DE1958063A1

DE1958063A1 - Dampfabscheider

Info

Publication number: DE1958063A1
Application number: DE19691958063
Authority: DE
Inventors: Robbins Charles Hartman; Moen Robert Henry; Hughes Robert Leo; Fitzsimmons George William
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-11-21
Filing date: 1969-11-19
Publication date: 1970-07-02
Also published as: GB1259711A; NL6917301A; SE369440B; SE352763B; DE1958063B2; US3603062A; CA943876A; CH501181A; DE1967230C3; DE1958063C3; FR2023787A1; ES373200A1; DE1967230B1

Description

PATENTANWALT

& FRANKFURT 70

TIROLER STRASSE 61-65
■ POSTFACH 70 0961
TELEFON 0011/6165 57

712 - (24-AT-O3255) General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, il.Y., USA

Dampfabscheider

Die Erfindung bezieht sich auf Dampfabscheider, die in den Druckkesseln von Kernreaktoren verwendet werden können.

Die laufenden Weiterentwicklungen von Kernreaktoren, in denen Dampf erzeugt wird, haben dazu geführt, daß die Ausgangsleistungen solcher Reaktoren laufend gestiegen ist. Dadurch wurden auch die Durchsatzmengen der Dampf-V/assermischungen und des Dampfes an den Eingängen der Dampfabscheider größer, und außerdem stieg die Dampfqualität, also der prozentuale Gewichtsanteil des Dampfes in der Dampf-Wasser-Misehung.

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Dampfabscheidern, denen auch höhere Dampfqualitäten zugeführt werden können, ohne daß die Dampfabscheidung und ihr Wirkungsgrad beeinträchtigt werden, und bei denen der Durchsatz pro Volumeneinheit großer als bei den bisherigen Dampfabscheidern ist.

009827/0106

Dieses Ziel der Erfindung wird durch Abscheidereinheiten erreicht, von denen jede einen Zentrifugalabscheider aufweist ₃ dem die Dampf-Wasser-Hischung zugeführt ist und in dem ein Dampfwirbel entsteht, der von einem Flüssigkeitswirbel umgeben ist. Der Abscheider v/eist einen Hauptausgang auf, durch den die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitswirbel abfließt. In der Hauptausgangsleitung sind einfache Maßnahmen getroffen worden, durch die die weitere Wirbelbewegung der Flüssigkeit unterbunden wird« Weiterhin ist eine Nebenausgangsleitung vorgesehen, die mit einfachen Mitteln zur Trennung der Dampf-Wasser-Mischung aus der Grenzschicht zwischen dem Gaswirbel und dem Flüssigkeitswirbel in dem Zentrifugalabscheider versehen ist. Jede Abscheidereinheit weist noch einen Vortrockner auf, der so montiert ist, daß ihm der Dampf zugeführt wird, der aus dem Abscheider entweicht. Dieser Vortrockner beruht ebenfalls auf dem Zentrifugalprinzip. Ein Merkmal dieser Anordnung besteht darin, daß der Außendurchmesser des Vortrockners merklich kleiner als der Außendurchmesser des Abscheiders ist. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes herabgesetzt, der von der .Oberfläche des Flüssigkeitsvorrates und von der Nebenausgangsleitung her zwischen den Abscheidereinheiten hindurchströmt, so daß von diesem Dampf weniger Flüssigkeit mitgerissen wird.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Figur 1 zeigt schematisch einen Siedewasserreaktor mit erfindungsemäßen Dampfabscheidern.

igur 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Abscheidereinheit. _t

Figur 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3 - 3 aus Figur 2

Figur 4 zeigt die Nebenausgangsleitung des Abscheiders nach Figur 2 abgerollt und perspektivisch. Insbesondere sind die Maßnahmen zum Abscheiden in der Nebenausgangsleitung dargestel.it.

