DE1526945A1

DE1526945A1 - Wirbelverdampfer

Info

Publication number: DE1526945A1
Application number: DE19671526945
Authority: DE
Inventors: Lustenader Edward Louis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-04-15
Filing date: 1967-04-14
Publication date: 1970-02-05
Also published as: CH483270A; GB1127546A; US3332401A

Description

PATBNTANWXlTE PATENTANWALTDlPL-INCR-MOIlER-BaRNER PATE NTANWALT D I PU-1 N G. H AN S-H. WEY BE RLI N-DAHLEM 33 ■ PODBIELSKIALLEE «8 8 MO N CH E N 22 · Wl D E N MAYE R STRAS S E TEL. 0311 · 762907 · TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0184057 TEL. 0811-225585 -TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0524244

Bete''

Darf nicht :Λ '■ Λ werden

General Electx'ic Company S c h, e η e c t a d y , X.Y. (USA)

Wirbelverdanipi'er

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Einrichtung zum Verdampfen von Flüssigkeit in einem unter relativ niedrigem Druck und auf niedriger Temperatur befindlichen Sattdampfstrom, wobei eine Einrichtung zum Abführen derHnverdampften Flüssigkeit vor deren Eintritt in den Gesamtdampfstrom vorgesehen ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Einrichtung zur Schnellverdampfung von nicht aufbereitetem Speisewasser (iiohspeisewasser) in Sattdanipf, ohne dass eine Verunreinigung des Dampfes stattfindet, so dass man Frischwasser als Zusatz-Kesselspeisewasser oder für andere Anwendungszwecke, die bei einer Dampfturbinenanlage infrage kommen, erhält.

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Es sind Schnellverdampfungsanlagen bekannt, bei denen der Turbine untex¹ niederem Druck und bei niedriger Temperatur befindlicher Dampf entnommen- wird, der zum Betrieb einer Destillationseinrichtung dient. Die in dem Kreislauf durch die Destillation sich ergebenden Energiekosten werden herabgesetzt, wenn sich der entnommene Dampf unter einem niedrigeren Druck und auf einer niedrigeren Temperatur befindet. Wenn man den Dampf in dem Zustand verwenden kann, in dem er in den Kondensator eintritt, kann das Wasser im wesentlichen ohne Energieaufwand destilliert werden, da diese Energie normalerweise an das Kühlwasser abgegeben werden würde. Je mehr der Druck und die Temperatur des entnommenen Dampfes jedoch herabgesetzt werden, desto teurer und komplizierter wird die erforderliche Destillationseinrichtung. In bekannten Verfahren zur Verdampfung in Sattdampf wird der Dampfdruck soweit herabgesetzt, dass sich der Dampf im überhitzten Zustand befindet, so dass das Wasser darin in Form eines Sprühnebels oder dünnen Films verdampft werden kann. Diese Herabsetzung des Dampfdruckes ist aber oft nicht wiedergewinnbar ("recoverable¹¹).

Es ist nun an sich erwünscht, eine Verdampfung von Wasser in Sattdampf bei möglichst geringem Gesamtdruckabfall durchführen zu können, so dass Sattdampf bei niedrigerer

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Temperatui· und mil er niedi^igereiti Druck verwendet werden . kann, iJaicxi ist eine Einrichtung erforderlich, die vorhindert, dass uuverdampfte, nicht aijf bereitete Flüssigkeit in döii. Dampfsti^oiü-zurückgelangt und diesen ve-run-■ reinigt, insbesondere, wenn diese Verdampfung zum Zweck der. Destillation durchgeführt wii'd.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen vertosserteii Vii'belverdauipfei' zur Verdampfung von W^ssex* in Sattdampf bei möglichst kleinem Druckabfall zu schaffen.

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Eine spezielle Aufgabe der Erfindung bestellt in der Schaffung einer verbesserten Vorrichtung zur Herstellung

("raw") von destilliertem Wasser aus nicht aufbereitetem*Speisewasser als Zusat/i-Kesselspeisevasser oder für andere Ve rwendungs zwecke in einer Danipfkra ft anlage unter Verwendung von Sattdampf, der sich auf relativ niedriger Temperatur und unter relativ niedrigem Druck befindet.

