CS246733B1 - Zařízení k odstředivému odlučování dvou látek nebo dvou fází téže látky - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení k odstředivému odlučování dvou látek nebo dvou fází téže látky rozdílné hustoty.

Vystupuje-li z bubnu parního kotle do přehříváku pára s vysokým obsahem vlhkosti a v ní obsažených solí, ohrožuje tento stav bezpečnost provozu kotlů a turbiny. Pokud se tento stav řeší opravou vnitřního zařízení bubnu, bývá tato oprava obtížnější a časově náročnější než výroba původní vnitřní vestavby.

V bubnech parních kotlů se někdy používá odstředivých odlučovačů, určených k odloučení vlhkosti z mokré páry a umístěných pod ústím výstupních trubek z bubnu do přehříváku. Takové uspořádání je vhodné zvláště, nelze-li do cirkulačních okruhů zařadit s ohledem na bezpečnou cirkulaci vody tak vysoký hydraulický odpor, jaký přísluší vestavbě vnitřních cyklónů určených k hrubému oddělení páry a vody z jejich směsi. K uvedení mokré páry do rotačního pohybu v odstředivých odlučovačích pod výstupem páry z bubnu se používá několik šikmo položených rovných plechů, což vede k větší tlakové ztrátě mezi bubneb a turbinou a k tříštění proudu mokré páry na vstupu mezi plechy, nebo se používá vícechodé šroubové plochy, což vyžaduje náročnou výrobu.

Separátory parních kotlů průtlačných u systémů, u nichž při všech provozních stavech, anebo části provozních stavů separátor odlučuje přiváděnou parovodní směs, bývají zpravidla svislé válcové nádoby s tečným nebo sečným přívodem parovodní směsi u vrchu tělesa, odvodem odloučené páry osovou trubkou vzhůru a odvodem odloučené vody osovým nebo radiálním u spodu separátoru. Nedostatkem obvyklého provedení těchto separátorů je to, že po dráze parovodní směsi od výše přívodů ke spodku výstupní trubky páry dochází postupně k útlumu rotačního pohybu a tím se snižuje odlučovací účinek v odstředivém poli separátoru, i to, že pokračující rotace i po částečném utlumení odloučené páry ve výstupní trubce znamená tlakovou ztrátu a znesnadňuje odběr reprezentativního vzorku sondou pro stanovení jakosti vyráběné páry.

V jaderné energetice se používá turbin na sytou páru, mezi jejichž vysokotlaký a nízkotlaký díl je třeba zařadit separátor na odloučení vlhkosti ze vzniklé mokré páry. Podmínkou pro ekonomickou funkci těchto separátorů je jejich malá tlaková ztráta. Proto se používají odlučovací systémy, které vyžadují velké objemy těchto separátorů. To vede k velkým nákladům na jejich výrobu, obtížím při výrobě a přepravě, vzhledem k velikosti těchto separátorů.

Při některých pochodech v chemickém průmyslu vzniká odpadní teplo, které se využívá pro výrobu páry ve výměnících. Pára může být použita pro technologické účely, nebo k výrobě elektřiny. Z výměníků vystupuje parovodní směs, která se odděluje ve společných bubnech. Pokud z některého výměníku vystupuje parovodní směs s relativní vlhkostí podstatně menší než z ostatních výměníků, je nehospodárné tuto mokrou páru podrobit témuž pochodu oddělování, jako parovodní směs z ostatních výměníků.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení k odstředivému odlučování dvou látek nebo dvou fází téže látky s tělesem tvaru v podstatě dutého rotačního tělesa, k němuž je připojen přívod směsi obou látek nebo fází, odvod odloučené lehčí fáze a odvod odloučené těžší fáze, přičemž v tělese odlučovače jsou obsaženy nejméně dvě vyrovnávací lopatky. Podstata vynálezu spočívá v tom, že vyrovnávací lopatky mají účinnou plochu tvaru části rotační válcové plochy, omezené čtyřmi stranami, a to jednou stranou přímou, jednou stranou k ní protilehlou, jednou vnitřní stranou a jednou vnější stranou. Přímá strana leží v rovině kolmé k ose tělesa odlučovače mimoběžně k této ose, vnitřní strana a vnější strana leží ve stěnách rotačních ploch omezujících odstředivý odlučovací prostor. Tečná rovina k účinné ploše vyrovnávací lopatky proložená přímou stranou je rovnoběžná s osou odlučovače. Při osovém přívodu směsi do odlučovače jsou s výhodou v části odlučovače u přívodu směsi dvou látek nebo dvou fází uspořádány nejméně dvě rozváděči lopatky omezené čtyřmi stranami, a to jednou stranou přímou, jednou stranou k ní protilehlou, jednou vnitřní stranou a jednou vnější stranou, z nichž přímá strana leží v rovině kolmé k ose tělesa odlučovače mimoběžně k této ose a vnitřní a vnější strana leží ve stěnách rotačních ploch omezujících odstředivý odlučovací prostor, přičemž tečná rovina k účinné ploše rozváděči lopatky proložená přímou stranou je rovnoběžná s osou odlučovače. Nejméně dvě vyrovnávací lopatky jsou umístěny v odváděči trubce odloučené lehčí látky nebo fáze. Účinná plocha každé lopatky má s výhodou rozdíl výšek přímé strany a k ní protilehlé strany měřený ve směru osy odlučovače na tomtéž poloměru menší uvnitř než vně.

