CN104226022B - 水分分离器构造 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水分分离器构造。水分分离器构造(10)，其用于使水滴从包括蒸汽和水滴的混合物的流(20)的蒸汽分离，使得所述流(20)行进经过水分分离器构造(10)，以便实现该分离，水分分离器构造(10)包括定向成与流(20)一致的多个板(11)，其特征在于，多个板(11)形成通道(30)，流(20)行进经过通道(30)，通道(30)沿流(20)方向具有渐进的横截面变化，以便渐进地收集从流(20)中的蒸汽分离的水滴。

Description

水分分离器构造
技术领域
本发明涉及一种特别是在发电厂中使用的提供提高的效力的水分分离器构造。
背景技术
也称为微滴分离器的水分分离器是用于使水滴与蒸汽分离的装置。水分分离器广泛用于油气行业中来从气体或蒸汽移除液滴。大体上，如下文阐释那样，出于若干原因而需要除雾。
·一个原因在于提高发电厂的循环效率。通常，在热电厂中，从锅炉生成的蒸汽在所谓的高(H)压涡轮、中(M)压涡轮和低压涡轮(LPT)中膨胀数倍。在核电厂中，在来自锅炉的过热或饱和蒸汽在HPT中的第一膨胀期间，成核现象沿HPT气缸发生，且在HPT排气处所得的工作流体为具有一定蒸汽品质的潮湿蒸汽。在出于效率原因在MPT和LPT上游再加热潮湿蒸汽之前，通过水分分离器来完成水分从饱和蒸汽的机械分离：发送至再热器管束的所得的工作流体为具有低水分含量的潮湿蒸汽。由于水的蒸发潜热相当高，故优选的是消除潮湿蒸汽中的水含量，且将收集的水发送回热力循环中，替代使用大量能量用于水分蒸发，限制了也由蒸发过程引起的管束上的热负载。
·通过移除水分含量实现的另一个利益为保护下游设备免受侵蚀破坏。一类水分分离器为所谓的波板除雾器，其广泛用于油气行业以及发电行业，以从气体或蒸汽相移除液滴。大多数分离器使用惯性原理，由此更大的水滴在这些水滴被携带在其中的空气/蒸汽流的流动方向变化时趋于继续成直线。这些波板除雾器包括多个窄间隔波形弯曲金属片，其定向成与空气/蒸汽流动通路一致。两相流(蒸汽和水滴的混合物)被迫行进经过曲折通道且重复地改变流动方向。由其惯性引起不能遵循这些方向上的变化的水滴从主流偏离，且冲击通道壁，在该处，它们粘附且聚结。当液体量足够高时，形成了膜和液体细流，这从波板除雾器通过重力而连续地排出。微滴的惯性和蒸汽的阻力控制微滴经过通道的运动。
本发明针对一种水分分离器，其相比于现有技术中的水分分离器具有提高的效力。
发明内容
本发明涉及一种特别用于发电厂的水分分离器构造。水分分离器构造包括多个板，优选为弯曲成波形的多个金属板，这些板定向成与流一致，流包括气体/蒸汽和水滴，且行进经过所述的水分分离器构造，使得水滴在流已经行进经过水分分离器构造之后从蒸汽有效地分离。已经从蒸汽分离的水滴收集在板壁处，使得当这些水滴的量足够高时，形成了液膜或细流，其然后从板通过重力排出。
本发明的水分分离器构造具有以下特性：
-各个板均包括非碰撞壁侧和碰撞壁侧：非碰撞壁侧具有光滑表面，而碰撞壁侧包括多个纵向凹槽，其构造多个排水通道来用于有助于减小当前的膜的厚度，因此降低了临界气体/蒸汽速度下再卷吸的风险，且排出了累积在板壁处的液膜；
-各对板的联接构造了文氏管通道，其针对防止由从板壁起的蒸汽流线分离/分开引起的再卷吸效果；
-各对板的联接构造了第一凹形腔，其用于捕集累积的水滴，防止了直接经历高/蒸汽流速；
-第二凹形腔构造在水分分离器构造中的板的端部处，用于捕集还未由第一凹形腔捕获的水滴，使这些水滴从蒸汽分离；
-当两个板在水分分离器构造的端部部分处装配在一起时，还构造壁梯级，以便使水膜从由形成壁梯级的区域中的蒸汽施加的剪切力的作用分开；
-具有增加的湍流分散的中间区构造成以便增加仍存在且并未被收集的小水滴的分离，使这些小水滴从蒸汽分离。
-多个窗口开口设在板中，形成用于蒸汽的通路，同时用作结构装置，防止了水分分离器构造中的振动。
因此，根据本发明的水分分离器构造能够提供固持系统，其具有高效力，且其中实现了渐进的水滴收集。
