CN100510622C - 喷水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在热电站的给水箱内的喷水装置，其包括以模块构件形式设置、用于转化存在于水中的气体的催化剂和置于所述催化剂之下的喷洒区，所述喷洒区具有用于喷洒水的喷洒口。因为喷水装置包括一种用于转化存在于水内的气体的催化剂，在喷洒除气中，从水中释放的气体可以容易、可靠及完全地除去。因此，热电站热力循环的效率得以提高，布置在循环中的各构件的寿命得以延长。

Description

喷水装置
技术领域
本发明涉及一种在热电站的给水箱内的喷水装置。
背景技术
公知热电站具有水-蒸汽循环(热力循环)，其中在其它各部件之间安装有给水箱。给水箱用于储存和更新在热力循环中循环的水。在更新过程中，水的除气是特别重要的。
在所有的热电站中，为了可靠安全的操作以及获得电站的最高效率，对进给水进行尽可能完全的除气是必不可少的。需要除去的气体具体包括在给水箱的主导温度下不可冷凝的气体，例如氧气和二氧化碳。此外，特别是在沸水反应堆类型的核电站中，氢气和氧气，又称为光解气体，是通过对循环于反应堆压力容器中的进给水的放射性辐射效应形成。
氧的氧化性能导致腐蚀并从而损坏热力循环的所有构件。这些损坏极大地缩短了这些构件的寿命。还有，光解作用产生的氢气具有极大的危险性，因为它极易燃的，特别是其与存在的氧气一起形成极易爆炸的混合气，也就是通常所说的爆鸣气。然而，为了保证对沸水反应堆的安全操作，必须尽可能完全地从进给水中除去所产生的光解气体。
依据专利申请DE3614267A1，一种从核电站主循环的水中除去氢气和氧气的可选办法是，通过催化活性表面来转化这两种气体。
在另一个通常所说的喷洒除气过程中，含有气体的水以最细微的水滴形式喷洒于给水箱内进给水的上方，且与热蒸汽接触，即所谓的抽汽。抽汽与所喷洒的较冷的水之间的热交换引起溶于其内的气体的释放，并通过适合的抽吸装置从热力循环除去。可以用从DE10001297中得知的弹簧加载的喷雾阀来喷洒给水箱内的水。
然而，抽吸由喷洒除气所释放的气体存在一些根本的问题。在实践中发现，喷水所形成的喷洒罩形成一个相对致密的覆盖，其妨碍安装在给水箱内的抽吸装置抽吸气体。对光解气体不充分的抽吸导致上述在热力循环的操作中存在的缺点和危险。
而且，由于光解气体的不充分抽吸，均匀地分布将要由喷水装置除气的水以及在给水箱内均匀地分布抽汽是相当困难的。从而，不能够获得喷洒除气以及最终整个热力循环的最佳效率。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种上述类型的装置，其包括以模块构件形式设置、用于转化存在于水中的气体的催化剂和置于所述催化剂之下的喷洒区，所述喷洒区具有用于喷洒水的喷洒口。利用这种装置，在喷洒除气时，从水中释放的气体尽可能容易、可靠和完全地除去，获得高效的热力循环。
通过一种热电站的给水箱中内的喷水装置解决了这个问题，其中，所述装置具有用于转化存在于水中的气体的催化剂。
此外，术语催化剂包括每种适于通过化学反应转化存在于水中的气体，特别是在循环的通常主导温度下不可冷凝的气体的物质。为此，气体应当尽可能地转换成水或者是易于溶于水的化合物。由于催化剂和待除去的气体处于不同的状态，在转化中使用了多相催化剂。
本发明的喷水装置仅通过转化，就有利地除去了存在于进给水中的气体。通过从热力循环中除去气体，明显地增加了安装在热力循环中的各构件的使用寿命，这是因为由例如氧引起的腐蚀不再是可能的了。这样，甚至水-蒸汽循环的维修间隔也得以延长，从而带来成本优势。腐蚀气体的完全除去也使得热电站操作安全性更高。
此外，相较于使用分开的装置分别用于喷水和抽吸所释放的气体的已知技术，本发明显著地改进了气体的去除。而且，使用本发明的装置时，从所喷出的水中释放的气体借助催化剂在其形成位置的附近实现转化，而不用如在公知的两件式装置中的情况那样经过一个很长的距离到达抽吸装置。与现有技术相比较，通过改进除气，可以减少热力循环中的耗用功率，从而最终提高电站的效率。
与现有技术相比较，本发明装置的另一个优点在于成本低，因为依据本发明，只需要用一个装置来除气，而公知技术提供分开的装置分别用于喷水和抽气。
本发明也有利于在给水箱中均匀地分布带除气的水以及抽汽。这提高了喷洒除气的效率，从而提高了热力循环的效率。而且，本发明的装置可在没有超载风险的情况下运转，因此，与常规的喷水装置相比较，其很少需要修理。电站由于维修而停机的时间减少了，从而节省了开支。
