannten Heizwerken. EMI16.1

Setzt man vereinfachend #DE = #HW und setzt man in obige Beziehung realisierbare Werte, z.B.

=2 WP #DT = 0,5 ein, so ergibt sich der Zahlenwert f·ur dieses Beispiel mit F = 1,33 Das heisst, der Aufwand an Prim·arenergie ist bei einer Anlage gem·ass der Erfindung wesentlich geringer als bei bekannten-Heizwerken.

Bei Einzelfeuerung kann mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad der W·arme·ubertragung an das Heizwasser von g·unstigstenfalls etwa #EF = 0,7 [-] gerechnet werden.

Unterstellt man einen Dampferzeugerwirkungsgrad von #DE = 0,9 [-] so ist das Verh·altnis der BrennstoffausnutzungsfaR- toren einer Anlage nach der Erfindung gegen·uber der Heizw·armeversorgung mit Einzelfeuerung: EMI17.1 oder mit den entsprechenden Zahlenwerten: ss = 1,71 ssEF Damit ist der quantitative Nachweis der m·oglichen Brennstoff einsparung der erfindungsgem·assen Anlagen gegen·uber konkurrierenden bekannten Verfahren der Heizw·armeversorgung erbracht.

Dar·uber hinaus ergeben sich weitere Vorteile durch Ausnutzung der kalten Seite der W·armepumpe zu K·uhlzwecken.