Hlavní výhodou zařízení podle vynálezu je dosažení optimální funkce, tj. vysokého stupně odloučení těžší fáze z proudu lehčí fáze při minimálním hydraulickém odporu pomocí lopatek nejjednoduššího tvaru. Tím je i celý odlučovač výrobně jednoduchý.

Optimální funkce se dosahuje tím, že přímá strana na účinné ploše rozváděči nebo vyrovnávací lopatky je mimoběžná k ose tělesa trubkového odlučovače nebo separátoru, až téměř tečná k vnitřnímu tělesu (jádru, odváděči trubce odloučené páry), k němuž je lopatka s maximálním oddálením od osy podle výrobních možností připojena. To umožňuje volit lopatku s maximál246733 ním poloměrem ohybu, tedy s minimální hydraulickou ztrátou. Přitom taková lopatka tvaru části rotační válcové plochy zajišťuje plynulý a pozvolný přechod z proudění ve směru osy odlučovače do proudění s rotační složkou pohybu a naopak, když je navíc i výrobně jednodušší než šroubová plocha. Zešikmením protilehlé strany lze měnit úhel, pod nímž proud mokré páry opouští lopatku v závislosti na poloměru tak, aby například stoupání proudnic mokré páry zůstalo přibližně stejné bez závislosti na poloměru.

Předmět vynálezu je určen zejména pro odstředivé odlučování vodních kapek v klasické i jaderné energetice a chemickém průmyslu. Následující příklady jsou jen částečným výběrem z mnoha možností uplatnění v energetickém průmyslu pro využití tvaru a umístění lopatek podle vynálezu. Zvláště výhodné je využít tyto lopatky jak k udělení rotační složky pohybu, tak k udržení této složky v odstředivém poli, jakož i k převedení rotační složky pohybu v přírůstek tlaku po ukončení separačního pochodu podle o sobě známého principu.

Příklady provedení vynálezu, a to zařízení umístěného v bubnech a separátorech parních kotlů a. na potrubí, jsou schematicky znázorněny na přiložených výkresech. Na obr. 1 je nárysný řez trubkovým odlučovačem určeným do bubnu parních kotlů, na obr. 2 je půdorysný řez tímto odlučovačem v rovině A—A z obr. 1 a na obr. 3 půdorysný řez tímtéž odlučovačem v rovině B—B z obr. 1. Na obr. 4 je nárysný řez a na obr. 5 půdorysný řez v rovině C—C z obr. 4 separátorem průtlačného kotle. Na obr. 6 je nárysný řez a na obr. 7 půdorysný řez v rovině D—D z obr. 6 separátorem průtlačného kotle s dvoustupňovým odlučováním. Na obr. 8 je nárysný řez a na obr.

půdorysný řez v rovině E—E z obr. 8 svislým trubkovým odlučovačem na potrubí se vzestupným proudem mokré páry. Na obr.

je nárysný řez a na obr. 11 půdorysný řez v rovině F—F z obr. 10, na obr. 12 řez v rovině G—G trubkovým odlučovačem na potrubí se sestupným proudem mokré páry.

