DE2051310A1

DE2051310A1 - Einrichtung zur Dampftrocknung in Dampferzeugern von Kernkraftwerken

Info

Publication number: DE2051310A1
Application number: DE19702051310
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing.; Pieper Rudolf Dipl.-Phys.; 8520 Erlangen; Hoffmann Alfred 8550 Forchheim. P Klein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-10-20
Filing date: 1970-10-20
Publication date: 1972-04-27
Also published as: AT314560B; FR2111714B1; FR2111714A1; BE774184A; GB1357938A; CH528049A; US3769781A

Description

Einrichtung zur Dampftrocknung in Dampferzeugern von Kernkraftwerken

Bei Kernkraftwerken, die mit Leichtwasserreaktoren arbeiten, wird im allgemeinen ein Dampf mit einer hohen Endfeuchte erzeugt, so daß dieser Dampf vor Einleitung in die Turbinen einer apparatemäßig sehr aufwendigen Trocknung unterzogen werden muß. Dabei werden im allgemeinen auf Fliehkraftbasis arbeitende Grobabscheider verwendet, denen teuere Feinabscheider nachgeschaltet werden müssen. An sich wäre die in den Fliehkraftabscheidern erzeugte Fliehkraft ausreichend, um alle im Dampf mitgeführten Wassertröpfchen abzusondern, aber Schmutzeffekte, wie z.B. das unkontrollierte Wandern des Trombenfußes der in den Fliehkraftabscheidern auftretenden Trombe, bedingen, daß das bereits abgesonderte Wasser wieder in den gereinigten Dampfstrom zurückgeführt wird, oder aber, daß der gereinigte Dampf mit dem abgeschiedenen Wasser mitgerissen wird, wodurch der Wirkungsgrad dieser Abscheider erheblich verschlechtert wird. Der durch diesen schlechten Wirkungsgrad bedingte Mehraufwand an nachgeschalteten Feinabscheidern erfordert insbesondere eine große Bauhöhe der Dampferzeuger, die besonders bei großen Einheitsleistungen erhebliche zusätzliche Kosten verursacht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einmal durch Ertüchtigung der einzelnen Abscheider und zum anderen durch besonders günstige Hintereinander- und Parallelschaltung mehrerer Fliehkraftabscheider den Wirkungsgrad der Grobabscheider so zu verbessern, daß die bisher erforderlichen Feinabscheider eingespart werden können und sich damit das Bauvolumen und die Kosten der Dampferzeuger erheblich verringern.

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Die Erfindung besteht dabei darin, daß konzentrisch zu einem oberhalb des Dampferzeugers angeordneten und von unten nach oben durchströmten Axialzyklon mehrere von oben nach unten durchströmte und mit dem aus dem Axialzyklon abgeschiedenen Wasser beaufschlagte Gegenstromzyklone mit konzentrisch zu deren Tauchrohren angeordneten Einströmleitschaufeln vorgesehen sind und daß konzentrisch zum Axialzyklon und oberhalb desselben ein Drehströmungswirbler mit einem axialen unteren Einlaß für den aus dem Axialzyklon abströmenden Dampf und einem koaxial zum oberen Trockendampfauslaß angeordneten oberen Hilfsgaseinlaß für den aus den Gegenstromzyklonen abströmenden Dampf angeordnet ist.

Durch diese mehrstufige Trocknung des Dampfes und die Nachabschei- ψ dung des in dem primär abgeschiedenen Wasser noch enthaltenen Dampf wird erreicht, daß am Ende des letzten Fliehkraftabscheiders praktisch trockener Dampf erhalten wird, so daß zusätzliche Peinabscheider nicht mehr erforderlich sind.

Die Gegenstromzyklone können dabei außerhalb des Wirbelrohres des Axialzyklons derart angeordnet sein, daß die einlasse der Gegenstromzyklone etwa in Höhe des oberen Endes des Wirbelrohres verlaufen. Bei einer derartigen Anordnung ist es zweckmäßig, wenn die Wasserauslässe des Drehströmungswirblers im unteren Bereich der Gegenstromzyklone einmünden.