Die Erfindvuig wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher ex\Läutert„ Es zeigen:

Fig. 1 eine Dampfturbiiienkraftanlage mit einem erfindungsgemassen Wirbelverdampfer, der in grösserem Massstab vereinfacht und teilweise im Querschnitt ge-' zeigt ist, in schematischer Darstellung,

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Fig. 2 ein modifiziertes Mollier-Diagramm zur Erläuterung der thermodynamischen Vorgänge und der Strömungsbedingungen in dein erf indungsgemässen Wirbelverdampf er.

Der Wirbelverdampfer nach der Erfindung umfasst eine vorzugsweise zylindrische Leitung, in der erfindungsgemäss Eintrittsleitschaufeln angeordnet sind, die eine Wirbelströmung des in die Leitung eintretenden Dampfes erzeugen, sowie Austrittsleitschaufeln zum Entwirbeln der Dampfströmung. Hierbei ist eine Einrichtung vorgesehen, die in der Nähe des Wirbelkerns eine Flüssigkeit in Form eines Sprühnebels einleitet. Dieser wird von einem innen angeordneten Zylinder (Strömungstrennzylinder) aufgenommen, der Sammelschlitze od.dgli zum Sammeln und Entfernen von unverdampfter Flüssigkeit aufweist.

Wie in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt, umfasst eine Dampfkraftanlage einen Dampfkessel 1, der Dampf an eine Hochdruckturbine 2 abgibt. Von dieser strömt der Dampf zu einer Zweiströmungs-Niederdruck-Turbine (^Mdouble*-flow low pressure turbine") 3. In den Kondensator Jt wird Sattdampf abgeleitet, mit Hilfe des Kühl—Wärmetauschers 5 kondensiert und in dem Kondensatsammler 6 gesammelt. Die

Speisewasser
Kesselspeisepumpe 7 pumpt^Λΐη üblicher Weise durch die Speisewasser-Vorwärmer 8-12. Zwischender Hochdruckturbine 2 und der Niederdruckturbine 3 befindet sich ein

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Wirbelscheider 13 üblicher Art, der erf indungsgeinäss abgeändert ist, Der Wirbelscheider 13 umfasst Eintrittsleitschaufeln 14, Austrittsleitschaufeln 15 und eine ringförmige Entnahmekammer T6 zur Entnahme von Wassertröpfchen«

Ein erfindungsgemässer Wirbelverdampfer, der den grundsätzlichen Aufbau eines Wirbelscheiders^nach der Erfindung aufweist, umfasst ein Vorzugsweise_;.zylindrisehes Gehäuse 17i in dem eine Gruppe von radialen, in Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordneten Eintritts« leitschaufeln 18 zwischen einem inneren Strömungsleit« körper 19 und. der Wand des Gehäuses 17 vorgesehen ist. Normalerweise sind sechs bis acht solcher Leitschaufeln vorhanden, wenngleich in der - Zeichnung eine geringere Anzahl gezeigt ist, damit die anderen Einzelheiten besser erkennbar sind« Die Eintrittsleitschaufeln 18 sind so gekrümmt, dass diese dem Sat"bdampf,~ der dem Wirbelverdampfer von der Niederdruckturbine über die Leitung 21 und dem Eintritt 20 zugeführt wird, einen wirbeiförmigen Drall erteilen.

Am anderen Ende des Gehäuses 17 befindet sich eine Anzahl von entgegengesetzt gekrümmten Austrittsleitschaufeln 22, die in vorzugsweise gleichartiger Weise auf einem Strömungsleitkörper 23 angeordnet sind. Die Aus — trittsleitschaufein ZZ' sindso gekrümmt, dass sie den

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wirbelartigen Drall "durcri einen Gegendrall aui'Jieben, d.h. die Strömung entwirbeln und in dem Gehäuse 17 eine normale radiale DruckverLellung Avriederhersteilen. Auf diese Weise ergibt sieh in dem Gehäuse 1*7 ein niedriger G-esarntdruckabfall.

Zwischen den Ein;trittsleitschaufeln 18 und den Austrittsleitschaufeln 22 befindet sich eiii Stromungstreniizylinder' 2k, der an beiden Enden offen ist und einen vorzugsweise ringförmigen Entnahmeschiltζ 25 od.dgl. besitzt, der von einer ebenfalls zweckmässig ringförmigen Entnahmekammer

26 umgeben ist, in die unverdampfte Flüssigkeitströpfchen gelangen. Diese werden aus der Kammer 26 über eine Leitung

27 abgeführt₍ Die Entnähme des Konzentrats kann durch eine Pumpe 28 intensiviert werden.