009827/0106

In der Figur 1 ist schematisch ein Siedewasser-Kernreaktor dargestellt. Dieser Reaktor weist einen Druckkessel 10 und einen Reaktorkern 11 auf, der von einem Ringmantel 12 umgeben ist. Der Ringmantel 12 teilt mehrere Räume ab, nämlich einen Vorratsraum 13 unterhalb des Reaktorkernes für Wasser, einen Raum 14 oberhalb des Reaktorkernes zum Mischen von Dampf und Wasser und einen Dampfraum 16, der sich oberhalb des Wasserspiegels im Druckkessel befindet, der durch eine gestrichelte Linie 17 angedeutet ist.

Dem Vorratsraum 13 wird beispielsweise durch eine Umwälzpunpe 18 Druckwasser zugeführt, das durch mehrere öffnungen 19 hindurch am Kernbrennstoff im Reaktorkern vorbei nach oben gedrückt wird. Dabei wird ein Teil des Wassers in Dampf umgewandelt. Die dabei entstehende Dampf-Wasser-Mischung, die sich im Raum 14 sammelt, strömt durch eine Anzahl von Abscheidereinheiten 21 hindurch. Jede Abscheidereinheit besteht erfindungsgemäß aus einem eigentlichen Abscheider 22 und einem Vortrockner 23. Die Abscheidereinheiten sind so ausgelegt, daß sie den abgeschiedenen Dampf an den Dampfraum 16 abgeben qnd das abgeschiedene Wasser dein Vorrat3raum 13 im Druckkessel wieder zuführen. Der Dampf strömt aus dem Dampfraum 16 durch Dampftrockner 24 hindurch, in denen dem Dampf die restliche Feuchtigkeit entzogen wird. Nun kann der Dampf bestimmungsgemäß verwendet, also beispielsweise einer Dampfturbine 26 zugeführt werden. Der Abdampf der Turbine wird in einem Kondensor 27 kondensiert und das Kondensat v/ird mittels einer Pumpe 28 wieder in den Druckkessel surück^epur.^t.

Wie die erfindungsgemäßen A>scheidereinheiten 21 aufgebaut sind, ist in den Figuren 2, °3 und 4 näher dargestellt. Der uutero 1"eil bildet den eigentlichen Abscheider 22, während der obere Teil als Vortrockner 23 dient. Die Dampf-Wasser-Mischung (aus den. Mischraum 14, Figur 1) strömt durch ein Standrohr 31 in einen V.'irbelgenerator 32 hinein. Der Hauptbestandteil des Wirbelgenerators ist eine Zentralnabe 33, die von einer Anzahl von gekrümmten Leitblechen 34 umgeben ist. Der "..'irbelgenerator sorgt daher iafür, daß die üai'.ipf-V.asser-Mischunö bereits als Wirbel in einer;.

009827/0106

BAD ORIGINAL

TSbHUbJ

Wirbelrohr 36 nach oben strömt. Durch die dabei auftretenden Zentrifugalkräfte werden der Dampf und das Wasser voneinander getrennt, und zwar entsteht innen ein Dampfwirbel, der von einem Wasserwirbel umgeben ist, der an der Innenwandung des Wirbelrohres 36 entlang strömt.

Die Trennung von Dampf und Wasser ist innerhalb des Wirbelrohres 36 bereits ziemlich vollständig. Im Idealfall strömt der abgeschiedene Dampf in das Einlaßrohr des Vortrockners 37 hinein, während der größte Teil des Wassers die Innenwand des Wirbelrohres entlang und über den oberen Rand des Wirbelrohres 36 hinweg strömt. In der Praxis fließt das Wasser jedoch nicht glatt durch den Zwischenraum zwischen dem Wirbelraum 36 und dem Einlaßrohr 37 des Vortrockners hindurch. Hierfür gibt es mehrere Gründe, unter anderem den, daß sich die Grenzfläche zwischen dem Wasser- und dem Dampfwirbel verändert, wenn die Betriebsbedingungen für die Abscheidereinheit geändert werden. Die Schwierigkeit besteht somit darin, die Trennung von Dampf und Wasser auch dann beizubehalten, wenn sich die Zusammensetzung der Mischung und der Durchsatz in der Abscheidereinheit erheblich ändern.

