DE10129198B4

DE10129198B4 - Zentrifugalabscheider zum Abscheiden von Wasser

Info

Publication number: DE10129198B4
Application number: DE10129198A
Authority: DE
Inventors: Willi Bruckmann; Martin Dipl.-Ing. Kienböck
Original assignee: Balcke Duerr GmbH
Current assignee: Balcke Duerr GmbH
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: DE10129198A1; KR20020096986A; US6620217B2; US20020189995A1; TW528612B; CN1395978A; KR100590485B1; JP2003038985A; CN1228126C; JP4234955B2

Abstract

Zentrifugalabscheider zum Abscheiden von Wasser aus Nassdampf mit einem ersten zylindrischen Rohr (2) und einem koaxial zu dem ersten zylindrischen Rohr (2) angeordneten zweiten zylindrischen Rohr (3), wobei der Innendurchmesser des ersten zylindrischen Rohres (2) größer ist als der Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Rohres (3), wobei das erste zylindrische Rohr (2) und das zweite zylindrische Rohr (3) in einem radialen Abstand unter Bildung einer Abscheidekammer (15) von einem Mantel (14) dicht umgeben sind, der mit einem Wasserablauf (18) versehen ist, und wobei in dem ersten zylindrischen Rohr (2) ein Drallerzeuger (6) angeordnet ist, der aus einem Kranz von Drallschaufeln (8) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das erste zylindrische Rohr (2) und das zweite zylindrische Rohr (3) an den einander abgewandten Enden mit einem Anschlussstück (4) versehen sind, das in eine den Nassdampf führende Dampfleitung (1) einsetzbar ist, und dass in der Abscheidekammer (15) dadurch ein geringerer Druck als in den zylindrischen...

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider zum Abscheiden von Wasser aus Nassdampf mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Derartige Abscheider werden in Dampferzeugungsanlagen mit Dampfanzapfleitungen eingesetzt, um den Wasseranteil in dem Nassdampf zu senken und dadurch die Rohrleitungen und die Turbine vor Erosion durch Wassertropfen zu schützen. Bei einem bekannten Zentrifugalabscheider ( EP 00 02 235 A1 , EP 00 05 494 B ) ist innerhalb eines Behälters eine Vielzahl von schlanken Rohren vorgesehen, in denen jeweils ein Drallerzeuger angeordnet ist. Diese Bauweise ist aufwendig, weil sie z.u einer großvolumigen Baueinheit führt, die getrennt von der Dampfleitung in der Anlage abgestützt werden muss. Außerdem wird der für das Abführen des abgeschiedenen Wassers notwendige Treibdampf nach außen zu einer Stelle innerhalb der Dampferzeugungsanlage mit entsprechend geringem Druck abgeführt.

