DE2440965A1

DE2440965A1 - Dampferzeuger

Info

Publication number: DE2440965A1
Application number: DE2440965A
Authority: DE
Inventors: Jean Louis Andrieu; Yves Bonnet; Jean-Jacques Verdeau
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-08-28
Filing date: 1974-08-27
Publication date: 1975-03-13
Also published as: JPS5825921B2; GB1438925A; FR2242897A5; SE395534B; ES428617A1; JPS5063301A; SE7410851L; NL7410657A

Description

Patentanwalt

Dr. Hans Ulrich May

8München22
Thierachstr. 27-TeI. 2250 51

CP -492/1302 München, den 27. August 1974

B 491P»3 PG Dr₉M,/es

Commissariat ä I⁵Energie Atomique in Paris/Frankreich

Dampferzeuger

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger und zwar besonders von dem Typ, der eine Rohrplatte mit Bohrungen aufweist, an die die Enden eines Bündels von U-Rohren angeschlossen sind, durch die ein Primärfluid strömt und die außen von einem Sekundärfluide im allgemeinen Wasser, umströmt sind» das unter den Betriebsbedingungen des Dampferzeugers durch die vom Primärfluid durch die Rohrwände abgege-=» bene Wärme verdampft wird.

Genauer betrifft die Erfindung einen Dampferzeuger mit U-Rohren_p der einen Außenmantel mit senkrechter Achse aufweist» der durch eine waagrecht angeordnete Rohrplatte in zwei Bereiche unterteilt ist,,' nämlich aen ersten, unter der Platte gelegenen Bereich, in dem durch die Rohrplatte die U-Rohre münden und der durch eine Innenwand in eine Eintrittszone des Primärfluids und eine Austrittszone des durch die U-Rohre geströmten Primärfluids getrennt ist, und den zweiten Bereich^ der eine Ring-Sammelleitung für den Zutritt des Sekundärmediums und eine zylindrische innere Leitwand aufweist, welche das Bündel der U~Rohre umgibt und in ihrem oberen Teil oberhalb des Bündels durch eine Trenneinrichtung verlängert ist» die mit einer Ab-

509811/0313

leitung fttr den erzeugten Dampf verbunden ist. Das Sekundärfluid tritt am unteren Ende der Leitwand zwischen dieser und der Rohrplat-. te in den Raum zwischen den Rohren des Bündels ein und strömt zwischen den Rohren in Richtung der senkrechten Achse des Außenmantels.

Bei derartigen Dampferzeugern, wo das Sekundärfluid von der Peripherie des Bündels der U-Rohre eingespeist wird und der Rohrabstand im Bündel gleichbleibend ist, besonders im Netz der Bohrungen, welche die Rohre mit der Rohrplatte verbinden, zeigt die Erfahrung, daß das Sekundärmedium den Raum zwischen den Zweigen der Rohre nicht gleichmäßig durchdringt, sondern Unterschiede bestehen, besonders je nachdem die Zweige von dem aus der Eintrittszone unter der Rohrplatte kommenden heißen Primärfluid oder im Gegensatz dazu von dem durch Austausch mit dem sekundärfluid abgekühlten und zur Rohrplatte wid Ableitungszone zurückkehrenden Primärfluid durchströmt sind. Besonders zeigt sich, daß die Kühlung der im heißesten Mittelteil des Bündels gelegenen U-Rohre oft nicht ausreicht und das Sekundärfluid diese Rohre viel schwieriger erreicht als die an der Peripherie liegenden Rohre, Außerdem führt das Sekundärfluid trotz aller Vorsichtsmaßnahmen stets verschiedene Verunreinigungen mit, besonders Mineralsalze und Eisenoxid, welche bei der Verdampfung des Sekundärfluids durch Wärmeaustausch mit dem Primärfluid einen Schlamm bilden, der sich ebenfalls im Mittelbereich des Bündels an der Rohrplatte ablagert. Dieser Schlamm verringert den Kühllcoeffizienten der Rohre und kann durch Zersetzung im Dampf zur Bildung von das Metall der Rohre korrodierenden Verbindungen führen. Besonders kann diese örtliche Verdampfung des Sekundärfluids zur Entwässerung des dem Sekundärfluid zum Korrosionsschutz im allgemeinen zugesetzten Natriumphosphats führen, das sich dabei in Natriumhydroxid umwandelt , welches das Bündel der Rohre des Dampferzeugers sehr rasch

509811/Q313

schädigt. Schließlicft kann der aus dem Sekundärfluid ausfallende Schlamm, der sich auf der Rohrplatte ablagert, infolge des vorhandenens Bündels von Rohren nur schwer aus dem Dampferzeuger entfernt werden, was ebenfalls einen erheblichen Nachteil darstellt.

