-
Einrichtung zum Trennen von Dampf und Flüssigkeit aus einem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Trennen von Dampf und Flüssigkeit
aus einem Dampf-Flüssigkeits-Gemisch, insbesondere aus einem Dampf-Wasser-Gemisch,
mit einem vertikalen, langgestreckten, einen oberen Dampfraum und einen unteren
Flüssigkeitsraum aufweisenden Druckkessel, der einen Dampfauslaß im oberen Teil
des Dampfraumes, einen Flüssigkeitsauslaß im unteren Teil des Flüssigkeitsraumes
und einen Speiseflüssigkeitseinlaß unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels aufweist
und bei dem in dem Kesselraum mindestens ein senkrecht stehender Wirbelabscheider
vorgesehen ist, der einen tangentialen Einlaß für das Dampf-Flüssigkeits Gemisch,
einen Dampfauslaß im oberen Ende und einen Flüssigkeitsauslaß im Boden aufweist,
und in dem sich eine Übergangsstelle zwischen dem Dampfauslaß und dem Flüssigkeitsauslaß
befindet, wo eine Vorrichtung angeordnet ist, welche die Strömung der abgetrennten
Flüssigkeit nach unten lenkt.
-
Einrichtungen dieser Art sind bekannt. Bei einer dieser Einrichtungen
liegt der Flüssigkeitsspiegel normalerweise unterhalb des Auslasses des Wirbelabscheiders.
Ferner ist es bekannt, Wirbelabscheider in eine obere Wirbelkammer zur Zentrifugalabscheidung
der Flüssigkeit von dem Dampf und eine untere Abströmkammer zur Abführung der ausgeschiedenen
Flüssigkeit zu unterteilen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art derart auszubilden, daß der Flüssigkeitsspiegel in ihr großen Schwankungen
unterliegen kann, wobei er aber, wenn er einen besonders niedrigen Stand erreicht
hat, schnell wieder zum Ansteigen gebracht wird.
-
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß
der größere Teil eines jeden Wirbelabscheiders unter dem normalen Flüssigkeitsspiegel
liegt und dem Speiseflüssigkeitseinlaß ein Dampf-Flüssigkeits-Wärmeaustauscher derart
zugeordnet ist, daß die Speiseflüssigkeit unter Verteilung in direkten Wärmeaustausch
mit dem Dampf tritt, wenn der Flüssigkeitsspiegel unter die Austrittsöffnung des
Speiseflüssigkeitseinlasses sinkt, wobei im Strömungsweg der Speiseflüssigkeit in
dem Kessel Praliflächen vorgesehen sind, welche eine Berührung der Speiseflüssigkeit
mit den Kesselwandungen verhindern, wenn der Flüssigkeitsspiegel erheblich unter
den normalen Stand sinkt.
-
Da der größere Teil eines jeden Wirbelabscheiders unter dem normalen
Flüssigkeitsspiegel liegt, kann der Flüssigkeitsspiegel stark schwanken. Da andererseits
bei starkem Abfall des Flüssigkeitsspiegels sich der Kessel möglichst schnell wieder
füllen soll, ist der Dampf - Flüssigkeits - Wärmeaustauscher vorgesehen, der die
Speiseflüssigkeit unter Verteilung in direkten Wärmeaustausch mit dem Dampf treten
läßt, wenn der Flüssigkeitsspiegel unter die Austrittsöffnung des Speiseflüssigkeitseinlasses
sinkt.
-
Um schließlich zu vermeiden, daß die Wandung des Kessels im Bodenbereich
bei äußerstem Absinken des Flüssigkeitsspiegels der unmittelbaren Einwirkung der
Speiseflüssigkeit unterworfen ist und somit starken inneren Spannungen ausgesetzt
wird, sind im Strömungsweg der Speiseflüssigkeit in dem Kessel Prallflächen vorgesehen,
welche eine Berührung der Speiseflüssigkeit mit den Kesselwandungen verhindern.
