DE1958063C3 - Abscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abscheider für eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas mit einem Wirbelrohr mit einem Einlaßende für eine Gas-Flüssigkeits-Mischung und einem Auslaßende, einem Wirbel generator am Eingangsende des Wirbelrohres, der in dem Wirbelrohr einen Gaswirbel erzeugt, der von einem Flüssigkeitswirbel umgeben ist, einem ersten Auslaßkanal, der das Wirbelrohr umgibt, und einer ersten Einrichtung nahe dem Auslaßende des Wirbelrohres, um den Flüssigkeitswirbel in den ersten Auslaßkanal zu leiten, einem zweiten Auslaßkanal und einer Einrichtung nahe dem Auslaß des Wirbelrohres, um eine Gas-Flüssigkeits-Mischung aus der Grenzfläche zwischen Gas- und Flüssigkeitswirbel in den zweiten Auslaßkanal zu leiten, und mindestens einer Gassammei kammer in dem zweiten Auslaßkanal, um Gas und Flüssigkeit voneinander zu trennen sowie das Gas einem Dampfraum und die Flüssigkeit einem Flüssigkeitsvorratsraum zuzuleiten, wobei die Gassammelkammer im Abstand voneinander angeordnete Seitenwände aufweist, die in einem Winkel zur Richtung der Wirbelbewegung ausgerichtet sind, wobei die eine der Seitenwände in der Richtung der Wirbelbewegung im Abstand von der anderen Seitenwand liegt, und die Gassammeikammern noch eine Einrichtung zum Entweichen des aufgenommenen Gases aus den genannten Kammern aufweisen.
Ein Abscheider dieser Art ist in der US-PS 33 29 130 beschrieben.

Bei dem Abscheider nach dieser US-PS besteht die in dieser Anmeldung als Gassammeikammer bezeichnete Einrichtung aus einer separaten, sich nach unten erstreckenden Schaufel, die einstückig am äußeren Ende einer jeden Vertikalplatte ausgebildet ist und sich nach unten in einen ringförmigen Raum zwischen einer Innen- und einer Außenwand eines ringförmigen Raumes erstreckt. Jede dieser Schaufeln ist so gebogen, daß sie der oben in den ringförmigen Raum eintretenden Flüssigkeit einen Wirbel im Uhrzeigersinn verleiht. (Die Form der Schaufel ist besonders gut aus F i g. 4 zu erkennen). Die Wirbelbewegung, die der Gas- Flüssigkeits-Mischung durch diese Schaufel erteilt wird, wenn diese Mischung in den Ringraum eintritt, führt dazu, daß die Flüssigkeit an die innere Oberfläche der Außenwand geworfen wird und dort herablaufend in den Flüssigkeitsvorratsraum gelangt. Der Dampf, der durch die bis zu einer bestimmten Höhe (vgl. F i g. 2b) stehende Flüssigkeil am Verlassen des Ringraumes gehindert ist, kehrt seine Strömungsrichtung um und verläßt dann durch Öffnungen zwischen benachbarten Horizontalplatten den Ringraum und gelangt durch ein Dampfwirbelauslaßrohr nach oben in den Dampfraum.

Durch diese Schaufel wird somit die Wirbelrichtung der Gas-Flüssigkeits-Mischung aus dem Gegenuhrzeigersinn in einen Wirbel im Uhrzeigersinne umgekehrt und dadurch die Trennung von Flüssigkeit und Dampf bewirkt. Der Dampf muß dabei, um den Ringraum zu verlassen, seine Strömungsrichtung umkehren und entgegen der Gas-Flüssigkeits-Mischung strömen. Dies führt zu einer Verringerung des durch die Gas-Flüssigkeits-Trennung gewinnbaren Dampfanteiles.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Abscheider dahingehend zu verbessern, daß eine Gegenströmung von Dampf und Dampf-Flüssigkeits-Mischung vermieden und dadurch der aus der Dampf-Flüssigkeits-Mischung zu gewinnende Dampfanteil erhöht wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Seitenwände senkrecht zur Richtung der Wirbelbewegung ausgerichtet sind und daß die von der Wirbelbewegung abgelegene Seitenwand mit Öffnungen zur Aufnahme des Gases der Gas-Flüssigkeits-Mischung im zweiten Auslaßkanal

ί>5 visgebildet ist.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt
F i g. 1 schematisch einen Siedewasserreaktor mit

erfindungsgemäßen Abscheidern,

Fig.2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Abscheiders teilweise im Schnitt,

Fig.3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 2 und

Fig.4 die Nebenausgangsleitung des Abscheiders nach F i g. 2, abgerollt und perspektivisch.

In der F i g. 1 ist schematisch ein Siedewasser-Kemroaktor 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 für Wasser unterhalb des Reaktorkernes, einen Raum 14 zum Mischen von Dampf und Wasser oberhalb des .Reaktorkernes und einen Dampf raum 16, der sich oberhalb des Wasserspiegels, der durch eine gestrichelte Linie 17 angedeutet ist, im Druckkessel befindet.

