DE1948429A1

DE1948429A1 - Feuchtigkeitsabscheider mit Nacherwaermung

Info

Publication number: DE1948429A1
Application number: DE19691948429
Authority: DE
Inventors: Rabas Thomas James
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1970-04-09
Also published as: SE347063B; FR2019188A1; US3574303A; BE739277A; NL6914709A; GB1255512A; ES371425A1

Description

DIPL.-ING. KLAUS NEUBECKER Ι

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf j 24. Sept. 1969

40,008
6979

Westinghouse Electi'ic Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. Λ.

Feuchtigkeitsabscheider mit Nacherwärmung

. Die vorliegende lirfindung bezieht sich auf eine Sinheit für die Abscheidung von Feuchtigkeit und die Nach- oder Hückerhitzung von Dampf für eine Turbinenanlage, bei der der auf hoher Temperatur befindliche und unter hohem Druck stehende Antriebsdampf für den Antrieb der Turbinen mittels eines mit Hilfe eines Reaktors erhitzten Dampferzeugungssystems erzeugt wird. Der von mittels Kernenergie beheizten DampferZeugungssystemen gelieferte Antriebsdampf weist keine so hohen Temperaturen wie Dampf auf, der von herkömmliehen, mittels fossiler Brennstoffe geheizten Dampferzeugungssyste men abgegeben wird. Nach teilweiser Entspannung in der Dampfturbinenanlage fällt die Dampftemperatur daher auf die Sättigungstemperatur ab, wobei Feuchtigkeit gebildet wird, die eine sehr schädliche Wirkung auf die Turbinenschaufeln der nachfolgenden Stufen ausüben kann. Eine Rück- oder Nacherhitzung des Dampfes nach der ο Feuchtigkeitsabscheidung gestattet eine weitere Entspannung in der ^ Turbine ohne die Bildung weiterer Feuchtigkeit. Entsprechende -* Feuchtigkeitsabscheider-ZNacherhitzungseinheiten müssen große ^ Durchflußmengen bei minimalem Druckverlust verarbeiten können.

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^m ' ' Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, eine Feuchtigkeitsab-

scheider-ZNacherhitzungseinheit mit erhöhtem Feuchtigkeitsabscheidungs- und Nacherwärmungsvermögen zu schaffen, mit deren Hilfe

Telefon tO211) 32 ΟΘ 58 Telegramme Custopat

bei optimaler Feuchtigkeitsabscheidung größere Dampfmengen als bisher verarbeitet werden können, ohne deshalb einen höheren Druckabfall in Kauf nehmen und ohne deshalb die räumlichen Abmessungen des zugehörigen Gehäuses vergrößern zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Feuchtigkeitsabscheider mit Nacherwärmung, mit einem in Axialrichtung langgestreckten rohrföi-migen . Gehäuse, in dessen Innerem eine Einrichtung zur Damofverteilung, eine Einrichtung zur Feuchtigkeitsabscheidung und eine JSinrichtxing zur Nacherwärmung des Dampfes untergebracht sind, ferner mit einem Einlaß für die Zufuhr von feuchtigkeitshaltigem Dampf zu der Einrichtung für die Dampfverteilung sowie mit einem mit der Einrichtung für die Nacherwärmung des Dampfes in Verbindung stehenden Auslaß erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Gehäuses durch zwei im oberen Bereich und Ln Längsrichtung des Gehäuses im Abstand voneinander verlaufende Trennwände sowie zwei daran angrenzende, im unteren Bereich und ebenfalls in Längsrichtung des Gehäuses im Abstand voneinander verlaufende feuchtigkeitsabscheidende Anordnungen in zwei äußere, gegenüberliegende Auffangkaramern für den feuchtigkeitshaltigen Dampf sowie eine mittlere, die Einrichtung für die Nacherwärmung des Dampfes aufnehmende Auffangkammer unterteilt ist, die über die feuchtigkeitsabscheidenden Anordnungen mit den äußeren Kammern in Verbindung steht.

Dadurch v/ird in der gewünschten Weise erreicht, daß große Dampfmengen mit gutem Wirkungsgrad verarbeitet werden können, die räumlichen Abmessungen des Gehäuses aber trotzdem klein bleiben.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Feuchtigkeitsabscheider-/ Nacherwärmungseinheit nach der Erfindung längs der Linie I-I der Fig. 2;

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Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Ouerschnitt durch Fig. 1 längs der Linie II-II;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch Fig. 2 longs der Linie III-III;

Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der iurfindung;

Fig. 5 einen Teilschnitt durch Fig. 4 längs der Linie V-V; und Fig. 6 einen Teilschnitt durch Fig. 4 Ipngs der Linie VI-VI.