最后，本发明的另一个优点在于，可以使用相对低成本的催化剂对现有的喷水装置进行改装。因此，本发明的优点还包括低成本地运用于已有的电站。
本发明的第一优选设计形式提供了一种把氢气和氧气转化成水的催化剂。当进给水在沸水反应堆类型的核电站内循环时，这样的一种催化剂设计是十分有利的。氢氧混合物通过作用于水上的放射性辐射效应而形成，然后借助置于喷水装置内的催化剂安全地转化成水。由此，将高可燃性的氢气与极易爆炸的爆鸣气混合物从热力循环中除去，从而提高了电站的操作安全性。公知可以把许多种金属以及有机金属化合物用作把光解气体转化成水的催化剂。
因此，催化剂含有至少一种贵金属是十分有利的。原则上，可以利用现有技术中公知的所有用于转化气体的贵金属。然而，特别优选的是那些元素周期表中第8副族的金属(镍、钯、铂)，特别是铂。这些金属可以催化转化许多种气体，也十分适合于把氢气和氧气催化燃烧成水。除了一种贵金属外，催化剂中甚至可以含有几种贵金属，例如镍和铂。多种贵金属可以并存于催化剂中，也可以合金的形式存在。
本发明的另一个优选设计形式提供了一种设计成散装材料的催化剂。这样的催化剂可以容易地制造，且由于其坚固性，具有长寿命的特征。从而，存在于水中的气体可以在一个很长的时期内可靠地进行转化。
有利地，也可以把催化剂设计成一个具有催化活性覆盖层的基底。这样的设计形式的优点在于，只有覆盖层需要包含例如贵金属的催化活性材料，而基底可以由价格低得多的材料制造。可使用现有技术中公知的材料作为基底。这些材料包括金属氧化物，特别是γ-Al2O3金属合金、陶瓷以及耐火塑料。以这种方式，可以制造一种低成本的催化剂，其可靠地除去了存在于水中的气体。
还有，催化剂具有片状金属结构是有利的。在下文中，术语片状金属是指一个其厚度比其表面尺寸小的物体。片状金属可以设计成催化活性散装材料或者催化活性覆盖层的基底。原则上，所有现有技术中公知的结构都可以用于片状金属结构。因此，该结构可以是一个规则或者不规则的凸凹序列，例如具有波状图案或者锯齿状图案。在准备一个大的活性表面时，甚至可以是一个相对粗糙的表面，例如树枝状的覆盖层。而且，片状结构可以形成一个多层体，这进一步增大了催化活性表面。
此外，把催化剂设计成膨胀合金是十分有用的。术语膨胀合金表示一种合金体，其通过膨胀过程以公知的方式获得其结构。这样的一种催化剂可以相对容易地生产，且材料消耗低，并且由于其大催化活性表面，可靠地确保存在于水中的气体的去除。
此外，本发明的优选设计形式提供一种设计成金属丝纱网的催化剂。可以使用公知的金属丝纱网，其中，每根单独的线设计成散装材料或者是具有催化活性覆盖层的基底。同时，从根本上说，可以具有多层布置的金属丝纱网作为一金属丝布。可以通过相对较大的表面来实现本发明的优点。
一个优选设计形式也提供了一种设计成至少一个模块构件的催化剂。在需要的时候，例如由于污染或者活性表面损耗时，可以低成本地更换该构件。此外，使用几个构件的优点在于催化活性表面可以容易地由安装在喷水装置内的构件数目确定。模块构件可以设计成上述任一形式的催化剂。
一个本发明的优选设计形式提供了所述喷水装置，其具有至少一个喷洒区，该喷洒区包括喷洒口，且催化剂直接置于喷洒区附近。术语喷洒区表示喷水装置的区域，通过其喷洒待除气的水。为此，在喷洒区内提供了众多的喷洒口。本发明的喷水装置具有一个甚至是几个这样的喷洒区。
由于催化剂直接置于喷洒区的附近，从所喷出的水中释放出来的气体可以在其形成位置附近得以转化，且从热力循环中除去。这意味着催化剂尽可能地邻近喷洒区设置，和喷洒区所需要的结构空间相一致。催化剂设置得离喷洒区越近，从水中释放的气体可以越完全、越迅速地除去。此外，催化剂直接地邻近喷洒区设置，有利地使本发明喷水装置具有相对较小的结构空间。
把催化剂沿喷水装置的纵向置于喷洒区的上方是十分有益的。这样的布置可以很好地且可靠地除去气体，这是因为当从喷洒的水中释放后，由于低密度及沿喷水装置的纵向，这些气体往上流动，并该处借助催化剂实现转化。在此，气体在给水箱的较冷区域内聚集的趋势也起到了作用。由于催化剂位于喷洒区上方的局部过冷区域，因为抽汽沿喷水装置的纵向从底部流向所喷洒的水，待除去的气体聚集在催化剂的区域，并可以可靠地除去。
此外，催化剂置于喷水装置的向外侧是特别有利的。从而，待除去的气体非常顺利地流动到催化剂，在那儿迅速地转化。虽然，每个喷水装置的向外侧都适合于气体的转化，基于上述的理由，一位于喷洒区上方的向外侧是特别优选的。