Dem Vorratsraum 13 wird beispielsweise durch eine Umwälzpumpe 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 aus einem eigentlichen Abscheider 22 und einem Vortrockner 23. Die Abscheidereinheiten sind so ausgelegt, daß sie den abgeschiedenen Dampf an den Dampfraum 16 abgeben und das abgeschiedene Wasser dem Vorratsraum 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 Kondensator 27 kondensiert und das Kondensat wird mittels einer Pumpe 28 wieder in den Druckkessel zurückgepumpt.

Der Aufbau der Abscheidereinheiten 21 ist in den F i g. 2, 3 und 4 näher dargestellt. Der untere Teil bildet den eigentlichen Abscheider 22, während der obere Teil als Vortrockner 23 dient. Die Dampf-Wasser-Mischung (aus dem Mischraum 14, Fig. 1) strömt durch ein Standrohr 31 in einen Wirbelgenerator 32 hinein. Der Hauptbestandteil des Wirbelgenerators 32 ist eine Zentralnabe 33, die von einer Anzahl von gekrümmten Leitblechen 34 umgeben ist. Der Wirbelgenerator sorgt dafür, daß die Dampf-Wasser-Mischung als Wirbel in einem 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 37 des Vortrockners 23 hinein, während der größte Teil des Wassers die Innenwand des Wirbelrohres 36 entlang und über Jen oberen Rand des Wirbelrohres 36 hinweg strömt. In der Praxis fließt das Wasser jedoch nicht glatt durch den Zwischenraum zwischen dem Wirbelrohr 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 weist daher zwei Auslaßkanäle auf. Der erste Auslaßkanal 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 ersten Auslaßkanal 38 umgeleitet. Um die Wirbelbewegung des Wassers zu unterdrücken, sind in dem Auslaßkanal 38 eine Anzahl senkrecht verlaufender Leitbleche 43 (F i g. 2 und 3) angeordnet worden. Der Auslaßkanal 38 ist unten offen, so daß das Wasser dem Vorrat zugeführt werden kann. In dem ersten Auslaßkanal 38 ist noch ein Drosselring 44 angeordnet, der den Strömungsquerschnitt in diesem Auslaßkanai 38 herabsetzt. Dieser Drosselring 44 hilft, eine Minimaldicke des Wasserwirbels im Wirbelrohr 36 aufrecht zu erhalten.

Das Rohr 39 bildet nun die lnnenwandung eines zweiten Auslaßkanals 46, der außerdem durch ein Außenrohr 47, einen getrennten Stirnring 48 und das untere Endstück des Einlaßrohres 37 des Vortrockners 23 ergänzt wird. Dieser zweite Auslaßkanal 46 ist so ausgelegt, daß er die Dampf-Wasser-Mischung aufnimmt, die aus dem Grenzbereich zwischen dem Wasser- und dem Dampfwirbel stammt. Diese Mischung strömt zwischen dem Trennring 42 und dem Einlaßrohr 37 des Vortrockners nach obi.n und dann zwischen den Stirnringen 41 und 48 seitlich nach außen.

Die Mischung aus der Grenzschicht zwischen den beiden Wirbeln, die in den zweiten Auslaßkanal 46 einströmt, enthält volumenmäßig einen hohen Dampfanteil. Um einen solchen Dampfverlust zu reduzieren, werden Dampf und Wasser auch dieser Mischung voneinander getrennt und der Dampf dem Dampfraum 16 (F i g. 1) und das Wasser unten aus dem Auslaßkanal 46 austretend wieder dem Dampfvorrat zugeführt. Die Anordnung zu dieser Trennung ergibt sich aus F i g. 4, in der das Außenrohr 47 abgerollt dargestellt ist. Diese Anordnung weist eine Anzahl senkrecht verlaufender Gassammeikammern 49 und eine Anzahl senkrechter Leitbleche 51 auf. Wenn man annimmt, daß die Dampf-Wasser-Mischung als linksdrehender Wirbel in den zweiten Auslaßkanal einströmt, wird jede Gassammelkammer 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: wenn die Mischung in den zweiten Auslaßkcnal eintritt und als linksdrehender Wirbel zwischen den Stirnringen 41 und 48 nach außen strömt, trifft die Mischung auf die Frontwände 52 und die Leitbleche 51 auf, durch die die Wirbelbewegung zum Stillstand kommt und durch die die Mischung nach unten abgelenkt wird, wie es durch die ausgezogenen Linien dargestellt ist. Durch die dabei 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 Gassammeikammern 49 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 Wasser nach unten abfließt. Im oberen Teil einer jeden Gassammeikammer 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 (F ig. 1) hinein.