Im einzelnen ist in der Zeichnung mit IO allgemein ein erfindungsgeni^r\3 aufgebauter Feuchtigkeitsabscheider mit Nacherwärmung bezeichnet, mit dessen Hilfe die Feuchtigkeit von feuchtigkeitshaltigem, gesättigtem und unter, hohem Druck stehendem Dampf (beispielsweise Wasserdampf) abgeschieden und der von der Feuchtigkeit befreite Dampf in einen trockenen und/oder überhitzten Zustand aufgeheizt werden kann. Der Einfachheit halber γ/ird nachstehend für diese Anordnung der Ausdruck "Feuchtigkeitsabscheider" verwendet, und ebenso wird in der folgenden Beschreibung von den Begriffen "Wasserdampf" und "Wasser" Gebrauch gemacht, ohne daß darin ,jedoch eine Beschränkung zu sehen wäre.

Der Feuchtigkeitsabscheider 10 weist ein rohrförmiges, in Axialrichtung langgestrecktes Gehäuse 12 auf, das an seinen Enden durch zwei gegenüberliegende Glockenkörper 13 und 14 abgeschlossen ist. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Innere des Gehäuses 12 durch zwei im Abstand voneinander angeordnete und sich zwischen den Glockenkörpern 13 und 14 erstreckende vertikale Zwischenwände 18 und 19 sowie durch Trennwände 20 und 21 in drei axial verlaufende Kammern, npmlich zwei gegenüberliegende Kammern 15 und 16 sowie eine mittlere Kammer 17 unterteilt.

Die Zwischenwände 18 und 19 sind längs ihrer oberen Kanten 18a und 19a dicht mit dem Gehäuse 12 verbunden, während ihre Unterkanten 18b und 19b mit vertikalem Abstand von dem unteren Bereich des Gehäuses 12 verlaufen.

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Von den unteren Kanten 18b und 19b der vertikalen Zwischenwände 18 bzw. 19 aus erstrecken sich zu dem unteren Bereich des Gehäuses 12 hin zwei feuchtigkeitsabscheidende Anordnungen 23 und 24, über die in den beiden äußeren Kammern 15 und 16 einerseits und der mittleren Kammer 17 andererseits befindliche Fludmengen miteinander in Verbindung stehen. Wie aus Fig. 2 deutlich ersichtlich, liegen die Trennwände 18 und 19 sowie die feuchtigkeitsabscheidenden Anordnungen 23 und 24 in zueinander parallelen Ebenen,, deren Cuerschnitt jeweils einer Sehne desGehäusequerschnittes folgt. Wie Fig. 1 entnehmbar, erstrecken sich die feuchtigkeitsabscheidenden Anordnungen 23 und 24 ebenso wie die Zwischenwände 18 und 19 über die ganze Strecke zwischen den Trennwänden 20 und 21.

Die Trennwand 21 und der Glockenkörper 13 begrenzen gemeinsam eine Eintrittskammer 25, in die feuchtigkeitshaltiger, unter Druck stehender Dampf über einen Einlaß 26 eintreten Izann.

In geeignete Öffnungen der Trennwand 21 sind zwei Hauptrohre 28 und 29 eingesetzt, die in Axialrichtung durch die äußeren Kammern 15 und 16 geführt sind. Die Hauptrohre 28 und 29 stehen mit der Eintrittskammer 25 in Verbindung und sind mit einer Reihe von in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Austrittsöffnungen 30 bzw. 31 versehen, durch die der feuchtigkeitshaltige Dampf gleichförmig in die Kammern 15 bzw. 16 eindringen kann, die nachstehend der Klarheit halber als Auffangkammern für den feuchtigkeitshaltigen Wasserdampf bezeichnet werden sollen. Die Hauptrohre 28 und 29 reichen im wesentlichen über die gesamte axiale Länge ihrer zugeordneten Auffangkammern und liegen dabei in einer gemeinsamen, sich über die Mittelachse des Gehäuses 12 erstreckenden horizontalen Ebene. Die vertikalen Zwischenwände 18 und 19 ragen in Abwärtsrichtung über diese horizontale iäbene hinaus.

Zur Erhitzung des feuchtigkeitsfreien bzw. trockenen Dampfes sind in der mittleren Kammer 17 zwei Erhitzer 32 und 33 angeordnet. Die beiden Erhitzer liegen vorzugsweise übereinander und besitzen dabei im wesentlichen den gleichen Aufbau, so daß nur der Erhitzer 32 beschrieben zu werden braucht.

