DE1146501B

DE1146501B - Superheated steam injection cooler

Info

Publication number: DE1146501B
Application number: DEST14551A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Techn Hans Ullrich
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1958-12-10
Filing date: 1958-12-10
Publication date: 1963-04-04

Description

Heißdampf-Einspritzkühler Die Erfindung betrifft einen Heißdampf-Einspritzkühler mit Schraubströmung des Dampfes und zentraler Wassereinspritzung und hat die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Mischgüte, insbesondere bei verschiedener Dampfbelastung des Kühlers, zum Ziel.Superheated steam injection cooler The invention relates to a superheated steam injection cooler with screw flow of steam and central water injection and has the maintenance a uniform mixing quality, especially with different steam loads of the Cooler, to the goal.

Für Heißdampf-Einspritzkühler sind allgemein anzustreben möglichst feine Verteilung des eingespritzten Wassers, möglichst gute Vermischung des eingespritzten Wassers mit dem strömenden Dampf (insbesondere mittels erhöhter Relativgeschwindigkeit zwischen Dampf und Wasser) und infolge dieser beiden Vorgänge möglichst rasche und gleichmäßige Verdampfung des eingespritzten Wassers sowie Herabsetzung der Temperatur des gesamten den Kühler verlassenden Dampfes.For superheated steam injection coolers, the aim should generally be as far as possible fine distribution of the injected water, mixing the injected water as well as possible Water with the flowing steam (especially by means of increased relative speed between steam and water) and as a result of these two processes as quickly as possible and Uniform evaporation of the injected water and lowering of the temperature of all steam leaving the cooler.

Es ist bereits bekannt, in dem vom ungekühlten Heißdampf durchströmten Ringraum zwischen dem zylindrischen Kühleraußenmantel und dem darin zentral eingebauten Wassereinspritzdüsenkörper einen propellerartigen Leitschaufelkranz anzuordnen, der dem Dampf eine Schraubströmung aufzwingt, bevor er mit dem tangential eingespritzten Wasser in Berührung kommt.It is already known in which the uncooled superheated steam flowed through Annular space between the cylindrical outer jacket of the cooler and the one installed centrally in it To arrange a propeller-like guide vane ring for the water injection nozzle body, which forces a helical flow on the steam before it is tangentially injected with the steam Comes into contact with water.

Um bei gedrosselter Kühlleistung auch die geringen Wassermengen genügend fein im Dampfstrom zu verteilen, werden dieselben mittels besonderer aus dem Düsenkopf tangential austretender Hochdruck-Dampfstrahlen. zusätzlich zerstäubt. Für eine solche Anordnung sind aber eine besondere, unter höherem Druck stehende Dampfquelle, zusätzliche Dampfregelventile und Dampfdüsen erforderlich, die - insbesondere angesichts des dritten benötigten Arbeitsmittels -eine Komplizierung der Kühleranlage bedingen.To ensure that the small amounts of water are sufficient when the cooling capacity is reduced to distribute them finely in the steam flow, the same are made by means of special from the nozzle head Tangentially emerging high-pressure steam jets. additionally atomized. For one but such an arrangement is a special steam source under higher pressure, additional steam control valves and steam nozzles required - especially given of the third work equipment required - a complication of the cooling system.

Bei anderen Bauarten ist es auch schon bekannt, in den Mischraum bewegliche, gegebenenfalls federnde oder gewichtbelastete Bleche oder Blechstreifen einzubauen, die bei großem Dampfdurchsatz den Dampfdurchfiußquerschnitt vergrößern, und umgekehrt. Diese Vorschläge konnten aber nicht bis zur zuverlässigen Betriebsreife entwickelt und verwirklicht werden. Schließlich ist es auch bekannt, Einspritzkühler zur Ausschaltung von Regelverzögerungen bei Teillasten in mehrere getrennte Dampf- und Wasserwege zu unterteilen. Bei diesen kann zwar bei geeigneter Ausführung auch die Mischgüte bei Teillasten verbessert werden, allerdings mit erheblich größerem Aufwand an Herstellungskosten und Platzbedarf als beim Erfindungsgegenstand.In other designs it is already known to have movable, to install resilient or weight-loaded sheets or sheet metal strips, if necessary, which increase the steam flow cross-section when the steam throughput is high, and vice versa. However, these proposals could not be developed to the point of reliable operational readiness and be realized. Finally, it is also known to switch off injection coolers of control delays with partial loads in several separate steam and water routes to subdivide. With a suitable design, the mixing quality can also be achieved with these can be improved in the case of partial loads, but with considerably higher manufacturing costs and space requirements than the subject matter of the invention.