Unterdessen sfömt der Dampfwirbel, der in das Eingangsrohr 37 des Vortrockners 23 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 Trennring 57 im Vortrockner, einem Stirnring 58 sowie durch ein Ausgangsrohr 59 aufgehalten und in den Wasservorrat zurückgeleitet, während der Dampf durch den Trennring 57 hindurch in den Dampfraum 16 einströmt.

Das Ausgangsrohr 59 des Vortrockners 23 ragt über den Trennring 57 heraus, um zu verhindern, daß der mit hoher Geschwindigkeit ausströmende Dampf mit einer Dampf-Wasser-Mischung in Berührung kommt, die sich über der Wasseroberfläche zwischen den Abscheidereinheiten 21 (Fig. 1) bildet. Einmal nämlich steigt Dampf von der Oberfläche des Wassers auf, und zum anderen strömt Dampf aus den Austrittsöffnungen 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 Ausgangsöffnungen 56 strömt. Dieser Dampf strömt mit einer so großer Geschwindigkeit zwischen den Abscheidereinheiten 21 nach oben, daß von dem Wasser aus den Vortrocknern 23 etwas mitgerissen werden kann. (Das Ausgangsroht 59 des Vortrorkners kann mittels einer Anzahl vor Streben 60 gehaltert sein).

Der Außendurchmesser des Vortrockners 23 ist merklich kleiner als der Außendurchmesser des Abscheiders 22. 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 aufgrund der kleineren Durchmesser der Vortrockner in Höhe der Vortrockner in ein größeres Volumen ein, so daO seine Strömungsgeschwindigkeit entsprechend abnimmt. Aufgrund dieser herabgesetzten Dampfgeschwindigkeit kann das mitgerissene Wasser aus dem Dampfstrom ausfallen, während der Dampf nach ober in die Dampfkammer 16(F i g. 1) aufsteigt.

Die Abmessungen eines Ausführungsbeispiels sind die folgenden: jede Abscheidereinheit 21 war etwa 240 cm und davon jeder Abscheider 22 etwa 170 cm hoch. Der maximale Außendurchmesser eines jeden Abscheiders 22 betrug etwa 33 cm, derjenige der Vortrockner etwa 18 cm. Die Abscheidereinheiten 21 waren so nebeneinander angeordnet, daß der Abstand von Mitte zu Mitte zweier nebeneinanderliegender Einheiten etwa 34 cm betrug.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Abscheider für eine Mischung aus Flüssigkeit und Gas mit einem Wirbelrohr mit einem Einlaßende für eine Gas-Flüssigkeits-Mischung und einem Auslaßende, einem Wirbelgenerator am Eingangsende des Wirbelrohres, der in dem Wirbelrohr einen Gaswirbel erzeugt, der von einem Flüssigkeitswirbel umgeben ist, einem ersten Auslaßkanal, der das Wirbelrohr umgibt, und einer ersten Einrichtung nahe dem Auslaßende des Wirbelrohrer., um den Flüssigkeitswirbel in den ersten Auslaßkanal zu leiten, einem zweiten Auslaßkanal und einer Einrichtung nahe dem Auslaß des Wirbelrohres, um eine Gas-Flüssigkeits-Mischung aus der Grenzfläche zwischen Gas- und Flüssigkeitswirbel in den zweiten Auslaßkanal zu leiten, und mindestens einer Gassammeikammer in dem zweiten Auslaßkanal, um Gas und Flüssigkeit voneinander zu trennen sowie das Gas einem Dampfraum und die Flüssigkeit einem Flüssigkeitsvorratsraum zuzuleiten, wobei die Gassammeikammer im Abstand voneinander angeordnete Seitenwände aufweist, die in einem Winkel zur Richtung der Wirbelbewegung ausgerichtet sind, wobei die eine der Seitenwände in der Richtung der Wirbelbewegung im Abstand von der anderen Seitenwand liegt, und die Gassammelkammern noch eine Einrichtung zum Entweichen des aufgenommenen Gases aus den genannten Kammern aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (52,53) senkrecht zur Richtung der Wirbelbewegung ausgerichtet sind und daß die von der Wirbelbewegung abgelegene Seitenwand (53) mit Öffnungen zur Aufnahme des Gases der Gas-Flüssigkeits-Mischung im zweiten Auslaßkanal ausgebildet ist.

2. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück der Gassammeikammer (49) nahe eiern Auslaßende des Abscheiders durch ein oberes Teil (54) verschlossen ist.

3. Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gassammeikammern (49) radial im Abstand voneinander in dem zweiten Auslaßkanal (46) angeordnet sind.

4. Abscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein längs angeordnetes, im wesentlichen gerades Leitblech (51) zwischen jedem Paar der Gassammeikammern (49) angeordnet ist.

5. Abscheider nach Anspruch 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (56) zum Entweichen des aufgenommenen Gases aus der Kammer (49) mindestens eine Öffnung (56) aus der Kammer (49) durch die Wandung (47) des zweiten Auslaßkanales (46) zum Äußeren des Abscheiders umfassen.