附图说明
在结合附图时，通过参照以下详细描述，本发明的前述目的和许多伴随的优点将由于其变得更容易理解而将变得更容易被认识到，在附图中：
图1示出了根据本发明的提供提高的效力的水分分离器构造的顶视图。
图2示出了根据本发明的提供提高的效力的水分分离器构造的侧视图。
图3示出了根据本发明的提供提高的效力的水分分离器构造的底视图。
零件清单
10 水分分离器构造
11,11’ 板
20 流(蒸汽和水滴)
30 通道
12 板的非碰撞壁侧
13 板的碰撞壁侧
14 纵向凹槽
40 文氏管通道
101 具有增加的湍流分散的中间区
102 壁梯级
103 第二凹形腔
104 第一凹形腔
60 排水通道
70 窗口开口。
具体实施方式
如图1、图2或图3中任一者所示，本发明涉及水分分离器构造10，其包括多个板11，优选为弯曲成波形的多个金属片。多个板11形成通道30，流20被传导经过通道30：板11定向成与流20一致，流20行进经过所述的水分分离器构造10，该流20包括蒸汽和水滴的混合物。在流20进行经过水分分离器构造10的同时，水滴从蒸汽分离。当收集在板11的壁处的水滴量足够高时，形成了液膜，其然后从板11通过重力排出。水分分离器构造10中的各个板11均包括非碰撞壁侧12和碰撞壁侧13，非碰撞壁侧12具有光滑表面，且碰撞壁侧13包括多个纵向凹槽14，其构造多个排水通道60以有助于收集在板壁处的水滴的排水且减小平均壁膜厚度，因此通过减小作用于蒸汽/水膜界面的水平处的剪切力且因此水阻力的效果来使蒸汽从水膜分开。各对板11和11'(见图2)的联接构造文氏管通道40，其防止了由相反压力梯度造成的蒸汽流线从壁轮廓的分离/分开引起的再卷吸效果。此外，各对板11和11'的联接还构造了第一凹形腔104，其用于捕集水滴和用于防止非碰撞壁侧12上的水膜输送。
各个板11包括非碰撞壁侧12，其为光滑的，而另一侧包括在碰撞壁侧13上的纵向凹槽14。这些纵向凹槽14提供成有助于从流20收集的水滴的排水，防止/限制了水膜阻力。当行进经过通道30时流20中携带的蒸汽的方向变化趋于主要碰撞到板11的碰撞壁侧13上时，包括排水通道60的各个板11的碰撞壁侧13使水滴偏离。
排水通道60具有三个功能：
a)一旦水膜进入排水通道60中，则减小作用于水膜表面(在为携带介质的流20与水膜之间)的界面剪切力，尽可能避免了朝水分分离器构造10的出口的水膜输送；以及
b)由于水自身累积在排水通道60中而增加了水的重力，有助于排水；以及
c)减小平均壁膜厚度。
两个板11和11'的联接导致一类文氏管通道40，且导致针对捕集收集在非碰撞壁侧中的水的第一凹形腔104。文氏管通道40针对吸收文氏管自身内的水膜(以避免刚好在文氏管通道前方的堵塞)，且同时防止刚好在对应于文氏管通道40的入口的板11的弯曲之后发生的携带介质(流20)的湍流分离引起的水膜从板11的碰撞壁侧13的分离，效果在针对此类波板水分分离器的文献中已知为再卷吸。在文氏管通道40的相对侧上，通道30的初始宽度由于由文氏管自身占据的空间而减小，且由于窗口开口和通道40的弯曲引起通道30的其余部分的横截面减小，故流20中的其余水滴将加速，且在它们将不能遵循流20(携带介质)的较强方向变化时，它们将碰撞在板11的非碰撞壁侧12上，因此形成水膜，水膜将由于第一凹形腔104而被收集和排出。
本发明的水分分离器构造10包括构造在板11的端部处的至少第二凹形腔103，以排出输送出文氏管通道40的水膜(如果还未排出)，且用于捕集还未由第一凹形腔104捕获的水滴，使这些水滴从蒸汽(见图2)分离。此外，当两个板11和11'在水分分离器构造10的端部部分被聚集到一起时，还构造壁梯级102，以便使水膜从由形成壁梯级102的区域中的蒸汽施加的剪切力的作用分开。
图2示出了具有增加的湍流分散的中间区101，其构造成以便提高仍存在且还未被收集的小水滴的收集，使这些小水滴从流20中的蒸汽分离。
本发明的水分分离器构造10还包括多个窗口开口70(见图3)，其形成通向流20的通路，且同时充当结构装置，使通道30定形，且防止水分分离构造10中的振动。