-
Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es
stellt dar Fig. 1 einen Dampf-Flüssigkeits-Ke&sel erfindungsgemäßer Ausführung
im Vertikalschnitt, Fig. 2 den Grundriß zu Fig. 1, Fig. 3 den Schnitt nach Linie
3-3 zu Fig. 1, Fig. 4 den Schnitt nach Linie 4-4 zu Fig. 1, Fig. 5 den Schnitt nach
Linie 5-5 zu Fig. 1, Fig. 6 eine Seitenansicht eines Wirbelabscheiders, Fig. 7 den
Schnitt nach Linie 7-7 zu Fig. 6, Fig. 8 den Schnitt nach Linie 8-8 zu Fig. 6, Fig.
9 den Vertikalschnitt des Wärmeaustauschers,
Fig. 10 den Schnitt
nach Linie 10-10 zu Fig. 9 und Fig. 11 den Schnitt nach Linie 11-11 zu Fig. 9.
-
Fig. 1 zeigt eine vertikale, langgestreckte Dampf-Flüssigkeits-Trommel
10, die aus einem zylindrischen Mantel 12, einem oberen Abschlußkopf 14 und einem
unteren, halbkreisförmigen Abschluß 16 besteht.
-
Diese Trommel bestimmt ein Volumen, in welchem der normale Flüssigkeitsstand
18 den oberen Dampfraum 20 von dem unteren Flüssigkeitsraum 22 trennt.
-
Das Dampf-Flüssigkefts-Gemisch wird einer Einlaßkammer 25 im Inneren
des trommelförmigen Kessels über Einlaßstutzen 24 zugeführt. Die erwähnte Kammer
wird begrenzt durch eine ringförmige (zylindrische) Wand 26, die mit der zylindrischen
Wand 12 einen Ringraum einschließt, ferner durch einen Deckel 28 und einen Boden
30. Auf einem Kreis ist eine Vielzahl von Dampf und Flüssigkeit trennenden Wirbelabscheidern
32 am Umfang der Trommel angeordnet.
-
Diese Wirbelabscheider erhalten das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch aus
der Kammer 25 über tangentiale Einlässe 34. Jeder der Abscheider versetzt das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch
in eine Wirbelbewegung hoher Geschwindigkeit, so daß sich der leichte Dampf von
der schwereren Flüssigkeit infolge der Zentrifugalkraft trennt. Die Flüssigkeit
strömt aus dem Abscheider in den Flüssigkeitsraum 22 des Kessels, mischt sich dort
mit der Flüssigkeit in der Trommel und fließt durch einen Wirbelzerstörer 40 zu
einem Abzugstutzen 42.
-
Der abgeschiedene Dampf strömt am oberen Ende eines jeden Wirbelabscheiders
über einen Druckverteiler 44 in den Dampfraum 20. Auf diesem Weg wird der Dampf
in einem aus einer Vielzahl von Platten bestehenden Reiniger 45 gereinigt und streicht
dann zur weiteren Reinigung über perforierte Platten 46 zu dem Dampfauslaß 48.
-
Die Trommel ist an ihrem oberen Ende mit einem kombinierten Schauloch
und Standanzeiger 50, ferner mit zwei Sicherheitsauslaßventilen 51, einem Einstiegloch
52 und einem Abblasrohr 53 (Fig. 5) versehen.
-
Speiseflüssigkeit tritt in die Trommel durch einen Stutzen 54 und
ein Einlaßrohr 55 ein, welches in einen nach oben gerichteten, in der Trommelachse
verlaufenden Teil 56 übergeht und bei 57 nach oben in die Trommel mündet. Am Ende
des Zuleitungsrohres ist ein Dampf-Flüssigkeìts-Wärmeaustauscher 58 angeordnet,
der aus einer Vielzahl von stumpfwinkeligen, konischen, perforierten und übereinander
angeordneten Schalen besteht. Die Böden 66, 68 jeder dieser Schalen sind zur benachbarten
Schale entgegengesetzt geneigt und so angeordnet, daß die Mehrzahl der Perforationen
im unteren Teil liegt. So hat beispielsweise die nach unten geneigte Schale 59 der
Fig. 9 und 10 die Perforationen nächst dem Außenumfang, während die nach oben geneigte
Schale 61 (Fig. 11) die Perforationen überwiegend nächst dem Innenumfang aufweist.