Na obr. 1, 2, 3 zakreslený trubkový odlučovač 1 se připojuje do naznačeného bubnu 2 parního kotle pod ústí výstupních trubek 3 páry z bubnu 2 do přehříváku. Skládá se z tělesa 4 trubkového odlučovače 1, souosé odváděči trubky 5 odloučené páry navazující na výstupní trubku 3 páry, čtyř rozváděčích lopatek 6, čtyř vyrovnávacích lopatek 7, jádra 8 a odvodňovací trubky 9. Odváděči trubka 5 odloučené páry obsahuje zúženou část 10, rozšíření 11 tvaru dutého komolého kužele a rozšířenou část 12. Rozváděči lopatky 6 jsou umístěny mezi tělesem 4 trubkového odlučovače 1 a rozšířením 11 odváděči trubky 5 odloučené páry. Každá ze čtyř rozváděčích lopatek 6 má účinnou plochu tvaru části rotační válcové plochy, omezenou přímou stranou 13, k ní protilehlou stranou 14, vnitřní stranou 15 a vnější stranou 16. Přímá strana 13 leží v rovině kolmé k ose tělesa 4 trubkového odlučovače 1 mimoběžně k této ose. Protilehlá strana 14 je vedena šikmo dolů od vnitřního poloměru k vnějšímu. V rozšířené části 12 odváděči trubky 5 odloučené páry jsou připevněny čtyři vyrovnávací lopatky 7, mezi nimiž je umístěno jádro 8. Tyto vyrovnávací lopatky 7 mají také jako rozváděči lopatky 6 účinnou plochu tvaru části rotační válcové plochy s přímou stranou 17, protilehlou stranou 18, vnitřní stranou 19 a vnější stranou 20, přičemž protilehlá strana 18 je dole a přímá strana 17 nahoře. Odvodňovací trubka 9 je umístěna u spodu tělesa 4 trubkového odlučovače 1 tangenciálně.

Mokrá pára vstupuje do trubkového odlučovače 1 shora do mezikruhového prostoru mezi tělesem 4 trubkového odlučovače 1 a zúženou částí 10 odváděči trubky 5 odloučené páry. Rozváděcími lopatkami 6 je uváděna do rotace, při níž odstředivou silou jsou vodní kapky hnány ke stěně tělesa 4 trubkového odlučovače 1. Odloučená pára se obrací nahoru do mezikruhového prostoru mezi rozšířenou část 12 odváděči trubky 5 odloučené páry a mezi jádro 8. Tvarem vyrovnávacích lopatek 7 je mokrá pára udržována v rotaci od opuštění rozváděčích lopatek 6 až po vstup do vyrovnávacích lopatek 7, současně je hydraulická ztráta snížena převedením rotačního pohybu na přímočarý svislý (přeměnou části kinetické energie na přírůstek tlaku). Odloučená voda stéká po stěnách tělesa 4 trubkového odlučovače 1 dolů a je odváděna odvodňovací trubkou 9 do vodního prostoru bubnu 2.

Do pláště 21 separátoru 22 průtlačného kotle, na obr. 4 a 5, jsou uspořádány dva tangenciální přívody 23 parovodní směsi a souosá odváděči trubka 5 odloučené páry. Do spodní části odváděči trubky 5 odloučené páry je souose umístěno jádro 8, mezi nímž a odváděči trubkou 5 odloučené páry jsou připevněny čtyři vyrovnávací lopatky 7, vytvořené podobně jako v příkladu na obr. 1, 2 a 3. Odvodňovací trubka 9 je připojena v ose separátoru 22 směrem dolů.

Parovodní směs při rotaci v plášti 21 separátoru 22 se rozděluje na vodu, stékající po plášti 21 separátoru 22 dolů a na páru proudicí do odváděči trubky 5. Rotace vyvolaná tangenciálními přívody 23 parovodní směsi je podporována vyrovnávacími lopatkami 7 na vstupu do odváděči trubky 5 odloučené páry. Utlumením rotační složky pohybu ve vyrovnávacích lopatkách 7 se část kinetické energie přemění v přírůstek tlaku a tím se zmenší hydraulická ztráta.

Na obr. 6 a 7 je příklad, jak lze využít zařízení podle vynálezu u separátoru průtlačného kotle, opatřeného dvoustupňovým odlučováním. Do pláště 21 separátoru 22 průtlačného kotle jsou opět uspořádány dva tangenciální přívody 23 parovodní směsi, avšak odváděči trubka 5 odloučené páry se skládá ze spodní rozšířené části 12 a horní zúžené části 10. Obě části 12, 10 jsou odděleny mezikruhovou mezerou 24. Mezi pláštěm 21 separátoru 22 a rozšířenou částí 12 odváděči trubky 5 odloučené páry pod mezerou 24 je uspořádána vodorovná přepážka 25 oddělující první odlučovací stupeň 26 dole od druhého odlučovacího stupně 27, nahoře. Jádro 8 s vyrovnávacími lopatkami 7 je umístěno u spodu zúžené části 10 odváděči trubky 5 odloučené páry. Nad přepážkou 25 je zaústěno odvodnění 28 druhého odlučovacího stupně. Z prvního odlučovacího stupně 26 jsou radiálně vyvedeny dvě odvodňovací trubky 9.