Der Abscheider 22 ist daher mit zwei Ausgangskanälen versehen worden. Der erste oder der Hauptausgangskanal 38 wird durch ein koaxial angeordnetes Rohr 39, einen Stirnring 41 und einen Trennring 42 gebildet. Ein großer Teil des Wasserwirbels strömt daher zwischen dem oberen Rand des Wirbelrohres 36 und dem Trennring 42 hindurch und wird dann vom Stirnring 41 nach unten in den Hauptausgangskanal 38 umgeleitet. Um die Wirbelbewegung des Wassers zu unterdrücken, sind in dem Hauptausgangskanal 38 eine Anzahl senkrecht verlaufender Leitbleche 43 (Figuren 2 und 3) angeordnet worden. Der Hauptausgangskanal 38 ist unten offen, so daß das Wasser dem Vorrat zugeführt werden kann. In dem Hauptausgangskanal 38 ist noch ein Drosselring 44 angeordnet worden, der den Strömungsquerschnitt in dem Hauptausgangskanal 38 herabsetzt. Hierdurch ist es einfacher, dafür zu sorgen, daß die Dicke des Wasserwirbels im Wirbelrohr 36 einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreitet.

009827/0106

ORIGINAL INSPECTED

~- ^! 1958Ü63

Das Rohr 39 bildet nun die Innenwandung eines Nebenausgangskanales, der noch, durch ein Außenrohr 47, einen getrennten Stirnring 48 und durch das Eingangsrohr 37 des Vortrockners ergänzt wird. Dieser Nebenausgangskanal 46 ist so ausgelegt, daß er die Dampf-Wasser-Mischung aufnimmt, die aus der Grenze zwischen dem Wasser- und dem Dampfwirbel stammt. Diese Mischung strömt zwischen dem Trennring 42 und dem Eingangsrohr 37 des Vortrockners nach oben und dann zwischen den Stirnringen 41 und 48 seitlich nach außen.

Die Mischung aus der Grenzschicht zwischen den beiden Wirbeln, die in den Nebenausgangskanal 45 einströmt, enthält volumenmäßig einen hohen Dampfanteil. Um einen solchen Dampfverlust zu redu-

ieren, erscheint es wünschenswert, den Dampf und das Wasser dieser Mischung voneinander zu trennen und den Dampf dem Dampfraurn 16 (Pi^₅Ur 1) zuzuführen, während das abgetrennte Wasser unten aus dem Nebenausgangskanal 46 austreten sollte, so daß es wieder zum Wasservorrat gelangt. In bisher bekannten Abscheidern wurde dieses durch sehr teuere und komplizierte Ausgestaltungen der Abscheider erreicht. Bei erfindungsgemäßen Abscheidern hingegen genügt eine verhältnismäßig einfache Anordnung von senkrecht verlaufenden Leitblechen und Kammern. Diese Anordnung geht aus der Figur 4 hervor, in der das Außenrohr 47 abgerollt dargestellt ist. Diese Anordnung weist eine Anzahl senkrecht verlaufender kammern 49 und eine Anzahl senkrechter Leitbleche 51 auf. Wenn man annimmt, daß die Dampf-Wasser-Mischung als linksdrehender tfirbel in den Nebenausgangskanal einströmt, wird jede Kammer 49 von einer Frontwand 52, einer perforierten Rückwand 53 und einer oberen Verschlußwand 54 gebildet. In dieser Anordnung werden das Wasser und der Dampf wie folgt voneinander getrennt: tfenn die Mischung in den Nebenausgangskanal eintritt und als linksdrehender Wirbel zwischen den Stirnringen 41 und 48 nach außen strömt, trifft die Mischung auf die Frontwände 52 und die

eitbleche 51 auf, durch die die Wirbelbewegung zum Stillstand commt und durch die die Mischung nach unten abgelenkt wird, wie es durch die ausgezogenen Linien dargestellt ist. Durch die dabei

