DE1967230B1 - Vorrichtung zum Trennen einer Gas-Fluessigkeits-Mischung - Google Patents
Vorrichtung zum Trennen einer Gas-Fluessigkeits-MischungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen einer Gas-Flüssigkeits-Mischung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine Vorrichtung der vorgenannten Art — auch abgekürzt »Dampfabscheider« genannt — ist in der
US-PS 33 29 130 beschrieben.
Die laufenden Weiterentwicklungen von Kernreakto- v> ren, in denen Dampf erzeugt wird, haben dazu geführt,
daß die Ausgangsleistungen solcher Reaktoren laufend gestiegen sind. Dadurch wurden auch die Durchsatzmengen
der Dampf-Wassermischungen und des Dampfes an den Eingängen der Dampfabscheider größer, und
außerdem stieg die Dampfqualität, also der prozentuale Gewichtsanteil des Dampfes in der Dampf-Wasser-Mischung.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung von Dampfabscheidern, denen auch höhere Dampfqualitä- t>5
ten zugeführt werden können, ohne daß die Dampfabscheidung und ihr Wirkungsgrad beeinträchtigt werden,
und bei denen der Durchsatz pro Volumeneinheit größer als bei den bisherigen Dampfabscheidern ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der
Vortrockner einen Außendurchmesser aufweist, der beträchtlich geringer ist als der Außendurchmesser des
Abscheiders, um die Geschwindigkeit des aus der extraktionseinrichtung des Abscheiders abgegebenen
Gases zu verringern, damit die von dem Gas in die Kammer mitgenommene Flüssigkeit möglichst gering
ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.
F i g. 1 zeigt schematisch einen Siedewasserreaktor mit erfindungsgemäßen Dampfabscheidern, und
Fig.2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Dampfabscheiders.
In der F i g. 1 ist schematisch ein Siedewasser-Kernreaklor
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 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 Abscheidercinheitcn 21 hindurch. Jede Abschcidcrcinheit
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 vei wendet, also beispielsweise
einer Dampfturbine 26 zugeführt werden. Der Dampf der Turbine wird in einem Kondensor 27
kondensiert und das Kondensat wird mittels einer Pumpe 28 wieder in den Druckkessel zurückgepumpt.
Der Aufbau der Abscheidereinheiten 21 ist in Fig. 2 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 Wirbelgeneratois 32 ist eine Zentralnabe 33, die von einer Anzahl von gekrümmten
Leitblechen 34 umgeben ist. Der Wirbelgenerator sorgt daher dafür, daß die Dampf-Wasser-Mischung bereits
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
entllang und über den 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 ist daher mit zwei Ausgangskanälen versehen. Der erste oder der Hauptausgangskanal
38 wird durch ein koaxial angeordnetes Rohr 39, einen Stirnring 41 und e'nen Trennring 42 gebildet. Πη großer
Teil des Wasserwirbels strömt daher zwischen dem :o
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 angeordnet worden. Der
Hauptausgangskanal 38 ist un;en offen, so da! das
Wasser dem Vorrat zugeführt werden kann. In dem Hauptausgangskanal 38 ist noch ein Drosselring 44
angeordnet worden, der den Strömungsquerschnitt in jo
dem Hauptausgangskanal 38 herabsetzt. Dieser Drosselring 44 hilft, eine Minimaidicke des Wasserwirbels im
Wirbelrohr 36 aufrecht zu erhalten.
Das Rohr 39 bildet nun die Innenwandung eines Nebenausgangskanales, der noch durch ein Außet rohr r>
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, to Diese Mischung strömt zwischen dem Trennring 42 und
dem Eingangsrohr 37 des Vortrockners nach oben und dann zwischen den Stirnringen 41 und 48 seillich nach
außen.
Die Mischung aus der Grenzschicht zwischen den d beiden Wirbeln, die in den Nebenausgangskanal 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 r>o
16 (F ig. 1) und das Wasser, unten aus dem Nebenausgangskanal 46 austretend, wieder dem Wasservorrat
zugeführt.
Der Dampfwirbel, der in das Eingangsrohr 37 des Vortrockners eingetreten ist, strömt mit einer verhält- v>
nismäßig hohen Geschwindigkeit weiter nach oben und in ein Wirbelrohr 55 des V01 trockners 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 Trocknerabnahmering
57 im Vortrockner, einem Stirnring 58 sowie durch ein Ausgangsrohr 59 aufgehalten und in den Wasst rvorrat
zurückgeleitet, während der Dampf durch den Trocknerabnahmering 57 hindurch in den Dampfraum 16
einströmt
Das Ausgangsrohr 59 des Vortrockners ragt über den Trocknerabnahmering 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 nicht
gezeigten Ausgangsoffnungen 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
unien, so daß es auf den Dampf auftreffen kann, der aus
den Ausgangsoffnungen der Außenrohre 47 strömt. Dieser Dampf strömt mit einer so großen Geschwindigkeit
zwischen den Abscheidereinheiten nach oben, daß von dem Wasser aus den Vortrocknern 23 etwas
mitgerissen werden kann. (Das Ausgangsrohr 59 des Vortrockners kann mittels einer Anzahl von Streben 60
gehaltert sein).
