CN1312901A - 用于水－汽分离装置的分离器 - Google Patents

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Abstract

一种用于分离水(W)和蒸汽(D)的分离器(1),它具有一根蒸汽排出管(2)和一根水排出管(3)以及一个分离室(10)。该分离室(10)位于一些输入管(5)和一个设在水排出管(3)之前的消涡器(9)之间。为了在尽可能保持高的流体介质质量流量和有效分离效果的同时,实现尽可能低的压力损失,工作室(10)的长度(A)至少等于其内径(DI)的5倍,所有输入管(5)的总流动横截面积(F,单位为m2)与分离室(10)的内径(DI,单位为m)平方的比例在0.2与0.3之间。在一个水－汽分离装置(11)中,分离器(1)与一个集水容器(15)相连,该集水容器的顶端(OK)位于从分离器(1)的水侧底端(UE)起算、分离器(1)的一半高度(L)位置以下。

Description

用于水-汽分离装置的分离器
本发明涉及一种用于分离水和蒸汽的分离器，在其水侧和蒸汽侧分别有一排出管。该分离器具有一个分离室，它位于一些输入管和一个位于水侧排出管之前的消涡器之间。本发明还涉及一种水-汽分离装置，尤其是用于通流式蒸汽发生器的水-汽分离装置。该分离装置具有至少这样一个上述类型的分离器，该分离器与一个集水容器相连接。
由专利文献DAS 1081474已公知一种离心力水分离器，其直径与高度的比例约为1∶6或更多。另外由Juergen Vollrath发表在《技术监控》(Technische Ueberwachung)杂志第9期(1968年)，第2号，第46至50页上的论文“在沸水-和沸腾过热反应器中分离蒸汽”可知，一分离器的蒸汽侧排出管的直径与分离器的内径的比例被选择为52％。此外，由日本专利文献JP 1-312304A已知另一种水-汽-分离装置，其中，一个与分离器的水侧相连接的集水容器设置在一定的垂直高度上，这一高度由分离器的垂直高度决定。
一个由德国专利文献DE 42 42 144A1公开的分离器通常应用在一个蒸汽发生器，尤其是一个通流式蒸汽发生器的蒸发系统中。视蒸汽发生器的功率，通常有多个位于一个水-汽分离装置内并列设置的分离器与一个总的集水容器相连接。尤其在这类通流式蒸汽发生器起动运行时，通常会在蒸发系统中产生大量的水。其中的分离器在此用于分离水和蒸汽，此时，水回流到蒸发器循环中，蒸汽在最大程度上与水滴分离被导入一个过热器中。
由于一个通流式蒸汽发生器与一个自然循环蒸汽发生器不同，它不承受压力限制，新汽压力因而可远远超过水(P临界=221bar)的临界压力。现代化的蒸汽发电厂可以250至300bar的高蒸汽压力运行。高的新汽压力是必需的，以便实现高的热效率，进而实现低的二氧化碳排放。但在设计压力传导部件时存在一个特殊问题，亦即高的蒸汽压力势必导致厚壁，这又会显著减小温度热传递过渡。
在一个通流式蒸汽发生器中，尤其会涉及分离器。因为在滑动压力运行时，蒸汽压力和每个分离器中的沸腾温度随负载线性变化，因此分离器在负载发生变化时会承受更大的温度变化。由此在起动和负载变化时，许可的温度变化速度会受到很大限制。这又可能导致所不期望的更长的起动时间，及随之造成的更大的起动损失，从而使负载变化速度更慢。这些势必会对通流式蒸汽发生器至少在高蒸汽压力运行时具有特别高的灵活机动性构成限制。
因此，本发明的目的在于提供一种用于一个水-汽分离装置的分离器，它在压力损失比较低，分离度更高及壁厚尽可能小的同时，具有特别好的热弹性。此外，本发明的目的在于还要提供一种适用于具有一些上述类型的分离器的水-汽分离装置运行的方法，该水-汽分离装置可用于一个通流式蒸汽发生器。
本发明有关分离器方面的目的是通过权利要求1所述特征来实现的。为此，该分离器的分离室长度至少为其内径的5倍。在此，分离室的长度被限定为是在由分离器的输入管决定的输入平面和在其下方的消涡器的上边缘之间的间距。输入管的总通流横截面与分离室的内径平方的比例在0.2与0.3之间。
本发明基于如下的认知，即，令人吃惊地发现，在一个分离器，尤其是一个旋流式分离器上采用一个消涡器时，分离室内的压力损失还比较高，而同时因蒸汽侧的排出管引起的压力损失却更低。这一特性在以往的文献中没有提到过。为此在一个没有消涡器的旋流式分离器上对此进行了计算验证，结果发现，在流入蒸汽侧的排出管时和在排出管内时的压力损失比较显著，而在分离室内的压力损失却很低。
基于上述认知，本发明考虑通过有针对性地对分离器的结构进行设计，来使在分离器的不同区段上产生的压力损失分量相互匹配协调，从而使它们的压力损失总和在流体介质通流量较高、分离效果更加有效的情况下达到一个最小值。在此，总的压力损失由入口压力损失、因流入分离器内的水-汽混合物上下流动引起的摩擦压力损失及上下流动引起的转向压力损失和进入蒸汽侧排出管内时的输入压力损失组成。