Aus der EP 00 83 811 B1 ist eine Vorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einem Gas bekannt, bei der ebenfalls eine Vielzahl von Zentrifugalabscheidern in einem Behälter angeordnet sind. Jeder dieser Zentrifugalabscheider besteht aus zwei koaxial angeordneten Rohren, von denen das zuerst durchströmte Rohr eine Dralleinrichtung enthält und einen größeren Durchmesser als das nachfolgende Rohr aufweist. Die Zentrifugalabscheider sind von dem Behältermantel umschlossen, wodurch eine Abscheidekammer gebildet ist, die mit einem Flüssigkeitsablauf versehen ist. In einen der Zentrifugalabscheider mündet eine Rückführleitung ein, die von einem oberhalb der Abscheidekammer angeordneten Gassammelraum ausgeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Zentrifugalabscheider derart zu gestalten, dass er kompakt gebaut und ohne zusätzliche Abstützung in die Nassdampfleitung eingebaut werden kann.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Zentrifugalabscheider erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Zentrifugalabscheider besteht aus einem Einzelzyklon, woraus sich eine einfache und robuste Ausführung ergibt, die sich durch eine sehr kompakte Bauweise auszeichnet. Aufgrund seiner Abmessungen lässt sich dieser Zentrifugalabscheider wie ein Rohrabschnitt in die Nassdampfleitung einsetzen. Damit eignet sich der erfindungsgemäße Zentrifugalabscheider auch zur Nachrüstung bestehender Dampferzeugungsanlagen, um deren Leistung bei nicht optimaler Auslegung zu erhöhen. Der Zentrifugalabscheider kommt ohne externen Entnahmedampf aus, um das abgeschiedene Wasser abzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 den Längsschnitt durch einen Zentrifugalabscheider,
2 den Schnitt II-II nach 1 und
3 den Schnitt III-III nach 1.
In einer horizontal, vertikal oder schräg verlaufenden Dampfleitung 1 wird Nassdampf z. B. aus der Anzapfleitung einer Dampfturbine oder aus einem Dampferzeuger in einer Kernkraftanlage geführt. Der Nassdampf kann einen Wasseranteil von 12 bis 15% enthalten. Um die nachfolgenden Leitungen und die Dampfturbine vor Erosion durch die Wassertropfen zu schützen, wird der Nassdampf einem Hochgeschwindigkeits-Zentrifugalabscheider zugeführt, der in der Dampfleitung 1 angeordnet ist.
Der Zentrifugalabscheider weist ein erstes zylindrisches Rohr 2 und ein zweites zylindrisches Rohr 3 auf, das koaxial zu dem ersten zylindrischen Rohr 2 angeordnet ist. Die einander abgewandten Ende der zylindrischen Rohre 2, 3 sind jeweils mit einem Anschlussstück 4 versehen, das in die Nassdampf führende Dampfleitung 1 einzusetzen ist. Die zylindrischen Rohre 2, 3 sind nacheinander von dem Nassdampf durchströmt. Zwischen dem auf der Anströmseite liegenden Anschlussstück 4 und dem ersten zylindrischen Rohr 2 ist ein konisches Zwischenstück 5 zur Anpassung an die Rohrquerschnitte vorhanden.
In dem Eingangsteil des ersten zylindrischen Rohres 2 ist ein Drallerzeuger 6 angeordnet. Der Drallerzeuger 6 besteht aus einer Nabe 7, auf der feststehende Drallschaufeln 8 befestigt sind. Die Nabe 7 ist hohl und ist auf der Anströmseite geschlossen und auf der Abströmseite offen. Die Nabe 7 kann. auf der Anströmseite durch eine Nabenverlängerung 9 von geringerem Durchmesser verlängert sein.
Das zweite zylindrische Rohr 3 ist in einem axialen Abstand von dem ersten zylindrischen Rohr 2 angeordnet. Der Innendurchmesser des ersten zylindrischen Rohres 2 ist größer als der Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Rohres 3. Zwischen dem ersten zylindrischen Rohr 2 und dem zweiten zylindrischen Rohr 3 kann ein drittes zylindrisches Rohr 10 koaxial angeordnet sein. Der Außendurchmesser dieses dritten zylindrischen Rohres 10 ist kleiner als Innendurchmesser des ersten zylindrischen Rohres 2 und der Innendurchmesser des dritten Rohres 10 ist größer als der Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Rohres 3. Die einander zugewandten Enden des zweiten und der dritten zylindrischen Rohres 3, 10 sind ineinander gesteckt, wodurch ein Ringspalt 11 gebildet wird. Die Enden der beiden aufeinander folgenden zylindrischen Rohre 3, 10 sind durch die Rohrwände durchdringende Schrauben 12 miteinander verbunden. Das erste und das dritte zylindrische Rohr 2, 10 sind in einem axialen Abstand . voneinander angeordnet, können aber auch an den einander zugewandten Enden ineinander gesteckt sein.
