DE2315381A1 - Cyclone to disengage water from steam - having central vortex intensifier to improve separation - Google Patents
Cyclone to disengage water from steam - having central vortex intensifier to improve separationInfo
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Abstract
Description
Zyklon Dampf/Flüssigkeitsgemische, insbesondere Dampf/Wasser-Ge maische, bei denen die flíssigkeit die tragende Phase darstellt, müssen aus bestimmten Gründen häufig so getrennt werden, daß die abströmende Flüssigkeit möglichst dampfblasenfrei ist. Cyclone vapor / liquid mixtures, especially steam / water mixtures, in which the liquid is the load-bearing phase, must for certain reasons are often separated in such a way that the outflowing liquid is as free of vapor bubbles as possible is.
Einrichtungen, die eine derartige Trennung bewerkstelligen, werden Dampfabscheider genannt, im Gegensatz zu den Wasserabscheidern - auch Dampftrockner genannt - die aus einem Dampf- Flüssigkeits-Gemisch mit überwiegendem Dampfgehalt die Wassertröpfchen entfernen sollen.Facilities that accomplish such a separation will be Called a steam separator, in contrast to the water separator - also called a steam dryer called - which from a steam Liquid mixture with predominant Steam content which should remove water droplets.
Dampfabscheider (die sich auch zur Trennung eines Gas/ Flüssigkeitsgemisches eignen) sind in vielen Ausführungen bekannt geworden. Sie haben erhebliche Bedeutung bei Siedewasserreaktoren. Zu dem Aufbau und den Vorzügen der einzelnen Abscheidertypen sowie bezüglich der Grunde für den Einsatz bei Siedewasserreaktoren sei auf den Aufsatz: J. Vollradt "Dampfabscheidung bei Siedewasser- und Siede-2berhitzerreaktoren", erschiebenen in "Technische Überwachung" 9 (1968) 2, Seite 46 - 50 hingewiesen.Vapor separator (which is also used to separate a gas / liquid mixture suitable) have become known in many designs. They are very important in boiling water reactors. About the structure and advantages of the individual separator types and with regard to the reasons for use in boiling water reactors, refer to the Article: J. Vollradt "Vapor separation in boiling water and boiling 2 superheater reactors", published in "Technical Monitoring" 9 (1968) 2, pages 46-50.
Wie die vorstehende Arbeit erkennen läßt, haben von allen Abscheidertypen, insbesondere bei Siedewasserreaktoren die Zyklone eine besondere Bedeutung erlangt, insbesondere diejenigen, bei denen das gesamte zu trennende Zweiphasengemisch abwärts strömt (Fallzyklon). Ein derartiger Fallzyklon ist in der Fig. 1 im Prinzip dargestellt und soll näher erläutert werden. Das zu trennende Gemisch strömt von einem Gemischsammelkasten durch das Einströmteil 1 in das Separationsrohr 2, das an Ende ein Wasserabströnteil, bestehend aus der Schürze 3 und dem Drosselteil 4 besitzt. Itttels eines Drallkörpers 5 (Leitschaufelgitter) wird dem Gemisch ein-Drall aufgezwungen. Durch die auftretenden Zentrifugalkräfte wird der Dampf vom Wasser getrennt. Das Wasser strömt nach unten ab, während der Dampf, der sich in der Zyklonachse unterhalb des Drallkörpers sammelt und dabei einen sogenannten "Dampfzopf" bildet, mittels eines Entnahmerohres 7, an das sich ein Diffusor 8 und ein geZnicktes Abströmteil 9 anschließt, über den Wasserspiegel gefblirt wird.As the above work shows, of all types of separators, Cyclones are of particular importance in boiling water reactors in particular, especially those where the entire two-phase mixture to be separated is down flows (falling cyclone). Such a falling cyclone is shown in principle in FIG and should be explained in more detail. The mixture to be separated flows from a mixture collecting box through the inflow part 1 into the separation pipe 2, which has a water outflow part at the end, consisting of the skirt 3 and the throttle part 4. It means of a swirl body 5 (guide vane grid) the mixture is forced into a twist. Through the occurring Centrifugal forces separate the steam from the water. The water flows down while the steam that collects in the cyclone axis below the swirl body and thereby forms a so-called "steam braid" by means of an extraction pipe 7, which is followed by a diffuser 8 and a bent outflow part 9, via the Water level is faded.