Die Erfindung strebt die Verbesserung der Mischgüte auf dem folgenden Wege an: Dem Dampfstrom wird ein veränderbarer Drall (Rotation um die Längsachse des Mischrohres) erteilt, die Regelung des Dralles erfolgt in Abhängigkeit von der zu kühlenden Dampfmenge. Bei angenähert festliegendem Zusammenhang zwischen Dampfmenge und Dampftemperatur ist auch eine einfache Kopplung zwischen Einspritzmenge und Drallregelung möglich. Die Dampfgeschwindigkeit und die Mischung innerhalb des Dampfstromes selbst können mit Hilfe der Drallregelung unabhängig vom Durchsatz etwa konstant gehalten werden. Der erfindungsgemäße Einspritzkühler ergibt daher bei allen Dampfdurchsätzen annähernd den gleichen Druckabfall und eine gleichmäßig gute Dampf-Wasser-Mischung.The invention seeks to improve the mixing quality in the following Paths on: The steam flow is given a changeable twist (rotation around the longitudinal axis of the mixing tube), the control of the twist takes place depending on the amount of steam to be cooled. With an approximately fixed relationship between the amount of steam and steam temperature is also a simple coupling between injection quantity and Twist control possible. The steam velocity and the mixture within the steam stream even with the help of the swirl control, independently of the throughput can be approximately constant being held. The injection cooler according to the invention therefore yields at all steam throughputs approximately the same pressure drop and an evenly good steam-water mixture.

Die Veränderung der Rotation des Dampfstromes geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß in Abhängigkeit vom Dampfdurchsatz der Leitschaufelkranz axial verschiebbar oder der Anstellwinkel der Leitschaufeln veränderbar ist.The change in the rotation of the steam flow takes place according to the invention in that the guide vane ring is axially displaceable as a function of the steam throughput or the angle of attack of the guide vanes can be changed.

Im ersteren Falle ist der Leitschaufelkranz in einem sich in Strömungsrichtung des Dampfes kegelförmig verjüngenden Außenmantel des Kühlers derart angeordnet, daß er bei fallendem Dampfdurchsatz in und bei steigendem Durchsatz gegen die Strömungsrichtung verschiebbar ist. Hierbei stimmen die Austrittsquerschnitte des Gehäusekegels und des Leitschaufelkranzes annähernd miteinander überein, während der Eintrittsquerschnitt des Kegels erheblich größer als der des Kranzes ist. Infolge dieser Anordnung erhält bei großem Durchsatz die äußere Ringschicht des zuströmenden Dampfes (da der Schaufelkranz dann zum Dampfeintritt hin verschoben ist) keinen Drall, so daß sich nach Vermischung dieser äußeren, nur axial strömenden Ringschicht mit dem inneren, vom Schaufelkranz erfaßten und stark rotierenden Strömungskern eine geringere Drehung des gesamten Dampfstromes ergibt als bei geringerem Dampfdurchsatz, bei dem der Schaufelkranz zur Austrittsöffnung hin verschoben ist und die äußere Ringschicht des Dampfes erheblich verkleinert oder sogar bis auf Null absenkt.In the former case, the guide vane ring is oriented in the direction of flow of the steam conically tapered outer jacket of the cooler arranged in such a way that with falling steam throughput in and with increasing throughput against the direction of flow is movable. The exit cross-sections of the housing cone and are correct of the guide vane ring approximately coincide with one another, while the inlet cross-section of the cone is considerably larger than that of the wreath. As a result of this arrangement with high throughput, the outer ring layer of the inflowing steam (as the blade ring is then shifted towards the steam inlet) no swirl, so that after mixing this outer, only axially flowing ring layer with the inner one, from the blade ring captured and strongly rotating flow core a lesser rotation of the total steam flow results than with a lower steam throughput at which the Blade ring is shifted towards the outlet opening and the outer ring layer of the steam is considerably reduced or even reduced to zero.