大体上，水分分离器用于船用燃气涡轮和工业应用。在发电厂中，出于若干原因需要除雾：
-一个原因在于提高发电厂的循环效率：处理热循环，其中蒸汽借助于HPT(高压涡轮)、MPT和LPT(中压涡轮和低压涡轮)膨胀数倍，蒸汽在膨胀之后且在由下一个涡轮处理之前经历再热过程以便增加其焓。由于蒸发潜热相当高，故潮湿蒸汽的水分含量被机械地分离，替代了借助于蒸发过程将其去除。
-通过移除水分含量实现的另一个利益为保护下游设备免受侵蚀破坏。
优于现有技术中的已知构造的本发明的水分分离器构造10的主要优点为以下：
-再卷吸效果出现的更高的动态压力；
-需要更高的板且因此更少的构件来收集分离器板(沟槽)的底部处的水；
-相对于蒸汽方向的更短的板；
-模块性。
尽管已经关于优选实施例完整描述了本发明，但很明显，改型可引入其范围内，并未将此认作是由这些实施例限制，而是由所附权利要求的内容限制。

Claims (9)

1.一种水分分离器构造(10)，其用于使水滴从包括蒸汽和水滴的混合物的流(20)的蒸汽分离，使得所述流(20)行进经过所述水分分离器构造(10)，以便实现该分离，所述水分分离器构造(10)包括定向成与所述流(20)一致的多个第一板(11)，其特征在于，所述多个第一板(11)形成通道(30)，所述流(20)行进经过所述通道(30)，第二板(11')插入在所述通道(30)内，使得所述通道(30)沿所述流(20)方向具有渐进的横截面变化，以便渐进地收集从所述流(20)中的所述蒸汽分离的所述水滴；
其中，所述第一板(11)和所述第二板(11')的联接构造文氏管通道(40)，其有助于所述蒸汽流线不从所述第一板(11)的碰撞壁分开，且因此防止了该碰撞壁上的再卷吸效果。
2.根据权利要求1所述的水分分离器构造(10)，其特征在于，所述多个第一板(11)包括弯曲成波形的多个片。
3.根据权利要求2所述的水分分离器构造(10)，其特征在于，所述通道(30)以一种方式构造，使得形成中间区(101)，在所述中间区(101)处，所述流(20)经历增加的湍流分散，以便增加来自所述蒸汽的小水滴的收集。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的水分分离器构造(10)，其特征在于，所述多个第一板(11)中的各个在其壁侧中的一个(13)上均包括多个纵向凹槽(14)，其构造多个排水通道(60)来避免界面蒸汽/水膜剪切应力效果引起的水膜输送。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的水分分离器构造(10)，其特征在于，所述第一板(11)和所述第二板(11')的联接构造第一凹形腔(104)，用于捕集小水滴，使它们从所述流(20)中的所述蒸汽分离，且防止水膜被携带。
6.根据权利要求5所述的水分分离器构造(10)，其特征在于，第二凹形腔(103)构造在所述第二板(11')的端部处，以用于捕集还未由所述第一凹形腔(104)捕获的水滴，且防止所述水膜被携带。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的水分分离器构造(10)，其特征在于，当所述第一板(11)和所述第二板(11')在所述水分分离器构造(10)的端部部分处被聚集到一起时，构造壁梯级(102)，以便使水膜在形成所述壁梯级(102)的区域中由于由蒸汽施加的剪切力的作用而分开。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的水分分离器构造(10)，其特征在于，所述第二板(11')包括形成有用于所述流(20)的通路的多个窗口开口(70)，且防止所述水分分离器构造(10)中的振动。
9.一种热交换器，包括根据权利要求1-8中任一项所述的水分分离器构造(10)。
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