Am Ausströmende des Speiserohres ist ein nach unten gerichteter Prallkörper, bestehend
aus einem zylindrischen Mantel 63 und einem Decke167, vorgesehen, in welchen die
Speiseflüssigkeit ausströmt und um 1800 umgelenkt wird, so daß sie auf die Schale
59 fällt. Der Prallkörper verhindert, daß die Speiseflüssigkeit zwischen den Abscheidern
32 in den Dampfraum 20 gelangen kann.
-
Das Austrittsende 57 des Rohres 56 liegt etwas unter dem Wasserspiegel
18, so daß, wenn dieser Spiegel die normale Höhe hat, das Speisewasser lediglich
in die Flüssigkeit des Flüssigkeitsraumes 22 verteilt wird. Wenn jedoch der Spiegel
um ein Beträcht-
liches sinkt, dann wird der Wärmeaustauscher 58 dem Dampf ausgesetzt,
und während einer solchen Periode sorgt dieser dafür, daß das Speisewasser in eine
Vielzahl von Strömen kleineren Durchmessers aufgelöst wird, welche die abwechselnd
geneigten, perforierten Schalen zickzackförmig durchlaufen. Auf diese Weise werden
großen Oberflächen der Speiseflüssigkeit dem Dampf ausgesetzt mit der Folge einer
Erwärmung der Flüssigkeit und einer Kondensation des Dampfes.
-
In der Längsrichtung der Trommel ist eine zylindrische Wandung 69
vorgesehen, welche eine Berührung der Speiseflüssigkeit mit der Trommelwand verhindert.
-
Im Anfangsstadium des Betriebes, wenn sich die Speiseflüssigkeit
in der Trommel befindet und entweder bei niedrigem Flüssigkeitsstand durch den Dampf
oder bei normalem Flüssigkeitsstand durch die Flüssigkeit erwärmt wird, schützt
ein Wärmedämmschirm 71 den halbkugeligen Boden 16 vor Wärmeschocks, die durch die
eintretende Speiseflüssigkeit ausgelöst würden. Der Wärmedämmschirm 71 besteht aus
einer dünnen Platte, die im Abstand von dem Boden der Trommel angeordnet ist und
dadurch diesen vor Beschädigungen, hervorgerufen durch rapide Temperaturschwankungen,
schützt.
-
Jeder Abscheider 32 (Fig. 6, 7 und 8) ist durch eine kreisförmige
Zwischenwand 65 in eine obere Wirbelkammer 60 über dem Flansch 62 und einen unteren
Abströmteil 64 unterhalb dieses Flansches geteilt. Die Zwischenwand 65 hat die Form
einer nach unten gerichteten Pfanne und läßt an ihrem Umfang einen Ringraum 66 frei
(Fig. 8), welcher die obere Wirbelkammer und die untere Abströmkammer 64 verbindet.
-
In dem Ringraum befindet sich eine Vielzahl von Umienkflügeln 68,
die so geformt sind, daß sie die Wirbelströmung der abgeschiedenen Flüssigkeit in
eine nach unten zu dem Abströmteil 64 des Abscheiders gerichtete Strömung verwandeln.
Jeder Abscheider ist so angeordnet, daß sein tangentialer Einlaßstutzen 34 an dem
Flansch 69 mit der Wandung 26 der Einlaßkammer 25 verbolzt ist und daß sein Bodenteil
durch einen Stift 70 in Trägerplatten, die am Trommelboden befestigt sind, sitzt.
In jeder Wirbelkammer 60 des Abscheiders und im Abstand von der Wandung der Wirbelkammer
befindet sich ein Abstreifer 72 (Fig. 4 und 7), der eine langgestreckte Düse am
tangentialen Eintritt des Abscheiders bildet. Die hinteren Kanten 74 dieser Abstreifer
trennen die schwere Flüssigkeit von dem ein Gemisch aus Dampf und Flüssigkeit enthaltenden
inneren Teil und erhöhen dadurch die Wirkung des Abscheiders. Am Boden des Abscheiders
wird die abgeschiedene Flüssigkeit gesammelt und durch Leitbleche 76 radial nach
innen gelenkt.