当分离器运行时，即使在流入分离器内的流体介质的质量流量密度M大于800kg/m2s的情况下，在保持良好分离效果的同时，压力损失也特别低。此处的质量流量密度定义为质量流量(kg/s)除以由分离器、亦即其分离室的内径(m)确定的横截面积(m2)得到的值。
此外，在分离度尽可能高的同时，通过以下措施尽可能使压力损失更低，即，使由输入管的横截面或流动断面的总和确定的总横截面F(m2)与分离器或其分离室的内径DI(m)形成下列公式F=K·DI2，其中K=0.2～0.3，优选K=0.21～0.26。在此，蒸汽侧的排出管的内径DA(m)优选在分离器内径的40％至60％之间。
对于这样一些分离器在一个水-汽分离装置中的布置可以这样来进行，即，例如3个或4个分离器的水侧与同一个集水容器连接，在高分离度及流体介质的质量流量密度大于800kg/m2s的同时，比较有利地通过以下措施来支持实现特别低的压力损失，即，集水容器的上端不超过分离器轴向尺寸的一半。相对于分离器的水侧下端，集水容器的上端或上边应处于分离器的一半长度以下。
本发明关于方法方面的目的是通过权利要求5所述的特征来实现的。按照该方法，在一个具有至少一个分离器的通流式蒸汽发生器上，通过将通流式蒸汽发生器满负荷运行时流过分离器的质量流量调节为大于分离室内径平方的630倍，就能够得到特别有利的结果。
下面借助附图所示实施例对本发明予以详细说明，附图中：
图1a是具有消涡器的一个分离器的纵剖面图；
图1b是图1所示分离器的横剖面图；
图2示出一个具有图1所示分离器的水-汽分离装置，在图示分离器的水侧连接有一个集水容器。
在附图中相互对应的部件具有相同的附图标记。
图1a示出一个分离器或旋流分离器1的纵向剖面，而图1b则示出该分离器的横剖面。分离器1具有一个位于上方的蒸汽排出管2和一个位于下方的水排出管3。在蒸汽排出管2的下方，在其流入口4附近的流入或输入平面E内，沿分离器1的周边分布地设有一些输入管5，以供输入有待分成水W和蒸汽D的水-汽混合物WD。在此，各输入管5一方面相对于水平面H倾斜形成一个夹角α，另一方面与分离器切向相连。在输入管5的输入平面E的下方，在分离器1的壁8上设有支承夹头7，它使分离器保持直立位置。
通过对输入管5的设置，使流入分离器1内的水-汽混合物WD一方面向下流往分离器1的底部6，另一方面形成一旋流。水W和蒸汽D通过离心力分离，此时，蒸汽D位于中央并从上面排出，水W从下面排出。为了消除通过排出管3正排出的水W中的涡流，在分离器1的底部6设有一个消涡器9。该消涡器9阻止蒸汽D被带入排出管3，并阻止已分离出的水W回流到分离器1中，亦即回流到分离室10中。
为了使分离器1在具有高分离度的同时，其壁8厚d尽可能小，分离器1的分离室10在流入平面E和消涡器7的上边缘B之间的长度A至少为分离器1的内径DI的5倍。此外，在输入管5的总横截面F与分离器1、亦即分离室10的内径DI平方之间的比例在0.2和0.3之间，优选在0.21和0.26之间。在此，总横截面F为各流动横截面积f1至fn(在本实施例中n=4)的总和。此外，蒸汽侧的排出管2相宜地具有一个内径DA，它的值在分离室10内径DI值的40％至60％之间。在总横截面积F(单位为m2)与分离器1或分离室10的内径DI(单位为m)以及蒸汽排出管2的内径DA(单位为m)之间，优选存在下列函数关系：
F=K·DI2，其中K=0.21至0.26
DA=(0.5±0.1)·DI其中A≥5·DI
图2示出一通流式蒸汽发生器的水-汽分离装置11，其中仅仅示出它的蒸发器12和过热器13。该水-汽分离装置11包括一个或多个图1所示分离器1。该分离器或每个分离器1在其水侧通过一根连接在其排出管3上的连接管14与一个集水容器15相连接。连接管14从分离器1引出，并相宜地在集水容器15的水平面WS下方通入该集水容器15中，这样可保证有安静的水表面。
在水-汽分离装置11中，优选使分离器1与集水容器15这样相互匹配设置，即，集水容器15的顶端OK最大只达到分离器1的一半高度L位置处。在此，分离器1的高度L指的是分离器1的顶端OE与底端UE之间的距离。一半高度L位置(1/2L)是指从底端UE处开始起算。
在通流式蒸汽发生器的水-汽分离装置11运行时，在其蒸发器12中产生的水-汽混合物WD通过输入管5流入分离器1中，并通过其至少近似于切向的流入产生旋流。由此产生的离心力会导致水W和蒸汽D相互分离。分离出的蒸汽D通过蒸汽排出管2排出，并通过与该排出管2连接的蒸汽管16流入通流式蒸汽发生器的过热器13中；而分离出的水W则通过消涡器9和连接管14流入集水容器15内。在此，当通流式蒸汽发生器满负荷运行时，流过分离器1的质量流量M(kg/s)相对于工作介质10的内径DI按照公式M≥630·DI2进行调节。
通过对分离器1的结构进行改造设计，并将其布置在通流式蒸汽发生器的水-汽分离装置11中，可以在保持较小压力损失、高的流体介质质量流量以及特别有效的分离效果的同时，实现高达250至300bar的蒸汽或新汽压力。总之，将上述类型的分离装置11用在蒸汽发电厂内，可以获得特别高的效率。