Die Erfindung bezweckt nun einen Dampferzeuger, der durch den Aufbau und die besondere Betriebsweise des Bündels von U-Rohren, die von der Rohrplatte getragen sind, die Nachteile der bisherigen Dampferzeuger dieser Art vermeidet, indem die erfindungsgemäße Anordnung eine Verbesserung des Kreislaufs des Sekundärfluids in dem vom heißen Primärmedium durchströmten Teil des Rohrbündels bewirkt, besonders in dem Bereich, welcher vom peripheren Zutrittsbereich des Sekundärfluids am weitesten entfernt ist, wobei die Anordnung außerdem den Einbau von einfachen und wirksamen Schlammabführungsvorrichtungen in diesen Teilen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Dampferzeuger der eingangs angegebenen Art, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die vom heißen Primärfluid durchströmten Zweige der U-Rohre mit einem größeren Abstand voneinander (größerer Netzkonstante) als die vom abgekühlten Primärfluid durchströmten Zweige der U-Rohre ange- · ordnet sind und in jeder der beiden Gruppen von Zweigen die Enden der U-Rohre des Bündels in der Rohrplatte mit einem in der Strömungsrichtung des Sekundärfluids radial zur Mitte der Platte hin abnehmenden Abstand voneinander verteilt sind*

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, im übrigen wird die Erfindung mit weiteren Einzelheiten und Vorteilen erläutert durch die folgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, die sich auf die beigefügten Zeichnungen beziehen« Hierin zeigens

- Pig» 1 schematisch im Längsschnitt eine erste AusfUhrungsform . des erfindungsgemäßen Dampferzeugers;

509811/0313

- Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie H-II der Pig. ij

"- Pig. 3 einen Teil eines Längsschnitts einer abgewandelten Ausführungsform des Dampferzeugers;

- Fig, 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3|

- Fig. 5 in größerem Maßstab einen Teil eines Schnitts einer anderen Variante.

In diesen verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 gezeigte Dampferzeuger 1 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Mantel 2 mit senkrechter Achse, der den Außenmantel des Dampferzeugers bildet und unten durch einen halbkugelförmigen Boden 3 geschlossen ist. An seinem gegenüberliegenden oberen Ende setzt sich der Mantel 2 in einem oberen Mantel 4 fort, der seinerseits durch einen oberen Dom 5 verschlossen ist. Der so gebildete Mantel des Dampferzeugers ist innen durch eine waagrechte Rohrplatte 6 in zwei Bereiche 7 und 8, die jeweils unterhalb und oberhalb der Platte β liegen, unterteilt. Im einen dieser Bereiche strömt das Primärfluid und im anderen davon getrennt das Sekmndärfluidi im allgemeinen Wasser, das im Dampferzeuger durch Erhitsung durch das Primärfluid in der weiter unten angegebenen Weise verdampft werden soll.

Der unterhalb der Rohrplatte 6 liegende Bereich 7 ist durch eine Querwand 9 unterteilt, die sich im gezeigten Beispiel senkrecht zur Platte 6 und auch senkrecht zur Figurenebene erstreckt und in diesem Bereich 7 zwei Abteilungen 10 und 11 begrenzt, in denen die Zuleitung 12 und Ableitung 13 des Primärfluids münden. Dieses wird in den Dampferzeuger mit einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur eingeleitet und strömt durch die Rohrplatte β in U-Roh-

509811/0313

re 14» deren Enden durch in der Rohrplatte vorgesehene und in ihr zweckmäßig verteilte Bohrungen geführt sind, sodaß sich die U-Rohre im wesentlichen im oberen Bereich 8 des Mantels befinden, wo das Primärfluid seine Wärme an das Sekundärfluid abgibt. Jedes der U-Rohre 14 weist zwei Zweige oder Schenkel 15 und 16 auf, die an ihrem oberen Ende durch einen gebogenen Teil 17 verbunden sind. In der Zeichnimg bildet der Schenkel 15, durch den das Primärfluid in das Rohr eintritt, den heißen Zweig desselben, während der Zweig 16, durch den das gleiche Primärfluid aus dem Rohr in die Abteilung 'si gelangt, den kalten Zweig des gleichen Rohrs bildet.