Die Entnahme hat bei den verschiedenen möglichen Teillastzuständen unterschiedliche Wirksamkeit. Da sie in jedem Lastsustand im Bereich der turbulenten Strömung erfolgen wird, besteht die Neigung zum Mitriß von Restfeuchte. Die Trennung im Zyklon geschieht also nicht vollständig, so daß in nachgeschalteten Apparaten (Dampftrocknern) der Ab scheidegrad auf geforderten Wert erhöht werden muß.Withdrawal has to do with the various possible partial load conditions different effectiveness. Since they are in the turbulent area in every load condition If there is a flow, there is a tendency for residual moisture to be carried away. The separation in the cyclone does not happen completely, so that in downstream apparatus (Steam dryers) the degree of separation must be increased to the required value.
Es ist bekannt, hinter den Dampfentnabmerohren innerhalb des Druckgefässe s einen gemeinsamen Prallblechwasserabscheider (Haupttrockner) vorzusehen (Kernkraftwerk Würgassen). Dieser Abscheider besitzt zwar einen guten Abscheidegrad, jedoch ist sein Volumen relativ groß, was eine entsprechende Vergrößerung des Druckgefäßes mit sich bringt. Man ist jedoch aus-Kosten-und Sicherheitsgründen bestrebt, das Druckgefäß so klein wie möglich zu halten.It is known to be behind the steam extraction pipes inside the pressure vessel s to provide a common baffle plate water separator (main dryer) (nuclear power plant Würgassen). Although this separator has a good degree of separation, it is its volume is relatively large, resulting in a corresponding enlargement of the pressure vessel brings with it. However, for reasons of cost and security, efforts are made to achieve this Keep the pressure vessel as small as possible.
Es sind daher bereits Lösungen bekannt geworden, an jedem Dampfentnahmerohr eine kleine Trocknereinheit anzubringen, die den Dampf aufgrund eines Zentrifugalfeldes vortrocknet, d. h.Solutions have therefore already become known, on every steam extraction pipe a small dryer unit to be attached, the steam due to a centrifugal field pre-drying, d. H.
das Wasser ausschleudert. So erfährt bei dem bekannten Zyklon nach Fig. 1 der mit Restfeuchte behaftete Dampf in dem Diffusor 8 eine Verminderung seiner Strömungsgeschwindigkeit. Im geknickte Abströmteil 9 wird dadurch ein auf ZentrifugalIrkung beruhender Trennungseffekt ermöglicht, indem mitgerissene Flüssigkeitsteilchen gegen die obere Wand geschleudert und durch die aufwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit als Film entlang der Wandfläche nach oben getrieben werden.the water is thrown out. So learns about the well-known cyclone Fig. 1, the steam containing residual moisture in the diffuser 8, a reduction of its Flow velocity. In the bent outflow part 9 there is a centrifugal force more based Separation effect made possible by entrained liquid particles thrown against the upper wall and by the upward flow velocity be propelled upwards as a film along the wall surface.
Dieser Trennungseffekt ist jedoch wirkungslos, wenn die beiden getrennten Phasen-wie in Fig. 1 dargestellt - am Zyklonaustritt in einer gemeinsamen Richtung umgelenkt und somit wieder vermischt werden.However, this separation effect is ineffective if the two separate Phases - as shown in Fig. 1 - at the cyclone outlet in a common direction diverted and thus mixed again.