V tomto případě je i za pomoci vyrovnávacích lopatek 7 rotace parovodní směsi udržována nejen pod přepážkou 25 vně rozšířené části 12 odváděči trubky 5 odloučené páry, ale i uvnitř ní. Voda odloučená na vnitřní straně rozšířené části 12 odváděči trubky 5 odloučené páry, přetéká mezerou 24 do druhého odlučovacího stupně 27, odkud je odváděna odvodněním 28 druhého odlučovacího stupně 27. Odloučená pára vystupuje ze separátoru 22 zúženou částí 10 odváděči trubky 5 odloučené páry, odloučená voda odtéká z prvního odlučovacího stupně 26 odvodňovacími trubkami 9.

Trubkový odlučovač na obr. 8 a 9 je určen k zabudování do potrubí s prouděním mokré páry vzhůru. V tělese 4 trubkového odlučovače 1 je umístěno jádro 8, mezi nímž a tělesem 4 trubkového odlučovače 1 jsou u spodu umístěny čtyři rozváděči lopatky 6 a u jeho vrchu čtyři vyrovnávací lopatky 7. Pod vyrovnávacími lopatkami 7 jsou na tělese 4 trubkového odlučovače 1 dvě řady otvorů, a to spodní řada otvorů 29 pro odvod odloučené vlhkosti do válcovitého sběrače 30 vlhkosti umístěného¹ vně tělesa 4 trubkového odlučovače 1 a horní řada otvorů 31 pro zpětné proudění páry ze sběrače 30 vlhkosti do tělesa 4 trubkového odlučovače 1. U spodu sběrače 30 vlhkosti je připojena odvodňovací trubka 9.

Z proudu mokré páry, uvedeného do rotace rozváděcími lopatkami 6 a udržovaného v ní vyrovnávacími lopatkami 7 se odstředivou silou odlučují vodní kapky na stěnu tělesa 4 trubkového odlučovače 1 a po dosažení spodní řady otvorů 29 protékají jimi spolu s nějakým množstvím páry do sběrače 30 vlhkosti. Tato část páry se vrací do tělesa 4 trubkového odlučovače 1 horní řadou otvorů 31, zatímco nahromaděná voda je odváděna ze sběrače 30 vlhkosti odvodňovací trubkou 9.

Trubkový odlučovač na obr. 10, 11 a 12 je určen k zabudování do potrubí s prouděním mokré páry směrem dolů. V tělese 4 trubkového odlučovače 1 je umístěno jádro 8, mezi nímž a tělesem 4 trubkového odlučovače 1 jsou nahoře umístěny čtyři rozváděči lopatky 6 a mezi jehož zúženou částí 32 a vloženou válcovitou dělicí stěnou 33 jsou připojeny vyrovnávací lopatky 7. Odvodňovací trubka 9 je zaústěna do tělesa 4 trubkového odlučovače 1 u spodu dělicí stěny 33.

Z proudu mokré páry, uvedeného do rotace rozváděcími lopatkami 6 a udržovaného v ní vyrovnávacími lopatkami 7 se opět odstředivou silou odlučují vodní kapky na stěnu tělesa 4 trubkového odlučovače 1 a stékají do meziválcového prostoru mezi tělesem 4 trubkového odlučovače 1 a dělicí stěnou 33, z něhož jsou odváděny s nějakým množství páry odvodňovací trubkou 9.

Ve všech příkladech na obr. 1 až 11 obsahují rozváděči lopatky 6 (pokud jsou součástí příkladu] i vyrovnávací lopatky 7 účinnou část tvaru části rotační válcové plochy se čtyřmi stranami, přičemž přímá strana 13, 17 leží v rovině kolmé k ose tělessa trubkového odlučovače 1 nebo k ose separátoru 22, mimoběžně k ose tohoto tělesa a strana k ní protilehlá 14, 18 leží šikmo dolů od vnitřního poloměru k vnějšímu.