-
Die senkrecht stehenden, zylindrischen Wirbelabscheider haben ihre
Einlässe 34 im oberen Wirbelkammerteil, der über dem normalen Wasserspiegel 18 der
Trommel angeordnet ist. Dadurch ist es ermöglicht, daß das eintretende Dampf-Flüssigkeits-Gemisch
mit hoher Winkelgeschwindigkeit umläuft, wobei die Zentrifugalkraft den leichten
Dampf von der schwereren Flüssigkeit trennt und das Medium infolge seiner Schwere
in dem Abscheider schraubenlinienförmig nach unten wandert. Die hohe Zentrifugalkraft
konzentriert die schwere Flüssigkeit in den Außenzonen einer jeden Wirbelkammer.
Infolge Anordnung der Trenn- oder Prallwand 65 gelangt nur Flüssigkeit durch den
Ringraum 66; die Wirbelströmung wird
durch die Leitschaufeln 68
in eine nach unten gerichtete Strömung verwandelt. Diese Richtungsumwandlung bewirkt,
daß die Flüssigkeit lebhaft gegen den Bodenteil der Trommel strömt und den bei hohem
Stand der Flüssigkeit in der Trommel erzeugten Druck überwindet. Indessen hat der
lange Strömungsweg in dem Abscheider nach unten zur Folge, daß, wenn der Flüssigkeitsstand
in der Trommel sehr niedrig ist, der Abscheider trotzdem wirksam bleibt im Sinne
der Abgabe abgeschiedener Flüssigkeit unter dem Flüssigkeitsspiegel in der Trommel.
-
Hierdurch wird das Mitziehen von Dampf in der Flüssigkeit vermieden,
was für eine befriedigende Zirkulation der Einrichtung schädlich wäre. Die Wirbelabscheider
gemäß der Erfindung haben beispielsweise ein Verhältnis der Länge zu dem Durchmesser
von ungefähr 6 l, wobei der Wirbelkammerteil 60 weniger als die Hälfte der gesamten
Länge einnimmt. Auf diese Weise kann der Flüssigkeitsspiegel nach unten von dem
normalen Stand aus um das Vier- bis Fünffache des Durchmessers variieren.
-
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage wird der Wasserspiegel so
gesteuert, daß er den höchsten Stand in der Trommel hat, wenn der Dampferzeuger
bei seiner höchsten Belastung arbeitet, und den niedrigsten Stand bei der niedrigsten
Belastung. Auf diese Weise ist die Trommel in jedem Fall in der Lage, schnelle Belastungsschwankungen
auszugleichen, ohne die Wirksamkeit der Wirbelabscheider zu unterbinden.
-
Die Umlenkflügel 68 in dem ringförmigen Durchgang 66 trennen die
oberen Wirbelkammern 60 von den unteren Abströmkammern 64, da es wichtig ist, daß
die Umwandlung der kreisenden Wirbelbewegung in eine nach unten gerichtete Strömungsbewegung
zu einem Zeitpunkt stattfindet. in welchem eine ausreichende Wirbelenergie in der
umzulenkenden Flüssigkeit verbleibt, ohne die eine Trennung bewirkende Zentrifugalkraft
zu beeinträchtigen. Aus diesem Grunde befinden sich die Flügel 68 in der oberen
Hälfte des Abscheiders, aber unter dem Einlaß.
-
Der tangentiale Einlaß eines jeden Abscheiders befindet sich im oberen
Teil der Wirbelkammer so daß sich eine maximale Menge des Dampf-Flüssigkeits-Gemisches
bei der durch Schwerkraft in dem Abscheider bewirkten Abwärtsbewegung umwälzt, bevor
die Umwandlung in eine nach unten gerichtete Strömung statttindet.