Ferner ist es möglich, daß die Gegenstromzyklone mit ihren Sinfe lassen innerhalb des Wirbelrohres des Axialzyklones im äußeren Bereich desselben angeordnet sind. Dabei können die Wasserauslässe der Gegenstromzyklone und des Drehströmungswirbler in einer gemeinsamen Wasserabführungsrinne enden.

Zur Nachtrocknung des aus den Gegenstromzyklonen abströmenden Dampfes sind zweckmäßigerweise die Tauchrohre dieser Gegenstromzyklone mit dem oberen Hilfsgaseinlaß des Drehströmungswirbler^, verbunden.

Um die Strömung in den einzelnen Fliehkraftabscheidern zu stabilisieren, ist es zweckmäßig, wenn der von den Leitschaufeln zur

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Drallanregung umgebene zentrale Strömungskörper des Axialzyklons auf seiner Oberseite mit einer angenähert konkaven Vertiefung versehen ist und wenn im unteren Bereich der Gegenstromzyklone koaxiale und nach oben offene schalenförmige Stabilisierungskörper für die sich in den Gegenstromzyklonen ausbildenden Tromben angeordnet sind.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Abscheider mit außerhalb des Axialzyklons angeordneten Gegenstromzyklonen und

Fig. 2 die Anordnung der Gegenstromzyklone innerhalb des Wirbelrohres des Axialzyklons.

Fach Fig. 1 ist im Dampferzeuger 1 oberhalb des vom Reaktorkühlmittel durchströmten U-Rohrbündel? 2 zunächst ein Axialzyklon 3 angeordnet, der von dem aus dem U-Rohrbündel 2 auis'■:eigenden Naßdampf beaufschlagt wird. Dieser Axialzyklon 3 besteht aus dem Wirbelrohr 4 und weist auf seiner Einlaßseite konzentrisch zu einem Strömungskörper 5 angeordnete Leitschaufeln 6 auf, die dem eintretenden Dampf-'iVasser-Gemisch einen Drall erteilen. Dadurch wird das eintretende Gemisch in rotation versetzt und das im Gemisch enthaltene Wasser an die Innenwandung des Wirbelrohres 4 geschleudert. Das abgeschiedene Wasser strömt dann an der Innenwandung des Wirbelrohres entlang nach oben und gelangt nach Umlenkung am oberen Ende des Wirbelrohres 4 in konzentrisch zum Axialzyklon 3 angeordnete legenstromzyklone 7. Gegenstromzyklone 7 bestehen aus einer zylindrischen Wirbelkammer mit einem axialen Tauchrohr 8 am oberen Ende und dieses Tauchrohr 8 konzentrisch umgebende EinlaSleitschaufeln 9, die dem eintretenden Gemisch einen Trail erteilen. Daξ über die Leitschaufel 9 eintretende Wasser mit einem Restdampfgehait wird durch die Fliehkraftwirkung nochmals in Wasser und Dampf getrennt, wobei das Wasser nach unten in den Wassersammelraum ¹O abläuft, während der Dampf über die axialen Tauchrohre 3 nach er en abströmt.

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^ ORKSINAL

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Zur Nachtrocknung des Dampfes aus dem Axialzyklon 3 und den Gegenstromzyklonen 7 ist oberhalb des Axialzyklones und konzentrisch dazu ein sogenannter Drehströmungswirbler 11 angeordnet. Ein derartiger Drehströmungswirbler weist einen unteren axialen Einlaß für das zu trennende Gemisch und einen dem axialen unteren Einlaß entgegengerichten Hilfsgaseinlaß im Wirbelkammermantel oder in der oberen Stirnseite auf. Das gereinigte Medium verläßt dann den Drehströmungswirbler auf der dem axialen Gemischeinlaß gegenüberliegenden Seite, während das abgeschiedene schwerere Medium durch einen Ringspalt koaxial zum axialen Gemischeinlaß abströmt.