Die Verstellvorrichtung des Schaufelkranzes wird vorteilhaft elektromagnetisch oder hydraulisch ausgeführt und steht unter dem Druck des Dampfraumes, so daß kostspielige, wartungsbedürftige und kraftverzehrende Abdichtungen für bewegliche Antriebsteile wegfallen, die überdies die Genauigkeit des Regelvorganges beeinträchtigen.The adjustment device of the blade ring is advantageously electromagnetic or carried out hydraulically and is under the pressure of the steam chamber, so that expensive, Maintenance-intensive and power-consuming seals for moving drive parts eliminated, which also impair the accuracy of the control process.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heißdampf-Einspritzkühlers, bei welchem die Drallregelung durch Axialverschiebung eines Leitschaufelkranzes in einer Ringdüse mit konischer Außenbegrenzung erfolgt. Der Dampf wird dem Kühler durch das Rohr a zugeführt. Aus der Dampfeintrittskammer b gelangt ein Teilstrom durch den axial verschiebbaren Leitschaufelkranz c mit vollem Drall in das Mischrohr d, während der andere Teilstrom durch den Ringspalt zwischen dem Deckband ei des Schaufelkranzes und dem konischen Außenmantel e. der Ringdüse dem Mischrohr d ohne Drall zuströmt. Durch Axialverschiebung des Schaufelkranzes wird der Außendurchmesser des Ringspalts und damit das Verhältnis der beiden Teilströme geändert. In dem Mischrohr d erfolgt eine Vermischung der beiden Ströme, wodurch sich ein vom Teilstromverhältnis abhängiger Gesamtdrall einstellt. Das Kühlwasser wird durch eine gegebenenfalls mit Drall arbeitende Düse f in den Dampfstrom eingespritzt. Das Mischrohr d ,schützt das Außenrohr g vor der Abschreckwirkung des aus dem Dampfstrom ausgeschleuderten Kühlwassers. Der gekühlte Dampf strömt durch das Rohr h ab. Die Verschiebung des Leitschaufelkranzes erfolgt bei dieser Ausführung von außen über eine Spindel i, welche durch die Stopf- ' büchse k aus dem Dampfraum herausgeführt ist.The drawing shows an embodiment of the superheated steam injection cooler according to the invention, in which the swirl control takes place by axial displacement of a guide vane ring in an annular nozzle with a conical outer boundary. The steam is supplied to the cooler through pipe a. From the steam inlet chamber b, a partial flow passes through the axially displaceable guide vane ring c with full swirl into the mixing tube d, while the other partial flow passes through the annular gap between the shroud ei of the blade ring and the conical outer casing e. the ring nozzle flows to the mixing tube d without swirl. Axial displacement of the blade ring changes the outer diameter of the annular gap and thus the ratio of the two partial flows. The two flows are mixed in the mixing tube d, as a result of which a total swirl is established which is dependent on the partial flow ratio. The cooling water is injected into the steam stream through a nozzle f, which may work with a swirl. The mixing tube d protects the outer tube g from the deterrent effect of the cooling water ejected from the steam stream. The cooled steam flows out through the pipe h. In this embodiment, the guide vane ring is displaced from the outside via a spindle i, which is led out of the steam space through the stuffing box k.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Superheated steam injection cooler with one in its Central axis arranged water injection nozzle and a concentrically surrounding this, arranged upstream of the injection point in the direction of flow of the steam to be cooled Leitschaufelkraaz for generating a helical flow of the steam, thereby characterized in that, depending on the steam throughput, the guide vane ring (c) axially displaceable or the angle of attack of the guide vanes can be changed.

2. Superheated steam cooler according to Claim 1, characterized in that the guide vane ring (c) in. an outer jacket which tapers conically in the direction of flow of the steam (e $) of the cooler is arranged, the outlet cross-section of which is approximately the same as that of the blade ring coincides, while its inlet cross-section is considerably that of the blade ring exceeds, with the blade ring with decreasing steam throughput in and with increasing Throughput is displaceable against the direction of flow.

3. Desuperheater after Claim 1 or 2, characterized in that the spindle (i) for displacement of the guide vane ring (c) works in an electromagnetic or hydraulic way and is under the pressure of the vapor space. Considered publications: German Patent Nos. 859 474, 917 544, 967 076; British patent specification No. 429,604; U.S. Patent No. 2155,986.