Es ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der eine Flüssig·· keit in Form eines Sprüiinebels in das Innere des Stro~ mungstrennzylinders 2k durch eine Sprühdüse 29 gesprühc wird. Die Sprühdüse 29 wird über ein durch das Innere des Strömungsleitkörpers 19 geführtes Bohr 30 gespeist» Das Rohr 30 ist zur Aufnahine'von nicht aufbereiteter Flüssigkeit mit dem KÖndensationskühler 5verbunden, i dem die Flüssigkeit vorerhiizt wird. Von dem Austritt des Gehäuses 17 wird das StromungsmitiieiL zusammen mit

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dem durch die Destillation erzeugten Zusatzdampf in den Kreislauf zurückgeführt, wobei es beispielsweise zuerst zum Vorwärmen des Speisewassers in den Vorwärmern 8 und 9 dient und dann in den Koiidensatsaramler 6 geleitet . wird.

Kachstehend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Wirbelverdampfers anhand der Fig. 2, in der ein abgeändertes Mollier-Diagramm für den Arbeitsbereich des Wirbelverdampfers dargestellt ist, erläutert. Mit 3^ is't die Sättigungslinie bezeichnet. Der Dampf befindet sich über dieser Linie im überhitzten und unter dieser Linie im nassen Zustand. Infolge der Entspannung des Dampfes in der .Kiederdi-uckturbine J wird in der Leitung 21 (Fig. 1) Nassdampf erhalten, dessen Zustand durch den Punkt 32 der Kurve dargestellt wird. Am Eintritt 20 des Gehäuses 17 ist der radiale Druckgradient des Strömungsmittels relativ einheitlich» Dadurch, dass die Eintrittsleitschaufeln 18 dein Strömungsmittel einen wirbelartigen Drall aufzwingen, wixxL die Verteilung des radialen Druckgradienten jedoch derart verändert, dass im Kern des Wirbels ein relativ niedriger Druck vorhanden ist ußd der Druck in der radialen Richtung zu der Wand des Gehäuses 17 hin nichtlinear ansteigt. Ferner werden in dem Dampf etwa vorhandene, Flüssigkeitströpfchen unter der Wirkung der Fliehkraft zur Wand des Gehäuses 17

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bewegt, so dass si-e bei der Analyse ausser acht gelassen werden können; diese Tröpfchen bewegen sich längs der Wand zum Austritt.

Die Linien 33, 34 und 35 in dem Mollier-Diagramm sind Linien gleichen Druckes. Hierbei sind nur diejenigen dieser Linien gezeigt, die für das Verständnis- der Erfindung wichtig sind. Wenn-man.'die* zur-Wand des Gehäuses 17 gelangten Flüssigkeitstropfchen ausser acht lasst, kann man den an der Wand befindlichen Teil des Sattdampfes durch den Punkt 36 der Kurve darstellen. Der Zustand des übrigen Teils des Dampfes wird durch eine Anzahl von Punkten dargestellt, die auf der Linie 37 konstanter Enthalpie radial näher bei der Achse liegen. Der Dampfzustand an der Achse des Wirbels wird daher durch den Punkt 38 des Sohaubildes dargestellt. .(;

Der Druck an der Wand des Strömungstrennzylinders 2k ist von dessen Durchmesser abhängig und wird durch einen Punkt 39 auf der Linie konstanter Enthalpie veranschaulicht. .-.'*"■

Es ist daher ein in dem Diagramm schraffierter Bereich vorhanden, in dem sich der Dampf im überhitzten Zustand befindet und von der übrigen Strömung isoliert ist. Dieser isolierte Bereich überhitzten Dampfes ist an der

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Achse und der Wand 24 durch die Linien konstanten Druckes begrenzt, ferner durch die Linie 37 konstanter Enthalpie und durch, die Sät ti gungs linie 31 (oder die Eckpunkte 38-41)

Die zu verdampfende Flüssigkeit, die in dem Kondensationskühler 5 auf die erforderliche Temperatur vorerhitzt worden ist, wird dureh die Düse 29 derart in den Schnellverdampfraum gesprüht, dass die Trö'p*chen in den Zylinder 24 gelangen (Fig. 1). Die Temperatur der nicht aufbereiteten Rohflüssigkeit soll vorzugsweise 1,1«1,7 C (2-3 F) über den Sättigungstemperaturen liegen, die dem Wirbelkern bzw. den Drücken im Schnellvex*dampfungsbereich entsprechen (Punkte 4O und 41 in Fig* 2). Nach der Schnellverdampfung wird unverdampftes Konzentrat infolge des Fliehkraftfeldes des Wirbels durch den Schlitz 25 und das Rohr 27 aus dem Dampfstrom ausgeschieden und entfernt, Bs tritt nur ein kleiner Druckabfall ein, der dadurch, bedingt ist, dass das Strömungsmittel den durch Schnellverdampfung erzeugten Dampf und die versprühte Rohflüssigkeit beschleunigt.