Die zylindrischen Rohre 2, 3, 10 sind in einem radialen Abstand von einem durch zwei Böden 13 geschlossenen Mantel 14 dicht umgeben, wodurch zwischen dem Mantel 14 und den zylindrischen Rohren 2, 3, 10 eine Abscheidekammer 15 gebildet wird. Die beiden äußeren zylindrischen Rohre 2, 3 sind durch die Böden 13 hindurchgeführt und in den Böden 13 befestigt. Die zylindrischen Rohre 2, 10 sind durch V-förmig angestellte Rippen 16 auf dem Mantel 14 abgestützt. Die Rippen 16 dienen gleichzeitig einer Beruhigung der Strömung innerhalb der Abscheidekammer 15. Eine Scheibe 17, die an der Innenseite des Mantels 14 und an der Außenseite des dritten zylindrischen Rohres 10 oder bei Abwesenheit dieses dritten Rohres 10 an der Außenseite des zweiten zylindrischen Rohres 3 anliegt, teilt die Abscheidekammer 15 in eine vordere und eine hintere Teilkammer 15', 15''.
Der Mantel 14 ist im Bereich der vorderen Teilkammer 15' mit einem Wasserablauf 18 versehen, an den sich eine Ablaufleitung 19 anschließt. Über eine weitere Ablaufleitung 20 ist die hintere Teilkammer 15'' mit der erstgenannten Ablaufleitung 19 verbunden.
Die hintere Teilkammer 15'' der Abscheidekammer 15 ist über eine Rückführleitung 21 mit einer den Zentrifugalabscheider umschließenden Ringleitung 22 verbunden. An die Ringleitung 22 sind mehrere Verbindungsleitungen 23 angeschlossen, die durch das konische Zwischenstück 5 hindurchgeführt sind und in den Innenraum der hohlen Nabe 7 oder der Nabenverlängerung 9 des Drallerzeugers 6 stromaufwärts der Drallschaufeln 8 einmünden.
In dem letzten, dem zweiten zylindrischen Rohr 3 ist ein Gleichrichter 24 angeordnet. Der Gleichrichter 24 kann als ein Kranz von feststehenden Drallschaufeln 25 ausgebildet sein, die auf einer Nabe 26 befestigt sind. Der Drehsinn der Drallschaufeln 25 des Gleichrichters 24 ist dem Drehsinn der Drallschaufeln 8 der Drallerzeugers 6 in Eingangsteil des Zentrifugalabscheiders entgegengerichtet. Die Nabe 26 des Gleichrichters 24 weist einen geringeren Durchmesser als die Nabe 7 der Drallerzeugers 6 auf.
Dem Drallerzeuger 6 kann ein Agglomerator 27 bekannter Bauart vorgeschaltet sein. Der Agglomerator 27 besteht aus geeigneten Einbauten, wie z. B. einem Gitter aus parallelen, gewellten Platten. Der Agglomerator 27 dient der Vergrößerung der Tropfen des Wassers im Nassdampf und zur Einstellung eines vorbestimmten Tropfenspektrums, auf das der Drallerzeuger 6 ausgelegt wird, um dessen Abscheidegrad zu erhöhen.
Die Abmessungen des Zentrifugalabscheiders sind durch die folgenden Verhältnisse gekennzeichnet:
D/L = 1/2 bis 5
Darin bedeuten:
D der Durchmesser der Dampfleitung 1;
L die Länge des Zentrifugalabscheiders zwischen den Anschlussstellen der Dampfleitung 1 und
d den Durchmesser der Nabe 7 des Drallerzeugers 6.
In dem Drallerzeuger 6 des Zentrifugalabscheiders wird der Axialgeschwindigkeit des Nassdampfes eine Radialgeschwindigkeit überlagert. Infolge der so erzeugten Drallströmung mit einem Radialanteil werden die in dem Nassdampf enthaltenen Wassertropfen nach außen an die Wand des ersten zylindrischen Rohres 2 geschleudert. Das an die Wand gelangte Wasser tritt in die Abscheidekammer 15 ein und wird aus der Abscheidekammer 15 strömungsberuhigt abgeführt. Der nach innen gedrängte, von Wasser befreite Dampfstrom tritt aus dem zweiten zylindrischen Rohr 3 aus und kann vor dem Austritt durch den wahlweise vorhandenen Gleichrichter 24 entdrallt werden.
Zur Erhöhung des Abscheidegrades dient die Absaugung aus dem Ringspalt 11, der zwischen dem dritten und dem zweiten zylindrischen Rohr 10, 3 gebildet ist. Um das Wasser durch den Ringspalt 11 abzuführen, wird die hintere Teilkammer 15'' der Abscheidekammer 15 unter Unterdruck gesetzt. Dieser Unterdruck wird in dem Zentrifugalabscheider intern und zwar über die Rückführleitung 21, die Ringleitung 22, die Verbindungsleitungen 23 und den Anschluss an den Innenraum der hohlen Nabe 7 oder der Nabenverlängerung 9 erzeugt. Aufgrund der in dem Drallerzeuger 6 erzeugten Radialgeschwindigkeit ergibt sich hinter der Nabe 7 ein Druckprofil mit einem Unterdruck im Nabenbereich. Somit wird der erforderliche Treibdampf für die Abführung des Wassers aus der Ringspaltabsaugung mit einer internen Rezirkulation von Dampf erreicht.