Es ist auch bekannt, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, indem der sich in der Nähe der Rohrwandung sammelenden dichteren flüssigeren - und dadurch trägeren - Phasen eine andere Richtung aufgezwungen wird als der sich im wesentlichen im Rohrzentrum sammelnden dampfförmigen Phase. Dies geschieht gemaß der DD-OS 1 906 657 dadurch, daß das Dampfabströnteil des Zyklons mit einer Halbkugelkappe verschlossen ist und am Abströmtei'ende Öffnungen zur Dampfentnahme vorgesehen sind.It is also known to avoid this disadvantage by using the denser, more liquid ones that collect near the pipe wall - and thereby more inert - phases a different direction is imposed than the one essentially vapor phase collecting in the tube center. This is done in accordance with DD-OS 1 906 657 in that the steam outlet part of the cyclone is closed with a hemispherical cap and openings for steam extraction are provided at the outlet end.
Diese Methode zur Dampftrocknung bestitzt jedoch den Nachteil, daß durch die Vorrichtungen, die das Gemisch bzw. das abgeschleuderte Wasser umlenken, ein relativ großer Druckverlust im Dampfpfad entsteht.However, this method of steam drying has the disadvantage that through the devices that divert the mixture or the thrown off water, there is a relatively large pressure loss in the steam path.
Es sind daher bereits auch andere Methoden bekanntgeworden, die den Restdrall im Dampfpfad zum Ausschleudern des Wassers ausnutzen. So ist aus der D-OS 1 952 595 (Fig. 2) ein Zyklon bekanatgeworden, bei dem im Dampfentnahmerohr zur Vertrocknung asserfilDschälvorrichtunben, sogenannte Abstreifer, vorgesehen sind. Der Dampf verlust den Zyklon ber das Dampfentnahmerohr mit einem gewissen Restdrall. Aufgiund der Zentrifugalkräfte werden Wassertröpfchen an die Rohrwand geschleudert und dort von den überstehenden Rauten der Äb streifer abgeschält Dieser bekannte Zyklon besitzt folgende Nachteile. Der erste Abstreifer entzieht dem Dampf den Wasserfilm von der Rohrwand und wasserreiches Gemisch aus der Randzone. Die Wirkung dieses Abstreifens genügt nicht, um kleinste Wassertröpfchen aus der Dampfkernströmung zu entziehen, d. h. die Dampffeuchte auf den erforderlichen Wert zu reduzieren. Dies kann auch nicht durch den 2, Abstreifer erreicht werden, weil der Restdrall des Dampfes nach oben hin immer mehr abnimmt.There are therefore already known other methods that the Use the residual twist in the steam path to eject the water. So is from the D-OS 1 952 595 (Fig. 2) has become a cyclone in which in the steam extraction pipe for Drying-out water-film peeling device, so-called scraper, is provided are. The steam loses the cyclone via the steam extraction pipe with a certain residual twist. Due to the centrifugal forces, water droplets are hurled against the pipe wall and there peeled off the protruding rhombuses of the abbreviation This well-known Cyclone has the following disadvantages. The first wiper removes the film of water from the steam from the pipe wall and water-rich mixture from the edge zone. The effect of this Wiping it off is not enough to remove the smallest water droplets from the steam core flow to withdraw, d. H. to reduce the steam moisture to the required value. This cannot be achieved with the 2nd scraper either, because the residual twist of the steam decreases more and more towards the top.
Auch eine beliebige Anzahl von Abstreifern gemäß der genannten DT-OS verbessert daher den Wirkungsgrad der Dampftrocknung nicht über einen bestimmten Wert hinaus. hinzu kommt, daß die Dampffeuchte mit abnehmender Last, also im Teillastbereich, wieder stark zunimmt, weil entsprechend dem geringeren Dampfdurchsatz auch der Restdrall verringert ist.Any number of wipers in accordance with the DT-OS mentioned therefore does not improve the efficiency of the steam drying beyond a certain level Value addition. In addition, the steam moisture with decreasing load, i.e. in the partial load range, again increases sharply because the residual swirl also corresponds to the lower steam throughput is decreased.