Zařízení podle vynálezu je použitelné v klasické i jaderné energetice i chemickém průmyslu. Provedení podle obr. 8, 9 a 10, 11, 12 lze použít tak, aby vetší množství těchto trubkovitých odlučovačů vyplňovalo větší průtočný objem, například části parního prostoru reaktoru nebo přívodního potrubí k přihřívači páry zařazenému mezi stupně turbíny jaderné elektrárny. Přitom uspořádání podle obr. 8 a 9 lze zabudovat i do vodorovného potrubí. Toto uspořádání zajišťuje menší hydraulickou ztrátu než uspořádání podle obr. 10, 11 a 12.

Úpravou tvaru sběrače vlhkosti z obr. 8, například s průřezem čtyřhranným, šestihranným nebo tvaru mezikruhové výseče, lze dosáhnout téměř dokonalého vyplnění kruhového průřezu potrubí nebo nádoby, v nichž má dojít k separaci vlhkosti z mokré páry. Kromě toho zařízení podle obr. 8, 9 a 10, 11, 12 lze použít na výstupních trubkách z bubnu do přehříváku v případě, že buben s původním vnitřním zařízením nezajišťuje potřebnou jakost páry a zapojení odlučovačů na výstupní trubky vyjde jako méně nákladné ve srovnání s rekonstrukcí nebo opravou vnitřního zařízení bubnu. Totéž porovnání lze uplatnit i při zvyšování výkonu kotle při zachování původní velikosti bubnu. U separátorů podle obr. 4, a 6, 7 má použití zařízení podle vynálezu význam nejen pro zvýšení odlučovacího účinku v odstředivém poli a ke snížení hydraulické ztráty na trase ze separátoru do přehříváku, ale umožňuje i zabudování sondy na odběr odloučené páry za separá246733 tor, z níž odebraný vzorek bude při usměrněném proudění bližší reprezentativnímu vzorku než v případě neurčitého proudění s netlumenou rotační složkou bez použití zařízení podle vynálezu.

Claims (4)

1. Zařízení k odstředivému odlučování dvou látek nebo dvou fází téže látky s tělesem tvaru v podstatě dutého rotačního tělesa, k němuž je připojen přívod směsi obou látek nebo fází, odvod odloučené lehčí fáze a odvod odloučené těžší fáze, přičemž v tělese odlučovače jsou obsaženy nejméně dvě vyrovnávací lopatky, vyznačené tím, že vyrovnávací lopatky (7) mají účinnou plochu tvaru části rotační válcové plochy, omezené čtyřmi stranami, a to jednou stranou přímou (17), jednou stranou k ní protilehlou (18), jednou vnitřní stranou (19) a jednou vnější stranou (20), z nichž přímá strana (17) leží v rovině kolmé k ose tělesa (4) odlučovače (lj mimoběžně k této ose a vnitřní strana (19) a vnější strana (20) leží ve stěnách rotačních ploch omezujících odstředivý odlučovací prostor, přičemž tečná rovina k účinné ploše vyrovnávací lopatky (7) proložená přímou stranou (17) je rovnoběžná s osou odlučovače (lj.

2. Zařízení podle bodu 1 s osovým přívodem směsi do odlučovače, vyznačené tím, ynAlezu že v části odlučovače (lj u přívodu (23) směsi dvou látek nebo dvou fází jsou uspořádány nejméně dvě rozváděči lopatky (6), omezené čtyřmi stranami, a to jednou stranou přímou (13), jednou stranou k ní protilehlou (14), jednou vnitřní stranou (15) a jednou vnější stranou (16), z nichž přímá strana (13) leží v rovině kolmé k ose tělesa (4) odlučovače (1) mimoběžně k této ose a vnitřní strana (15J a· vnější strana (16) leží ve stěnách rotačních ploch omezujících odstředivý odlučovací prostor, přičemž tečná rovina k účinné ploše rozváděči lopatky (6j proložená přímou stranou (13) je rovnoběžná s osou odlučovače (1).

3. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že nejméně dvě vyrovnávací lopatky (7) jsou umístěny v odváděči trubce (5) odloučené lehčí látky nebo fáze.

4. Zařízení podle bodů 1, 2, příp. 3, vyznačené tím, že účinná plocha každé lopatky (6, 7) má rozdíl výšek přímé strany (13, 17) a k ní protilehlé strany (14, 18 J měřený ve směru osy odlučovače (1) na témže poloměru menší uvnitř než vně.

3 listy výkresů