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•Dor Erhitzer 32 ist im wesentlichen herkömmlich aufgebaut und clementsprechend mit einem Bündel 34 U- oder haarnadelförmiger Röhren versehen, die mit ihren offenen iinden in einen geeigneten Schild 35 eingesetzt sind und sich von dort aus durch die Trennwand 20 hindurch über die ganze Länge der mittleren Kammer 17 erstrecken. Der Schild 35 hat vorzugsweise Scheibenform und ist Ifings seines Umfanges in geeigneter Weise mit einem halbkugelförmigen Kopf 36 verbunden. Innerhalb des Kopfes 36 ist eine Trennwand 37 angeordnet, die zusammen mit dem Kopf 36 und dem Schild eine Heizdampf-Einlaßkammer 38 einerseits sowie eine Auslaßkammer 39 für den verbrauchten Dampf begrenzt. Der erforderliche Heizdampf wird von einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) aus über einen Eintrittsstutzen 40 in die Einlaßkammer 38 eingeleitet, von λνο aus er das Höhrenbündel 34 durchströmt, um dann als verbrauchter Wasserdampf und/oder Kondensat in die Auslaßkammer 39 zu gelangen und diese über einen Austrittsstutzen 41 zu verlassen.

Das Gehäuse 12 ist an seiner Unterseite ferner mit einem Auslaßstutzen 43 ausgestattet, der mit dem unteren Bereich der Mitte'-kammer 17 sowie den Auffangkammern 15 und 16 in Verbindung steht und zur Abgabe von durch das Gehäuse aufgefangener Feuchtigkeit dient. An der Überseite des Gehäuses 12 befindet sich ein Austrittsstutzen 41, der mit dem oberen Bereich der mittleren Kammer 17 in Verbindung steht und zur Ableitung überhitzten Dampfes aus dem Gehäuse dient.

Die feuchtigkeitsabscheidenden Anordnungen 23 und 24 sind im wesentlichen gleichartig aufgebaut und von bekannter Bauart, so daß lediglich die Anordnung 23 beschrieben wird. Die feuchtigkeitsabscheidende Anordnung 23 v/eist, wie mit Fig. 2 und 3 verdeutlicht, ein rechteckiges Feld vertikal verlaufender Plattenkörper 47 auf, die in horizontaler Richtung jeweils gleichförmige Abstände voneinander aufweisen und einen etwa V- oder winkelförmigen Quer schnitt haben. Die Plattenkörper 47 sind in einem Rahmen mit einer oberen Schiene 48 und einer unteren Schiene 49 gehalten. Die obere Schiene 48 ist mit der flanschförmigen Kante 18b der Zwischenwand 18 verbunden, während die untere Schiene 49 mit dem Gehäuse

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12 vereinigt ist, so daß ein starrer Aufbau erhalten wird. Die untere ochiene 49 kann mit einer Mehrzahl von Löchern 50 versehen sein, so daß von dem feuchtigkeitshaltigen Wasserdampf abgeschiedene Feuchtigkeit, die sich am Boden der Auffangkammer 16 angesammelt hat, zu dem Auslaßstutzen 43 gelangen kann, wie das mit dem gestrichelten Pfeil 51 angedeutet ist.

Die Austrittsöffnungen 31 des Hauptrohres 29 und die Austrittsöffnungen 30 des Hauptrohres 28 schließen mit ihren Mittelachsen mit der Horizontalen einen Winkel von etwa 30° und vorzugsweise weniger als 45° ein, so daß der feuchtigkeitshaltige Wasserdamof gegen die Innenfläche des Gehäuses 12 gerichtet und damit ein Aufprallen der einzelnen, bei Betrieb des Feuchtigkeitsabscheiders austretenden feuchtigkeitshaltigen Wasserdampfstrahlen auf der Gehäusev/andung und damit in der mit den gestrichelten Pfeilen 52 angedeuteten Weise bereits eine erste Abscheidung von Feuchtigkeit erzielt wird.