Es ist verständlich, daß die vorstehenden Ausführungen zur Trennung eines Gas-Flüssigkeitsgemisches entsprechend bei der Trennung eines Gas-Feststoffgemisches Anwendung finden können.It will be understood that the foregoing discussion of separation a gas-liquid mixture corresponding to the separation of a gas-solid mixture Can find application.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Zyklon zur Trennung von Gas-Flüssigkeits- oder Gas-Feststoffgemischen mit einem Rohr zur Entnahme der getrennten Gaskomponente, und mit mindestens einem an diesem Rothr angebrachten Abstreifer zur Abschälung der aufgrund des Restdralles an die Rohrwand geschleuderten Restflüssigkeit-oder Restfeststoffkomponente diesen Zyklon so zu verbessern, daß der Wirkungsgrad der Austreibung der Restflüssigkeits-bzw. Restfesstoffocponente generell und insbesondere im Teillastbereich verbessert wird.The invention is therefore based on the object, starting from a Cyclone for the separation of gas-liquid or gas-solid mixtures with a Tube for removing the separated Gas component, and with at least a scraper attached to this rothr for peeling off the residual twist Residual liquid or residual solid component thrown against the pipe wall these To improve the cyclone so that the efficiency of the expulsion of the residual liquid or. Residual solids component is generally improved, especially in the partial load range.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß in dem Entnahmerohr vor den Abstreifer ein Drallverstärker vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention in that a swirl intensifier is provided in the extraction pipe in front of the scraper.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme gelingt nunmehr auch die Abscheidung aus der Kernströmung bzw. ist der Drall auch im Teillastbereich noch so groß, daß ein ausreichender Abscheidegrat erzielt werden kann.The measure according to the invention now also enables the deposition from the core flow or the swirl is still so great even in the partial load range that a sufficient degree of separation can be achieved.
In manchen Fällen ist es notwendig, den Druckverlust im Gaspfad möglichst gering zu halten. Der zusätzliche Druckverlust von Draliverstärkern kann verringert werden, wenn der schon vor dem Drallverstärker zur Rohrwand verdrängte Tropfen- oder Teilchenanteil des Gemisches abgeschält wurde, so daß die äquivalente spezifische Dichte entsprechend kleiner wird.In some cases it is necessary to reduce the pressure loss in the gas path as much as possible to keep it low. The additional pressure loss of twist amplifiers can be reduced if the droplet already displaced to the pipe wall in front of the swirl intensifier or particle fraction of the mixture has been peeled off so that the equivalent specific Density becomes correspondingly smaller.
Zweckmäßig besteht der Drallverstärker aus einem auf eine Nabeaufgebrachten Schaufelgilter. Bei einem Dampf/Wassergemilch tritt dabei zusätzlich folgender Effekt auf. Die bennetzten Flächen der Schaufeln und der Nabe des Drallverstärkers haben einen Tropfenvergrößerungseffekt, d. h. kleinste Tröpfchen schlagen auf diese Flächen, akkkumulieren zu einem Film, der in Strömungsrichtung über diese Flächen geschleppt wird. An der Hinterkante dieser Flächen werden Wassertropfen mit größerem Durcmesser abgerissen, die mit Hilfe der Zentrifugalkräfte leicbter an die Entnahmerohrwand transportiert werden können. Der Tropfenvergrößerungseffekt kann verbessert werden, in dem vor dem Drallverstärker ein Drahtgeflecht eingesetzt wird. Von diesem Drahtgeflecht.The swirl intensifier expediently consists of one attached to a hub Shovel filter. In the case of steam / water-based milk, the following effect also occurs on. The wetted surfaces of the blades and the hub of the swirl intensifier to have a droplet enlarging effect, d. H. tiny droplets hit these surfaces, accumulate into a film that is dragged in the direction of flow over these surfaces will. At the rear edge of these surfaces there are water droplets with a larger diameter demolished, which with the help of centrifugal forces easier to attach to the extraction pipe wall can be transported. The droplet enlarging effect can be improved, in which a wire mesh is used in front of the swirl intensifier. From this wire mesh.