Claims (4)

1．一种用于分离水和蒸汽的分离器，它具有一根蒸汽排出管(2)和一根水排出管(3)以及一个分离室(10)，该分离室(10)位于一些输入管(5)和一个设在水排出管(3)之前的消涡器(9)之间，其特征在于，工作室(10)的长度(A)至少等于其内径(DI)的5倍，所有输入管(5)的总流动横截面积(F，单位为m2)与分离室(10)的内径(DI，单位为m)平方的比例在0.2与0.3之间。
2．如权利要求1所述的分离器，其特征在于，蒸汽排出管(2)具有一内径(DA)，它的大小在分离室(10)的内径(DI)的40％至60％之间。
3．一种具有至少一个如权利要求1或2所述的分离器的水-汽分离装置，它还具有一个与分离器(1)的水侧相连通的集水容器(15)，该集水容器的顶端(OK)位于从分离器(1)的水侧底端(UE)起算、分离器(1)的一半高度(L)位置以下。
4．一种用在通流式蒸汽发生器上并具有至少一个分离器(1)的水-汽分离装置的运行方法，其中，在通流式蒸汽发生器满负荷运行时，流过分离器(1)的质量流量(M，单位为kg/s)与分离室(10)的内径(DI，单位为m)有如下关系：M≥630·DI2。
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