Claims

Zentrifugalabscheider zum Abscheiden von Wasser aus Nassdampf mit einem ersten zylindrischen Rohr (2) und einem koaxial zu dem ersten zylindrischen Rohr (2) angeordneten zweiten zylindrischen Rohr (3), wobei der Innendurchmesser des ersten zylindrischen Rohres (2) größer ist als der Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Rohres (3), wobei das erste zylindrische Rohr (2) und das zweite zylindrische Rohr (3) in einem radialen Abstand unter Bildung einer Abscheidekammer (15) von einem Mantel (14) dicht umgeben sind, der mit einem Wasserablauf (18) versehen ist, und wobei in dem ersten zylindrischen Rohr (2) ein Drallerzeuger (6) angeordnet ist, der aus einem Kranz von Drallschaufeln (8) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das erste zylindrische Rohr (2) und das zweite zylindrische Rohr (3) an den einander abgewandten Enden mit einem Anschlussstück (4) versehen sind, das in eine den Nassdampf führende Dampfleitung (1) einsetzbar ist, und dass in der Abscheidekammer (15) dadurch ein geringerer Druck als in den zylindrischen Rohren (2, 3) eingehalten ist, dass die Abscheidekammer (15) über eine Rückführleitung (21) mit dem Innenraum einer den Kranz der Drallschaufeln (8) tragenden, anströmseitig geschlossenen und abströmseitig offenen Nabe (7) des Drallerzeugers (6) verbunden ist.
Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten zylindrischen Rohr (2) und dem zweiten zylindrischen Rohr (3) ein drittes zylindrisches Rohr (10) koaxial angeordnet ist, und dass der Außendurchmesser des dritten zylindrischen Rohres (10) kleiner ist als Innendurchmesser des ersten zylindrischen Rohres (2) und dass der Innendurchmesser des dritten Rohres (10) größer ist als der Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Rohres (3).
Zentrifugalabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf das dritte oder das zweite zylindrische Rohr (10, 3) eine Scheibe (17) aufgesetzt ist, die die Abscheidekammer (15) in eine vordere und eine hintere Teilkammer (15', 15'') trennt.
Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen Rohre (2, 10) über strömungsgünstige Rippen (16) auf dem Mantel (14) abgestützt sind.
Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Enden zweier aufeinander folgender zylindrischer Rohre (3, 10) ineinander gesteckt und durch Schrauben (12) miteinander verbunden sind, die die Enden der zylindrischen Rohre (3, 10) durchdringen.
Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei aufeinander folgende zylindrische Rohre (2, 10) in einem axialen Abstand voneinander angeordnet sind.
Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem letzten der zylindrischen Rohre (3) als Gleichrichter (24) ein Kranz von Drallschaufeln (25) angeordnet ist, deren Drehsinn dem Drehsinn der Drallschaufeln (8) des Drallerzeugers (6) entgegen gesetzt ist.
Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drallerzeuger (6) ein Tropfenagglomerator (27) vorgeschaltet ist.
Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Anschlussstückes (4) an die Dampfleitung (1) in einem Verhältnis von 1 zu 2 bis 5 zu der Länge des Zentrifugalabscheiders steht.
Zentrifugalabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Nabe (7) des Drallerzeugers (6) und Durchmesser des Anschlussstückes (4) an die Dampfleitung (1) größer ist als 1 zu 3.