009827/0106

ORIGINAL INSPECTED

auftretende Zentrifugalkraft wird der Dampf in eine Richtung gedrückt, die senkrecht zur Strömungsrichtung des Wassers verläuft, so daß der Dampf auf die Rückwände 53 der Kammern auftrifft, wie es durch die gestrichelten Pfeile dargestellt ist. Der Dampf kann daher durch die perforierten Rückwände 53 in die Kammern 49 einströmen, während das V/asser nach unten abfließt. Im oberen Teil einer jeden Kammer 49 befindet sich im Außenrohr 47 jeweils eine Dampfaustrittsöffnung 56. Da die unteren Teile der Kammern 49 unterhalb des Wasserspiegels liegen, strömt der Dampf durch die öffnungen 56 hindurch nach oben, zwischen den Abscheidereinheiten 21 hindurch und in den Dampfraum 16 (Figur 1) hinein.

Unterdessen strömt der Dampfwirbel, der in das Eingangsrohr 37 des Vortrockners eingeströmt ist, mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit weiter nach oben und in ein Wirbelrohr 55 des Vortrockners hinein. Da die Wirbelbewegung anhält, wird das Wasser, das vom Dampf mitgerissen worden ist, als Schicht an die Innenwandung des Wirbelrohres 55 gedrückt. Diese Wasserschicht wird von einem Sperring 57 im Vortrockner, einem Stirnring 58 sowie durch ein Ausgangsrohr 59 aufgehalten und in den Wasservorrat zurückgeleitet, während der Dampf durch den Sperrring 57 hindurch in den Dampfraum 16 einströmt.

Das Ausgangsrohr 59 des Vortrockners ragt über den Sperring 57 heraus, um zu verhindern, daß der mit hoher Geschwindigkeit ausströmende Dampf mit einer Dampf-Wasser-Mischung in Berührung kommt, die sich über der Via s serober fläche zwischen den Abscheidereinheiten 21 (Figur 1) bildet. Einmal nämlich steigt Dampf von der Oberfläche des Wassers auf, und zum anderen strömt Dampf aus den Ausgangsöffnungen 56 der Außenrohre 47 der Abscheider 22 heraus. Das Wasser fließt vom unteren Ende des Ausgangsrohres 59 auf die Abscheider und dann außen an den Abscheidern entlang weiter nach unten, so daß es auf den Dampf auftreffen kann, der aus den Ansgangsöffnungen 56 strömt. Dieser Dampf strömt mit einer so großen Geschwindigkeit zwischen den Abscheidereinheiten nach oben, daß von dem Wasser aus den Vortrocknern 23 etwas mitgeris-

009827/0106

ORIGINAL INSPECTED

y b ö υ b

sen werden kann. (Das Ausgangsrohr 59 des Vortrockners kann mittels einer Anzahl von Streben 660 gehaltert sein).

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht nun darin, daß der Außendurchmesser des Vortrockners 23 merklich kleiner als der Außendurchmesser des Abscheiders 22 ist. Der Außendurchmesser des Vortrockners 23 ist beispielsweise nur halb so groß wie der Außendurchmesser des Abscheiders 22. Wenn daher der Dampf aus den Öffnungen 56 heraus und zwischen den Abscheidern 22 nach oben strömt, strömt er auf Grund der kleineren Durchmesser der Vortrockner in Höhe der Vortrockner in ein größeres Volumen ein, so daß seine Strömungsgeschwindigkeit entsprechend abnimmt. Auf Grund dieser herabgesetzten Dampfgeschwindigkeit kann das mitgerissene Wasser aus dem Dampfstrom ausfallen, während der Dampf nach oben in die Dampfkammer 16 (Figur 1) aufsteigt.