Der Dampf im Zylinder 24 besteht aus dem ursprünglich abgezweigten Dampf und dem durch Schnellverdampfung erzeugten Dampf . Dieser gelangt über den Austritt des Zylinders 24 wieder in den Gesamtsattdainpfstrom, so dass die Dampfmenge vermehrt wird. Diese vermehrte

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Dampfmenge wird durch die Austrittsleitschaufeln 22 von dem wirbelförinigen Drall befreit, so dass die normale radiale Druckverteilung der Strömung wiederhergestellt und dadurch der in dem Wirbelverdampfer auftretende Gesamtdruckabfall herabgesetzt wird.

Auf diese Weise wird dem Speisewasser ein zusätzlicher Massenstrom von destilliertem Wasser zugesetzt. Das Speisewasser kann als Zusatz-Kesselspeisewasser verwendet werden. Die Auslegung kann auch so gewählt sein, dass soviel reines Wasser hinzugefügt wird, dass dem Kreislauf darüber hinaus sogar destilliertes Wasser entnommen werden kann. Der Beitrag der dargestellten erfindungs— gemässen Anordnung zu den Betriebskosten des Kreislaufes ist im Verhältnis zu den bekannten Anlagen sehr gering, weil der Dampf hier bei sehr niedriger Temperatur und niedrigem Druck, also in einem Zustand verwendet wird, bei dem er gewöhnlich für diesen Zweck nicht anweadbar ist.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf eine Dampf-=« anlage beschränkt, die hier nur zur Erläuterung herangezogen wurde. Die erfindungsgemässe Einrichtung ist vielmehr auf jedes Strömungsverfahren anwendbar, in dem Dampf unter relativ niedrigem Druck zum Verdampfen von Zusatzflüssigkeit verwendet werden soll, so dass man destillierte Flüssigkeit oder Zusatzdampf erhält und der Hauptstrom nicht verunreinigt wird.

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Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw, oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschlxesslxch dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt ,

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Claims

Patentansprüche

1./Wirbelverdampfer zum Verdampfen von Flüssigkeit in Sattdampf, mit einer Sattdampfquelle zur Abgabe von Dampf an ein vorzugsweise zylindrisches Gehäuse, gekennzeichnet durch einen Strömungsleitkörper (19)» der in der Achse des vorzugsweise zylindrischen Gehäuses (1?) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Strömungsleitkörper und dem Gehäuse (1?) erstreckende drallerzeugende, im wesentlichen radial angeordnete Eintrittsleitschaufeln (18J vorgesehen sind, und eine Sprühdüse (29), die stromabwärts von den Eintrittsleitschaufeln (18) am StrÖmungsleitkörper (19) angeordnet und mit' einer Flüssigkeit zuführenden Druckmittelquelle (4,30) verbunden ist, sowie durch einen zum Gehäuse (1-7) und der Achse des

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durch die Eintrittsleitschaufeln erzeugten Dampfwirbele

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koaxialen, inneren den Sprühnebel von der Sprühdüse (29) aufnehmenden Zylinder (24), zwischen dessen Enden ein Ringschlitz (25) mit einer ringförmigen Entnahmekammer (26) vorgesehen ist.

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2. Wirbelverdampfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

radiale gegensinnig zu den Eintrxttsleitschaufeln (18)

gekrümmte den durch diese erzeugten Drall des Dampf-

stromes aufhebende Austrittslextschaufeln (22), die in

■^; ■'■'.'.·. "' ' ' ■ --' '■ ■ ■ ■■■'.■ ' ■ dem Gehäuse (17) stromabwärts von dem inneren Zylinder

(24) angeordnet sind.

3. Wirbelverdampfer nach einem der Ansprüche 1 und 2, ansonat wie beschrieben und bzw, oder dargestellt.

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L e e r s e i t e