本发明另一个有利的设计形式提供了一种催化剂，其置于具有至少两个而不是一个喷洒区的喷水装置内。因此，可以十分容易地设计一种具有至少两个依据本发明的喷洒区的喷水装置。为此，代替喷洒区，催化剂设置于提供用于两个喷洒区之一的结构区内。设计催化剂使其与设定的结构空间一致，从而，催化剂可以毫无问题地装入该位置内。非常有益地，甚至可以把具有至少两个喷洒区的现有喷水装置改装成后来的依据本发明的装置。依据本发明的装置也可以改变成一个没有催化剂的喷水装置。
此外，喷水装置是圆柱形对称的，这是特别有益的。可以十分容易地制造圆柱形对称装置的各个独立构件，从而降低制造成本。此外，一个圆柱形对称的喷水装置也与例如连接凸缘的固定装置相符，该凸缘通常用于喷水装置于给水箱内的设置。本发明的这个优选设计形式可以有利地用于新的以及已经存在的电站。
此外，本发明圆柱形对称的喷水装置具有一个有利的表面与体积比，这个比例用于描述圆柱的性质。由此，把催化剂置于圆柱面覆盖的区域内是优选的。从而，可以获得相对大的催化剂向外的表面，其与喷水装置整个结构空间成正比。除此之外，通过置于圆柱面覆盖的区域内，即使非向外的催化剂表面也可以达到最大化。即使这些催化剂表面也可以通过采取相应的结构措施而接触待除去的气体，例如，催化剂可以具有带有间隔的模块构件或凹槽模块。这使得气体的转化可靠且更加迅速。
在本发明的另一个优选设计形式中，在圆柱轴线与催化剂之间沿径向安装了一个管子。管子沿轴向延伸，并设计为向喷洒区进给水。管子安装于该装置内的原因是因为，在本发明喷水装置中，必须向至少一个喷洒区提供待除气的水。此外，如果催化剂而不是喷洒区位于圆柱面覆盖的区域内，则管子安装于圆柱轴线和催化剂之间是特别有利的，且在圆柱轴线和圆柱面覆盖之间的可利用结构空间安装管子是十分节约空间的。
同时，通过相对较冷的水流经管子，在喷水装置内形成一个局部过冷区域，其作用已经在上文中解释过了，且可以通过把管子和催化剂置于喷洒区上方来得以增强。虽然由于其对流经的水的低流阻以及易于制造，管子是特别优选的，但也可以用具有其它截面的中空体来输送水。
最后，本发明的一个优选设计形式提供了一种催化剂，其直接安装于给水箱内给水箱的上壁下方，这是因为给水箱内最冷的区域位于其上壁下方。通过把催化剂置于喷水装置中的喷洒区上方和把具有催化剂区域的喷水装置直接置于给水箱的上壁下方，可以十分容易地实现。待转化的气体聚集在过冷区域内，且因而由存在于热力循环中的催化剂高效迅速地从热力循环中除去。
附图说明
下文在附图的基础上进一步地解释了本发明。附图示意性地显示了：
图1是本发明喷水装置优选实施方式的纵剖面；
图2是图1优选实施方式沿AA线的截面图；
图3是图1优选实施方式沿BB线的截面图。
具体实施方式
图1显示了一个喷水装置1，用其可喷洒热电站的给水箱内待除气的水，且将从水中释放出来的气体借助催化剂进行转化。依据图1，喷水装置1沿着图中未示的给水箱的方向设置，即，水通过位于喷水装置1下部的喷洒区10喷洒，而气体转化发生在位于喷水装置1上部区域的催化剂上。
喷水装置1是圆柱形对称的，其中，轴向(纵向)由轴线4限定。喷洒区10用于喷洒待除气的水。此喷洒区10在喷水装置1的遮盖区中具有喷洒弹簧5。喷洒弹簧5具有作为喷洒口的弹簧槽6。
为了转化从喷洒的水中释放出来的气体，本发明的喷水装置1包括以模块构件2形式设置于喷洒区10上方的催化剂。依据图1所示的优选设计形式，构件2而不是第二喷洒区位于圆柱面覆盖区内。因此，以一种具有两个喷洒区的喷水装置，通过用催化剂替代上喷洒区的改变，可获得所示的设计形式。
图2更详细地显示了喷水装置中的模块构件2的设置。构件2位于圆柱面覆盖区内，并对应于圆柱的曲率设计。每个构件2通过两个螺丝13连接到喷水装置1。每个构件2具有一个向外侧20和一个向内侧21，其中，该向外侧与向内侧的圆柱半径差决定了构件沿径向的密度。
为了尽可能地增大用于转化气体的催化活性表面的尺寸大小，构件2之间设有间隙14。待转化的气体流经间隙14，并流向构件2的内侧21。模块构件2含有作为贵金属的铂，铂催化氢和氧转化成水。因此，该优选的设计形式特别适合于除去形成于沸水反应堆类型的核电站的进给水中的光解气体。