Nun sollen noch die Abmessungen eines Ausführungsbeispieles der Erfindung angegeben werden. Jede Abscheidereinheit 21 war etwa 2Ί0 cm und jeder Abscheider 22 war etwa 170 cm hoch. Der maximale Außendurchmesser eines jeden Abscheiders 22 betrug etwa 33 cm, derjenige der Vortrockner etwa 18 cm. Die Abscheidereinheiten waren so nebeneinander angeordnet, daß der Abstand von Mitte zu Mitte zweier nebeneinanderliegender Einheiten etwa 3k cm betrug.

Die Vorteile der erfindungsgeraäßen Einheiten aus Abscheider und Vortrocknern gegenüber den bekannten Einrichtungen der gleichen Art können wie.folgt zusammengefaßt werden: Ein Abscheider ähnlicher Größe, mit einem Vortrockner, der merklich kleiner ist, kann unter Beibehaltung der Trennwirkung mit einem Dampfdurchsatz betrieben werden, der mindestens 30 % größer ist. Der erfindungsgemäße Abscheider arbeitet auch dann noch zufriedenstellend, wenn die Dampfqualität an seinem Eingang um mindesten 25 % steigt. Diese Verbesserungen des Betriebsverhalten werden durch eine vereinfachte und weniger kostspielige Konstruktion erreicht, die keine komplizierten Konstruktionselemente wie beispielsweise komplizierte Gußstücke benötigt.

009827/0106

OPMaSNAL INSPECTED

Claims

Pat ent ansprüche

Abscheider für eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas oder ampf, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelrohr vorgesehen ist, dessen Eingangsende eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas oder Dampf zugeführt ist, daß am Eingangsende dieses WirbeIröhres ein Wirbelgenerator angeordnet ist, so daß in dem Wirbelrohr ein Gas- oder Dampfwirbel hervorgerufen ist, der von einem Flüssigkeitswirbel umgeben ist, und daß der Flüssigkeit swirbel am Ausgangsende des Wirbelrohres in einen Ausgangskanal umgelenkt ist, in dem zum Unterbinden der weiteren Wirbelbewegung mehrere längs verlaufende Leitbleche angeordnet sind.
2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne-t, daß zwecks Erhöhung des Strömungswiderstandes in dem Ausgangskanal eine Querschnittsverengungg vorgesehen ist.
3. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet

daß der Ausgangskanal um das Wirbelrohr

herum angeordnet ist und umlenkvorrichtungen am Ausgangsende des Wirbelrohres vorgesehen sind, mit denen der Flüssigkeitswirbel in diesen Ausgangskanal hineingelenkt ist, daß um den Ausgangskanal herum ein weiterer Ausgangskanal angeordnet ist und daß am Ausgangsende des Wirbelrohres weitere Leitmittel vorgesehen sind, durch die eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas oder Dampf aus der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkeits- und dem Gas- oder Dampfwirbel in den zweiten Ausgangskanal geleitet ist, daß im zweiten Ausgangskanal zwecks Unterbindung einer weiteren Wirbelbewegung geradlinig verlaufende Leitbleche angeordnet sindj und daß im zweiten Ausgangskanal öffnungen zum Entweichen von Dampf vorgesehen sind.

00982 7/0106

ORIGINAL INSPECTED
4. Abscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Ausgangskanal mindestens eine Gas- oder Dampfsammelkammer vorgesehen ist, deren parallel zueinander verlaufende Seiten senkrecht zur Richtung der Wirbel bewegung angeordnet sind, daß eine der beiden Seiten, die in
Richtung der Wirbelbewegung auseinander liegen, mit öffnungen
zur Aufnahme von Gas oder Dampf aus der Mischung im zweiten
Ausgangskanal versehen ist, und daß die Sammelkammer mit einer öffnung zum Entweichen von Gas oder Dampf aus ihr versehen ist.

0098 2 7/0106

ORIGINAL INSPECTED

Leerseite