Das Sekundärfluid tritt in den Innenraum des Außenmantels des Dampferzeugers durch eine Ziileitung 18 ein, welche im oberen Mantel 4 mündet und sich dort in einem ringförmigen Verteilerrohr 19 fortsetzte durch den das Sekundärfluid, im allgemeinen Wasser ₉ in den oberen Bereich 8 ausströmen kann» In diesem ist rings um das Bündel der U-Rohre 14 eine zum. Mantel 2 koaxiale zylindrische Leitwand 2.0 angeordnet^ deren unteres Ende 21 sich etwas oberhalb der Rohrplatte 6 befindet, ohne diese zu berühren, sodaß das vom 3/erteiler 19 kojnrnende Sekundärfluid in dem zwischen der Leitwand 20 und dem Mantel 2 liegenden Ringraum nach unten geleitet wird und unter dem Unterende der Leitwand 20 in den die U-Rohre 14 enthaltenden Raum gelangt, wo es in Berührung mit deren Zweigen 15 und 16 kommt, Vorteilhafterv/eise wird das Bündel von Rohren 14 durch eine Reihe von im linieren der Leitwand 20 montierten Abstandshalteplatten 23 in seiner Lage festgehalten und vor allesi vor Vibrationen geschützt, wobei die Abstandshalterplatten durchbrochen oder noch besser ver« setzt angeordnet sind und die verschiedenen Rohre im bestimmten Abstand voneinander halten, ohne den aufsteigenden strom des Sekundär«* mediums zu behindern« Der Vorteil von als Prallplatten versetzten

50981 1/0313

Abstandshaltern ist, daß sie ein Rühren der Emulsion des Sekundärmediums und damit eine bessere Homogenisierung der Temperaturen des Sekundärmediums sowohl im Bereich des heißen Zweigs als auch des kalten Zweigs des Rohrbündels bewirken.

Das SskmiGärfliiid verdampft in Berührung mit den Rohren 14 durch. \'W.Tnc~Bvstausch, mit dem in diesen strömenden Primärfluid und gelangt ■ anschließend durch eine die Leitwand 20 fortsetzende obere Ringwand 24 in dia Zyklone 25, die den erzeugten Dampf durch Durchlässe 27 In einer, oberen Endbereich 26 des Dampferzeugers leiten, der eine Anordnung 28 mit an sich üblichen Trocknereinheiten 29 enthält, in denen der Dampf von eventuell mitgerissenen Plüssigkeitströpfchen befreit wird» Der trockene Dampf entweicht schließlich aus dem Dampferzeuger durch eine in dessen oberem Dom 5 vorgesehene Austrittsöffnung 3O₉ während der gegebenenfalls abgetrennte flüssige Teil in einem unteren Sammler 31 aufgefangen wird.

Wie Fig. 2, ein Querschnitt des unteren Teils des betrachteten Dampf« erzeugers, klarer zeigt, ist das Bündel der U-Rohre 14 so ausgebildet imd angeordnet, daß der Netzabstand, also der Abstand der Endan der heißen Zweige 15 der Rohre, wo sie in die Rohrplatte 6 eintreten ₈ wesentlich größer ist als der Netzabstand der Enden der kalten Zweigs 16 in der gleichen Rohrplatte. In diesem Fall ist wegen der Unsymmetrie der Gitterkonstanten die Trennwand 9 im Bereich 7 unter der Rohrplatte β in der Zeichnung nach links versetzt, sodaß die heißen Zweige 15 der U-Rohre einen insgesamt wesentlich größeren Bereich einnehmen als der Bereich der kalten Zweige 16.