Bei dem hier dargestellten Anwendungsfall strömt der Dampf aus dem Axialzyklon 3 von unten über die einen koaxialen Strömungskörper 12 umgebenden Leitschaufeln 13 in den eigentlichen Drehströmungswirbler 11 ein. Der aus den Gegenstromzyklonen 7 über die Tauchrohre 8 abströmende Dampf wird über einen das Auslaßrohr 14 für den getrockneten Dampf konzentrisch umgebenden Leitschaufelkranz 15 von oben in den Drehströmungswirbler 11 eingeführt. Das Wasser, das in dem aus dem Axialzyklon von unten zuströmenden Dampf noch enthalten ist, wird durch Wirkung der Fliehkräfte und der Schleppkräfte an die Innenwandung der Wirbelkammer 16 des Drehströmungswirblers 11 geschleudert und durch die über den Leitschaufelkranz 15 erzeugte und nach unten gerichtete Gegenströmung über einen konzentrisch zum unteren Einlaß 25 angeordneten Ringspalt 17 in einen Wassersammeiraum 18 ausgetragen. Von hier strömt das Wasser über Kanäle 19 in den unteren Bereich der Gegenstromzyklone 7· Der weitgehend getrocknete Dampf verläßt den Drehströmungswirbler 11 über das axiale Abzugsrohr 14 nach oben und kann von hier aus direkt den Turbinen zugeführt werden.

Zur Verbesserung der Abscheideleistung der einzelnen Fliehkraftabscheider sind die folgenden Maßnahmen getroffen.

Zunächst ist der zentrale Strömungskörper 5 des Axialzyklons 3 auf seiner Oberseite mit einer angenähert konkaven Vertiefung 20

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versehen, wodurch die sich im Axialzyklon 3 ausbildende Trombe, d.h. die Grenzschicht zwischen abgeschiedenem Wasser und gereinigtem Dampf im axialen Bereich des Zyklons in ihrer Lage stabilisiert wird. Dadurch ergeben sich definierte Strömungsverhältnisse in dem Axialzyklon, so daß ein Mitreißen von bereits abgeschiedenem Wasser durch den gereinigten Dampf verhindert wird.

Nach dem gleichen Prinzip sind in den Gegenstromzyklonen 7 entsprechende Stabilisierungsvorrichtungen 21 angeordnet. Diese bestehen dabei aus im unteren Bereich der Gegenstromzyklone 7 koaxial angeordneten und nach oben offenen schalenförmigen Stabilisierungskörpers 21. Auch hierdurch wird die sich in den Gegenstromzyklonen 7 ausbildende Trombe 22 stabilisiert und der Trombenfuß am unkontrollierten Wandern über den Querschnitt des Gegenstromzyklons gehindert. Durch diese Stabilisierungskörper 21 wird hierbei besonders ein Mitreißen des sich axial ausbildenden Dampfschlauches durch das ablaufende Wasser verhindert, so daß keine Verluste an bereits abgeschiedenem Dampf auftreten.

Zur Einstellung der erforderlichen Druckunterschiede in den einzelnen Abscheidern ist es ferner zweckmäßig, wenn im Gemischeinlauf 25 des Drehströmungswirblers 11 eine Blende 24 eingebaut ist.