在本发明装置的操作期间，待喷洒的水通过管子3输送到喷洒区10。管子3位于催化剂构件2和轴线4之间。在喷洒区10中，待喷洒的水通过圆锥形的遮盖片8对底座7施加一个力，力的大小取决于水的压力和质量。在图1中，力沿圆柱轴线4的方向向下。依据图1和3，遮盖片8和底座7都具有最少数量的孔12和/或9，以在需要喷洒特别大量的水时，避免喷水装置的过载。
因为底座7由具有工作弹簧(未图示)的拉杆11弹性支承，该工作弹簧位于喷水装置的上方，底座在水压作用下沿圆柱轴线4的方向往下移动。同样连接于底座7上的喷洒弹簧5由此张开，并取决于水压释放打开的弹簧槽6。待除气的水通过弹簧槽6输出于喷水装置1外，并形成一个由最细微的水滴组成的喷洒罩(未图示)。热蒸汽(抽汽)(也未图示)输送到喷洒罩。随着与相当冷的水滴之间的热交换，热蒸汽释放包含于其中的气体。
在给水箱内从以这种方式喷洒的水滴中释放的气体，或者以其它除气技术释放的气体，由于其低密度而往上流动，并流入模块构件2的区域内。因为相对较冷的水流经置于圆柱轴线4与催化剂构件2之间的管子3，管子3与邻近构件2在喷水装置1内部形成一个局部过冷区域。待除去的气体聚集在这个过冷区域内，通过构件2的催化活性表面，气体从这个过冷区域快速完全地除去至热力循环之外。
通过把喷水装置1的催化活性构件2直接置于给水箱的上壁下方，即，置于给水箱最冷的区域中，可以进一步增强这个有利于除去气体的过冷区域设计的作用。

Claims (17)

1.一种位于热电站的给水箱内的喷水装置，其特征在于：所述喷水装置包括以模块构件形式设置、用于转化存在于水中的气体的催化剂和置于所述催化剂之下的喷洒区，所述喷洒区具有用于喷洒水的喷洒口。
2.如权利要求1所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂设计为把氢气和氧气转化成水。
3.如权利要求1或2所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂包括至少一种贵金属。
4.如权利要求1所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂设计为一散装材料。
5.如权利要求1所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂设计为具有催化活性覆盖层的基底。
6.如权利要求1所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂具有片状金属结构。
7.如权利要求1所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂设计为金属板网。
8.如权利要求1所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂设计为金属丝纱网。
9.如权利要求1所述的喷水装置，其特征在于：所述模块构件的数量为至少一个。
10.如权利要求1所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂直接邻近所述喷洒区(10)设置。
11.如权利要求10所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂沿所述喷水装置(1)的纵向置于所述喷洒区(10)上方。
12.如权利要求10或11所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂置于所述喷水装置(1)的一个向外侧上。
13.如权利要求10所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂置于所述喷水装置(1)内，且所述喷水装置(1)具有至少两个而不是一个所述喷洒区(10)。
14.如权利要求10所述的喷水装置，其特征在于：所述喷水装置是圆柱形对称的。
15.如权利要求14所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂设置于所述圆柱面覆盖的区域内。
16.如权利要求15所述的喷水装置，其特征在于：有一根管子(3)置于圆柱轴线(4)与催化剂之间而沿轴向伸展，所述管子(3)设计为向所述喷洒区(10)供水。
17.如权利要求1所述的喷水装置，其特征在于：所述催化剂设置于所述给水箱内并直接位于其上壁下方。
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