lösen sich Wassertropfen, die etwa einen Durchmesser haben, der den Drahtdurchmesser entspricht. Dieses Drahtgeflecht dient damit auch der Vergleichmaßigung des Tropfenspektrums.water droplets are released that have a diameter that corresponds to the Wire diameter corresponds. This wire mesh is also used for the purposes of standardization of the drop spectrum.
Das Drahtgeflecht verhindert dabei auch, daß der Wirkungsgrad bei großen Dampfgeschwindigkeiten nicht durch Zerschlagen der Wassertröpfchen begrenzet wird, indem das Unterschreiten einer kleinsten Tropfengröße verhindert wird. Der Drallverstärker hat somit zwei Funktionen. Einmal wird durch eine Verstärkung der Zentrifugalkräfte eine verstärkte Ansaninlung der Wassertröpfchen in der Randzone des Entnahmerohres erreicht, die dann durch einen Abstreifer entzogen werden und zum anderen wird durch einen Tropfenvergrößerungseffekt die hbscheidung günstig beeinflußt. Anhand eines in der Figur 2 dargestellten Ausftrungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.The wire mesh also prevents the efficiency at high steam velocities are not limited by smashing the water droplets by preventing the drop size from falling below the smallest possible size. Of the Swirl intensifier thus has two functions. Once through a reinforcement of the Centrifugal forces increase the accumulation of water droplets in the edge zone of the extraction pipe, which are then removed by a stripper and on the other hand, a droplet enlargement effect makes the separation favorable influenced. On the basis of an exemplary embodiment shown in FIG the invention explained in more detail.
Das Ausführung£'beispiel bezieht sich auf eine Ausführungsform, bei den auf das Dampfentnahmerohr 7, in das der Dampf von unten einströmt, ein erster Abstreifer 10 angebracht ist. Oberhalb dieses Abstrei;£ers 10 befindet sich ein Drahtgeflecht 11. Amschließend folgt der Draliverstärker 12 mit etwa 6 bis 8 Schaufeln, die auf eine Nabe 13 aufgebracht sind. Oberhalb des Drallverstärkers ist ein zweiter Abstreifer 14 vorgesehen, der einen definierten Abstand zum Abstreifer 10 besitzt.The embodiment £ 'example relates to an embodiment in the one on the steam extraction pipe 7, into which the steam flows from below, a first Stripper 10 is attached. Above this scrape; £ ers 10 is a Wire mesh 11. Then the twist amplifier 12 follows about 6 to 8 blades attached to a hub 13. Above the swirl intensifier a second wiper 14 is provided, which is a defined distance from the wiper 10 owns.
Der erste Abstreifer 10 dient, wie bereits erwähnt, dazu, daß bereits vor dem Drallverstärker die zur Rohrwand verdrängten Tropfenanteile des Gemisches abgeschält werden, so daß der Druckverlust im Dampfpfad möglichst gering gehalten werden kann. Das nachgeschaltete Drahtgeflecht 11 dient zum Tropfenvergrößern und zum Tropfenspektrumvergleichmäßigen, was sich aus den eingangs erläuterten Gründen günstig auf den Abscheidegrad auswirkt. Während der erste Abstreifer 10 dem Dampf den Wasserfilm von der Rohrwand bzw. wasserreiches Gemisch aus der Randzone entzieht, werden mit Hilfe des zweiten Abstreifers 14 dieåenigen Wassertröpfchen aus dem Dampf entfernt, die durch Verstärkung der Zentrifugalkräfte in der Randzone des Dampfrohres angesammelt wurden. Darunter befinden sich auch kleinste Wassertröpfchen aus der Dampfkernströmung.The first wiper 10 serves, as already mentioned, that already in front of the swirl intensifier, the droplet fractions of the mixture displaced towards the pipe wall peeled off so that the pressure loss in the steam path is kept as low as possible can be. The downstream wire mesh 11 is used to enlarge the droplets and to equalize the drop spectrum, which is due to the reasons explained at the beginning has a favorable effect on the degree of separation. While the first scraper 10 the steam withdraws the water film from the pipe wall or the water-rich mixture from the edge zone, With the help of the second wiper 14, the water droplets are removed from the steam removed by increasing the centrifugal forces in the edge zone of the steam pipe were accumulated. There are also tiny water droplets from the Core steam flow.
