DE1967230C3 - Vorrichtung zum Trennen einer Gas-Flüssigkeits-Mischung - Google Patents

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 Kernreaktoren, 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 Dampfqualitäten zugeführt werden können, ohne daß die Dampfabscheidung und ihr Wirkungsgrad beeinträchtigt werden, und bei denen der Durchsatz pro Volumeneinheit

50

55

60

65 größer als bei den bisherigen Dampf abscheidern 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 Außendurcnmesser 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-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 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 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 F i g. 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 Wirbelgenerators 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 Wirbelrohi es 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 gib! es mehrere Gründe, unter anderem den, daß sich die Grenzfläche zwischen dem Wasser- und dem Dampfwirbel verändert, wenn die Betriebsbedingungen für die Abscheider-jinheit 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 Abscheiclereinheit erheblich ändern.

Der Abscheider 22 ist daher mit zwei Ausgemgskanälen versehen. 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 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 Strömungsquerachnitt in dem Hauptausgangskanal 38 herabsetzt. Dies;er Drosselring 44 hilft, eine Minimaldicke des Wasserwirbels im Wirbelrohr 36 aufrecht zu erhalten.

Das Rohr 39 bildet nun die Innenwandung eines Nebenausgangskanales, der noch durch ein Ajßenrohr 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 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 (Fig. 1) und das Wasser, unten aus dem Nebenausgangskanal 46 austretend, wieder dem Wassiervorrat zugeführt.

Der Dampfwirbel, der in das Eingangbrohr 37 des Vortrockners eingetreten ist, strömt mit eirer 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 gedruckt. Diese Wasserschicht wird von einem Trocknerabnahmering 57 im Vorirockner, einer- Stir·.--ing 58 sowie durch ein Ausgangsrohr 59 aufgehalten und in den Wasservorrat 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 Ausgangsöffnungen 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 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 Ausgangsöffnungen 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 (Fig. 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 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.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Dampfabscheiders 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 Betriebsverhaltens werden durch eine vereinfachte und weniger kostspielige Konstruktion erreicht, die keine komplizierten Konstruktionselemente, wie beispielsweise komplizierte Gußstücke, benötigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

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 Extraktionseinrichtung zum Zurückführen eines beträchtlichen Teiles der Flüssigkeit der Mischung zu ejnern Vorratsraum und zum Entweicbenlassen eines weiteren Teiles des Gases aus der Extraktionseinrichtung zum Äußeren des Abscheiders zwischen den Baueinheiten und in eine Gasaufnahmekammer und der Vortrockner eine Einrichtung 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 abgegebenen 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 (55), durch weiches der Dampfwirbel mit 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, oadurch 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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