In Fig. 2 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel dargestellt. Auch hierbei ist oberhalb des U-Rohrbündels 2 zunächst ein Axialzyklon 3 mit nachgeschaltetem Drehströmungswirbler 11 angeordnet. Dabei befinden sich jedoch die Gegenstromzyklone 7, in denen eine Fachreinigung des aus dem Axialzyklon 3 abgeschiedenen Wassers vorgenommen wird, mit ihren oberen Einlassen 9 innerhalb des Wirbelrohres 4 des Axialzyklones 3· Durch diese Bauform ist es möglich, den Durchmesser des Dampferzeugers 1 in seinem oberen Bereich zu verringern. Diese Einsparung ist besonders deutlich gegenüber dem durch die gestrichelte Linie 26 angedeuteten ursprünglichen Bauvolumen zu ersehen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mündet die Wasser-

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abführungsleitung 18 des Drehströmungswirblers 11 und der Wasserauslaß 27 der Gegenstromzyklone 7 in einer gemeinsamen Kammer 28, von der aus das Wasser dann zum unteren Bereich des U-Rohrbündels 2 zurückgeführt wird.

Auch hierbei weisen die einzelnen Fliehkraftabscheider die Stabilisierungsvorrichtungen in Form einer konkaven Vertiefung 20 am Strömungskörper 6 des Axialzyklones 3 und in Form der schalenförmigen Platten 21 in den Gegenstromzyklonen 7 auf.

Durch die beschriebene Kombination herkömmlicher Fliehkraftabscheider und den Einbau entsprechender Stabilisierungskörper zur Verbesserung der Abscheideleistung der einzelnen Abscheider- ψ einheiten wird allein durch diese Fliehkraftabscheider ein so ausreichend trockener Dampf erhalten, daß die bisher üblichen Feinabscheider eingespart werden können. Das ergibt ein geringeres Bauvolumen für die Dampferzeuger, sowohl in der Höhe als auch im Durchmesser, wodurch die Kosten erheblich gesenkt werden können.

9 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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( IJ Einrichtung zur Dampftrocknung in Dampferzeugern von Kernkraftwerken unter Verwendung von Pliehkraftabscheidern, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zu einem oberhalb des Dampferzeugers (2) angeordneten und von unten nach oben durchströmten Axialzyklon (3) mehrere von oben nach unten durchströmte und mit dem aus dem Axialzyklon (3) abgeschiedenen Wasser beaufschlagte Gegenstromzyklone (7) mit konzentrisch zu deren Tauchrohre (8) angeordneten Einströmleitschaufeln (9) vorgesehen sind und daß koaxial zum Axialzyklon (3) und oberhalb desselben ein Drehströmungswirbler (11) mit einem axialen unteren Einlaß (13) für den aus dem Axialzyklon abströmenden Dampf und einem koaxial zum Trockendampfauslaß (14) angeordneten oberen Hilfsgaseinlaß (15) für den aus den Gegenstromzyklonen (7) abströmenden Dampf angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstromzyklone (7) außerhalb des Wirbelrohres (4) des Axialzyklones (3) derart angeordnet sind, da2 die Einlasse (9) der Gegenstromzyklone (7) etwa in Höhe des oberen Endes des Wirbelrohres (4) verlaufen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserauslässe (18) des Drehstromungswirblers (11) im unteren Bereich der Gegenstromzyklone (7) einmünden.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstromzyklone (7) mit ihren Einlassen (9) innerhalb des Wirbelrohres (4) des Axialzyklons (3) im äußeren Bereich desselben angeordnet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserauslässe (26) der Gegenstromzyklone (7) und des Drehstromungswirblers (11) in einer gemeinsamen Wasserabführrinne (28) enden.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchrohre (8) der Gegenstromzyklone (7) mit dem oberen Hilfsgaseinlaß (1p) des Drehstromungswirblers (11)

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verbunden sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Einlaß (13) des Drehströmungswirbler (11) eine Blende (24) eingebaut ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der von den Leitschaufein (6) zur Drallanregeung umgebene zentrale Strömungskörper (5) des Axialzyklons (3) auf seine Oberseite mit einer angenähert konkaven Vertiefung (20) versehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich der Gegenstromzyklone (7) koaxiale und nach oben offene schalenförmige Stabilisierungskörper (21)

ψ für die sich in den Gegenstromzyklonen (7) ausbildenden Tromben (22) angeordnet sind.

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