Die Abscheidewirkung ist auch bei Teillast vorhanden, da nunmehr der Dampf einen genügenden Restdrall bekommt.The separation effect is also present at part load, since now the Steam gets a sufficient residual twist.
Die axial nach oben relativ weit ausgedehnte Nabe 13 des Drallverstärkers 12 hat zusätzlich den Effekt, daß das Dampfgemisch aus der Rohrmitte verdrängt wird, was die Trocknung der Kernströmung im Dampfentnahmerohr zusammen Mit der Vergrößerung des Dralls fördert.The hub 13 of the swirl intensifier, which extends axially upward relatively widely 12 also has the effect that the steam mixture from the center of the pipe is displaced, which is related to the drying of the core flow in the steam extraction pipe With the increase of the twist promotes.
Die Winkel α1 und α2 bestimmen im wesentlichen die Umlenkung des eintretenden Gemisches und damit auch die Separation. Zweckmäßig ist es, wenn sich an einen Kreisbogen der Schaufel eine parallele Führung eines Gemisches anschließt. Derartige Eonstruktionen sind im Turbinenbau an sich bekannt.The angles α1 and α2 essentially determine the deflection of the incoming mixture and thus also the separation. It is useful when a parallel guide of a mixture is connected to a circular arc of the shovel. Such constructions are known per se in turbine construction.
Die Erfindung bewirkt also eine Verbesserung der Wasserabscheidung aus dem Dampfstrom an sich und zum anderen eine Erweiterung des Bereiches guter Dampftrocknerwirkung.The invention thus brings about an improvement in the separation of water from the steam flow per se and, on the other hand, an expansion of the range of good Steam dryer effect.
Wie praktische Versuchsergebnisse zeigen, ist man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Zyklons dem Ziel, die Dampftrocknung bereits im Dampfabscheider vorzunehmen, schon wesentlich näher gekommen. Die Abscheidewirkung ist dabei so gut, daß die Bauhöhe des eingangs erwähnten, aus Prallblechen bestehenden Raupttrockners stark verringert werden kann, bzw.As practical test results show, one is with the help of the invention Cyclones aim to dry the steam in the steam separator came much closer. The separation effect is so good that the overall height of the above-mentioned main dryer consisting of baffle plates is greatly reduced can be, or
daß dieser sogar u. U. ganz entfallen kann. Dies würde eine Verkleinerung des Druckgefäßes ermöglichen, womit Kosten und Sicherheitsvorteile verbunden sind.that this can even be omitted under certain circumstances. This would be a downsizing allow the pressure vessel, which costs and safety advantages are associated.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE19732315381 DE2315381A1 (en) | 1973-03-28 | 1973-03-28 | Cyclone to disengage water from steam - having central vortex intensifier to improve separation |
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Publications (1)
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| DE2315381A1 true DE2315381A1 (en) | 1974-10-10 |
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ID=5876156
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|---|---|
| DE (1) | DE2315381A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5446209A (en) * | 1987-09-01 | 1995-08-29 | Exfluor Research Corporation | Spherical perfluoroethers |
-
1973
- 1973-03-28 DE DE19732315381 patent/DE2315381A1/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5446209A (en) * | 1987-09-01 | 1995-08-29 | Exfluor Research Corporation | Spherical perfluoroethers |
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