Bei Betrieb wird der feuchtigkeitshaltige, von der Feuchtigkeit zu befreiende und wieder in einen trockenen überhitzten Zustand aufzuheizende Wasserdampf durch den Einlaßstutzen 26 in die Eintrittskammer 25 eingeleitet, von wo er in zwei ge trennten, oarallelen Strömen in die Hauptrohre 28 und 29 gelangt. Von άοη Hohren 28 und 23 aus tritt der Wasserdampf in Form mehrerer Strahlen durch die entsprechenden Austrittsöffnungen 3C bzw. 31 in die Auffangkammern 15 bzw. 16 ein. Bei diesem Übergang wird in der vorstehend beschriebenen Weise bereits ein Teil der Feuchtigkeit abgeschieden, wenn die Strahlen mit den verhältnismäßig schweren Feuchtigkeitspartikeln auf die Innenfläche des Gehäuses 12 auftreffen. Der von diesem Feuchtigkeitsanteil befreite Wasserdampf wandert dann in zwei horizontalen, entgegengerichteten langgestreckten Strömen durch die feuchtigkeitsabscheidenden Anordnungen 24 und 23. Beim Durchtritt durch die feuchtigkeitsabscheidenden Anordnungen 23 und 24 wird die verbleibende Feuchtigkeit im wesentlichen durch das Auftreffen auf die V-fÖrmigen Plattenkörper 47 abgeschieden, so daß sie auf den Boden des Gehäuses 12 absinkt, während die beiden im wesentlichen feuchtigkeitsfreien bzw. trocke-

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neu, aber noch gesättigten Wasserdampfströme sich in Aufwärtsrichtung in die feuchtigkeitsfreie mittlere Kammer 17 bewegen, v/o sie sich miteinander vermengen und weiter in Aufwärtsrichtung an' den Röhrenbündeln der Erhitzer 33 und 32 vorbei wandern. Beim Passieren der Röhrenbündel der Erhitzer 32 und 33 wird der Wasserdampf in einen trockenen, überhitzten Zustand erwärmt. In diesem Zustand tritt der Dampf dann durch den Austrittsstutzen 45 aus.

Mit den Fig. 4, 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, das im Avesentlichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmt, ,jedoch nur mit einem einzigen Bündel 55 von Nach- oder Rückerhitzerröhren 56 (wie im Querschnitt dargestellt) sowie einer feuchtigkeitsabscheidenden Doppelanordnung 57 bzw. 59 versehen ist.

Die feuchtigkeitsabscheidenden Doppelanordnungen 57 und 59 sind vorzugsweise gleichartig aufgebaut, so daß nur die Doppelanordnung 57 beschrieben wird. Diese Doppelanordnung 57 weist zwei Felder GO und 61 vertikal verlaufender und in horizontaler Richtung mit Abständen voneinander angeordneter Plattenkörper 62 bzw. 63 auf. Diese Plattenkörper 62 und 63 haben einen V- oder winkelförmigen Querschnitt und gleichen den P]attenkörpern 47 des beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels.

Das l'lattenfeld <50 erstreckt sich ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeisniel im wesentlichen über die gesamte axiale Lpnge eines'Gehäuses 64 und ist an seinem oberen Ende mit dem unteren "and 65a einer vertikalen Trennwand 65 und an seinem unteren Ende mit einer unteren Flanschleiste 66 eines Z-förmigen Trägers 67 verbunden.

Das Plattenfeld 61 erstreckt sich in gleicher Weise wie das Plattenfeld 60, ist jedoch in horizontaler Richtung seitlich und in vertikaler Richtung nach unten versetzt. Das Plattenfeld 61 ist an seinem oberen Ende mit einer oberen Flanschleiste 69 des Trägers 67 verbunden. An seinem unteren linde ist das Plattenfeld 61 mit einer horizontalen perforierten Platte 72 verbunden, die zen-

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BAD ORTGlNAL

trisch am Boden des Gehäuses 64 angebracht ist.

Dor Z-förmige Träger 67 dient zur Aufteilung des feuchtigkeitshaltigen Dampfströmes von einer Auffangkammer 73, so daß der obere Teil des Stromes durch das obere Plattenfeld 60, der untere Teil des Stromes dagegen durch das untere Plattenfeld 61 hindurchströmt. Mittels des Plattenfeldes 61 von dem Dampfstrom abgetrennte Feuchtigkeit sinkt durch die perforierte Platte 72 hindurch ab und verläßt dann über den Auslaßstutzen 74 das Gehäuse 64. Von den unteren Flanschleisten 66 aus erstrecken sich Rohrleitungen 76 zu der Platte 72 hin, über die von dem Plattenfeld 60 abgeschiedene Feuchtigkeit ebenfalls durch die perforierte Platte 72 dringen und dann das Gehäuse 64 durch den Auslaßstutzen 74 verlassen kann.

Nach der Abscheidung der Feuchtigkeit vermengen sich die feuchtigkeitsfreien bzw. trockenen Dampfströme in der feuchtigkeitsfreien Kammer 77, in der sie in Aufwärtsrichtung an den Nach- oder Rückerhitzerröhren 56 vorbei weiterströmen. Dabei wird der Dampfstrom erwärmt, so daß er in den trockenen, überhitzten Zustand übergeht. Durch einen oberen Austrittsstutzen 78 kann der Dampf das Gehäuse 64 in diesem überhitzten Zustand verlassen.