Wichtig ist, daß der Außendurchmesser des Vortrockners
23 merklich geringer als der Außendurchmesser des Abschneiders 22 ist. Der Außendurchmesser des
Vortrockners 23 ist beispielsweise nur halb so groß wie
der Außendurchmesser des Abscheiders 22. Wenn daher Dampf aus den Ausgangsoffnungen der Außenrohre 47
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 daß seine Strömungsgeschwindigkeit
entsprechend abnimmt. Aufgrund dieser herabgesetzten Dampfgeschwindigkeit kann das mitgerissene
Wasser aus dem Dampfstrom ausfallen, während der Dampf nach oben in die Dampfkammer 16 (F i g. 1)
aufsteigt.
Die Abmessungen eines Ausführungsbeispiels eines Dampfabscheiders betragen: eine jede Abscheidereinheit
21 war etwa 240 cm und jeder Abscheider 22 war etwa 170 cm hoch. Der maximale Außciidurchmcsscr
eines jeden Abscheiders 22 betrug etwa 33 cm, derjenige der Vortrockner etwa 18 cm. Die Abscheidereinheiten
2! waren so nebeneinander angeordnet, daß der Abstand von Mitte zu Mitte zweier nebcneinanderliegender
Einheiten etwa 34 cm betrug.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Dampfabscheider gegenüber den bekannten Einrichtungen der
gleichen Art können wie folgt zusammengefaßt werden: ein Dampfabscheider ähnlicher Größe mit einem
Vortrockner, dessen Durchmesser merklich geringer ist als der des Abscheiders, kann unter Beibehaltung der
Trennwirkung mit einem Dampfdurchsatz betrieben werden, der mindestens 30% größer ist. Der erfindungsgemäße
Dampfabscheider arbeitet auch dann noch zufriedenstellend, wenn die Dampfqualität an seinem
Eingang um mindestens 25% steigt. Diese Verbesserungen des Betriebsverhaitens werden durch eine vereinfachte
und weniger kostspielige Konstruktion erreicht, die keine komplizierten Konstruktionselemente, wie
beispielsweise komplizierte Gußstücke, benötigt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Trennen einer Gas-Flüssigkeits-Mischung mit im geringen Abstand voneinander
angeordneten mehreren Baueinheiten aus jeweils einem Abscheider und einem Vortrockner,
die nacheinander angeordnet sind und in die die Gas-Flüssigkeitsmischung eingeleitet wird, wobei
der Abscheider eine Einrichtung zum Überführen eines beträchtlichen Teiles des Gases der Mischung
zu dem Vortrockner und eine Extraktionseinricht'jng zum Zurückführen eines beträchtlichen Teiles
der Flüssigkeit der Mischung zu einem Vorratsraum und zum Entweichenlassen eines weiteren Teiles des
Gases aus der Extraktionseinrichtung zum Äußeren is des Abscheiders zwischen den Baueinheiten und in
eine Gasaufnahmekammer und der Vortrockner eine ."-inrichtung zum Extrahieren weiterer Flüssigkeit
aus dem Gas und zum Überführen des Gases in die Gasaufnahmekammer einschließt, dadurch
gekennzeichnet, daß der Vortrockner (23)
einen Außendurchmesser aufweist, der beträchtlich geringer ist als der Außendurchmesser des Abscheiders
(22), um die Geschwindigkeit des aus der Extraktionseinrichtung des Abscheiders abgegebe- üi
nen Gases zu verringern, damit die von dem Gas in die Kammer mitgenommene Flüssigkeit möglichst
gering ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortrockner (23) ein Zentrifugal-Vortrockner
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortrockner weiter charakterisiert
ist durch ein vorgeschaltetes Trockenwirbelrohr (53), durch welches der Dampfwirbel mit ir>
einer relativ hohen Geschwindigkeit verläuft, und einen Trocknerabnahmering (57), der so angeordnet
ist, daß er die auf der Innenoberfläche des Trockenwirbelrohres (55) gebildete Wasserschicht
in den Vorratsraum zurückführt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknerabnahmering (57) weiter
charakterisiert ist durch einen Stirnring (58) und ein entfernbares Rohr (59), das darüber angeordnet ist.
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