Beide vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele verleihen dem Feuchtigkeitsabscheider optimale Eigenschaften im Hinblick auf die Feuchtigkeitsabscheidung und ermöglichen somit die Verwendung von Gehäusen mit kleinerem Außendurchmesser, so daß sich eine Verringerung der Herstellungskosten ergibt. Das zweite Ausführungsbeispiel ermöglicht dabei durch die Anbringung der zur Feuchtigkeitsabscheidung dienenden Plattenfelder 60, 61 eine wirkungsvolle und raumsparende Unterbringung auch größerer feuchtigkeitsabscheidender Anordnung, ohne daß deshalb ein Druckabfall in Kauf genommen werden müßte, wodurch sich noch eine weitere Verringerung der Größenabmessung des Gehäuses und damit des gesamten Feuchtigkeitsabscheiders erzielen läßt.

Patentansprüche: . ξ 009815/0469

Claims

- 9 P a t e η t a η s ρ r ti c h e

etichtigkeitsabscheider mit Nacherwärmung, mit einem in Axialrichtung langgestreckten rohrförmigen Gehäuse, in dessen Innerem eine Einrichtung zur Dampfverteilung, eine Einrichtung zur Feuchtigkeitsabscheidung und eine Einrichtung zur Nacherwärmung des Dampfes untergebracht sind, ferner mit einem Einlaß für die Zufuhr von feuchtigkeitshaltigem Dampf zu der Einrichtung für die Dampfverteilung sowie mit einem mit der Einrichtung für die Nacherwormung des Dampfes in Verbindung stehenden Auslaß, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Gehäuses (12; 64) durch zwei im oberen Bereich und in Längsrichtung des Gehäuses (12; 64) im Abstand voneinander verlaufende Trennwände (18, 19; 65) sowie zwei daran angrenzende, im unteren Bereich und ebenfalls in Längsrichtung des Gehäuses (12; 64) im Abstand voneinander verlaufende feuchtigkeitsabscheidende Anordnungen (23, 24; 57, 59) in zwei äußere, gegenüberliegende Auffangkammorn (15, 16; 73) für den feuchtigkeitshaltigen Dampf sowie eine mittlere, die Einrichtung für die Nacheinvärmung des Dampfes aufnehmende Auffangkammer (17; 77) unterteilt ist, die über die feuchtigkeitsabscheidonden Anordnungen (23, 2<i; 57. 59) mit den äußeren Kammern (15, 16; 73) in Verbindung steht.

2. Feuchtigkeitsabscheider nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß zwei Hauptrohre (28, 29) aufweist, die sich in Axialrichtung durch die äußeren Auffangkammern (15, 16; 73) erstrecken.

3. Feuchtigkeitsabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede feuchtigkeitsabscheidende Anordnung (23, 24; 57, 59) eine Mehrzahl vertikaler, in horizontaler Richtung mit Abständen voneinander angeordneter dampfumlenkender Plattenkörper (47; 62, 63), einen Sammelboden für das Auffangen der Feuchtigkeit sowie eine Einrichtung für die Ableitung der aufgefangenen Feuchtigkeit aus dem Gehäuse (12; .64) aufweist.

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-ΙΟΊ. Feuchtigkeitsabscheider nach Anspruch 2 - oder 0, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptrohre (28, 29) in a;:ialor Richtung im Abstand voneinander angeordnete, den feuchtigkeitshaltigen Dampf auf die Innenwand des Gehäuses (12; 64) aufprallen lassende Austrittsöffnungen (30, 31) aufweisen.

5. Feuchtigkeitsabscheider nach einem oder mehreren der Anspi'üchc 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchtigkeitsabscheidenden Anordnungen (57, 59) jeweils eine erste und-eine zweite Gruppe (GO, 61) vertikaler, parallel mit horizontalen Abstanden voneinander angeordneter dampfumlenkender i'lattenkörnor (62, 63) aufweisen und daß die innere Kante der ersten Gx-uo >-i (61) und die äußere Kante der zweiten Gruppe (GC) miteinander verbunden sind, während die äußere Kante der ersten Gru >oe (:">!) mit dem Gehäuse (G4), die innere Kante der zweiten Gru )pe (üü) dagegen mit der zugehörigen Trennwand (G5) in Verbindung steht.

6. Feuchtigkeitsabscheider nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Gruppe einander teilweise überlappen und parallele, voneinander getrennte Strömungswege für aus den seitlichen Auffangkammern (73) in die mittlere Auffangkammer (77) gelangenden Dampf begrenzen.

KN/sch 3

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