Unter diesen Bedingungen verteilt sich das in das Bündel von Rohren 14 vom Swiscfeenraum 22 zwischen der Leitwand 20 iind dem Außenmanfcel

S. eintretende und unter dem unteren Ende 21 der Leitwand hindurch-

BAD ORIGINAL

509811/0313

tretende Sekundärfluid im Bündel der heißen Zweige 15 der Rohre 14 wirksamer und erreicht alle beliebigen Rohre-, besonders auch die im Mittelbereich des Bündels liegenden Rohre, ohne Gefahr einer zu plötzlichen örtlichen Verdampfung. Daraus ergibt sich eine bessere Gesamtkühlung des Rohrbündels und besonders eine Vermeidung von Gefahren einer nicht homogenen Verdampfung des^ V7assers, wodurch auch die Entwässerung der im Wasser vorhandenen Produkte vermieden wird, besonders des im allgemeinen zur Verringerung der Rohrkorrosion zugesetzten Natriumphosphats. Im übrigen sammeln sich die im Sekundärfluid enthaltenen Verunreinigungen, die während des Betriebs in feste Schlammablagerungen umgewandelt werden, durch Schwerkraft an der oberen Oberfläche der Rohrplatte 6, von wo sie leicht abgesogen werden können. Infolge des erheblichen Abstands der heißen Zweige 15 des RohrbUndels voneinander sind in diesem Teil des Rohrbündels genügend große Querschächte ausgebildet, welche das Einsetzen von Absaugrohren 33 ermöglichen, welche mittels einer Dichtung 34 durch den Außenmantel 2 zu einer Leitung 35 führen, die zu einem nicht gezeigten Abscheider führt, wohin der Schlamm abgesaugt wird. Bs sei bemerkt, daß in den Schächten zwischen den kalten Zweigen. 16 der U-Rohre ebenfalls Schlammabsaugrohre 33a angeordnet werden können, obgleich sich in diesen Bereichen weniger Schlamm als zwischen den heißen Zweigen abscheidet.

In dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Beispiel ist das Bündel der U-Rohre so ausgebildet, daß die Rohre insgesamt in einer Reihe von parallelen senkrechten Ebenen angeordnet sind, die sich besonders senkrecht aur Richtung der Trennwand 9 erstrecken«, In der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Abwandlung sind die U-Rohre 14 im Bündel längs Radialebenen verteilt, wobei die heißen Zweige 15 der U-Rohre 14 mit genügendem Abstand voneinander im Mittelbereich der Rohrplat-

509811/0313

te, die kalten Zweige 16 dagegen in einem den Mittelbereich umgebenden Ringbereich mit einem geringeren Abstand voneinander angeordnet sind. In diesem Fall ist die unter der Rohrplatte zum Abgrenzen der Eintritts- und Austrittsbereiche des Primärfluids vorgesehene Trennwand 9a zylindrisch!, wobei das Primärfluid im Mittelbereich 10a durch eine Zuleitung 12a eingeleitet und im Randbereich 11a durch die Ableitimgen 13a und 13b abgeführt wird· Bei dieser Variante wird der im Sekundärfluid gebildete und auf die obere Fläche der Rohrplatte 6 absinkende Schlamm durch Saugrohre 36 abgesaugte die in diesem Fall nicht waagrecht, sondern senkrecht zwischen den Rohren, und zwar sowohl im Bereich der heißen wie der kalten Zweige der Rohre verlaufen.

Schließlich zeigt Fig. 5 eine Variante, die sich unmittelbar von der Ausführungsform der Fig. 3 ableitet. Hier ist im Bündel der heißen Zweige 15 der U-Rohre 14 ein Strahlfördersystem vorgesehen, das aus einem Tauchrohr 37 besteht, das an seinem unteren Ende 38 in der Nähe der Rohrplatte 6 offen ist und in seinem oberen Teil eine konvergierende-divergierende Verengung 39 aufweist, in der das Ende einer Zuleitung 40 mündet, welche in die Verengung des Tauchrohrs Emulsion des Sekundärfluids aus der Gegend des oberen Endes des Bündels der Rohre mit hineinreißt.

509811/0313

Claims

Patentansprüche

Dampferzeuger mit einer Rohrplatte mit Bohrungen,, an die die Enden eines Bündels von U-Rohren angeschlossen sind, die von einem Primärfluid durchströmt und außen von einem Sekundärfluid umströmt sind, dadurch gekennzeichnet , daß die vom heißen Primärfluid durchströmten Zweige (15) der U-Rohre mit einem größeren Abstand voneinander (größerer Netzkonstante) als die vom abgekühlten Primärfluid durchströmten Zweige (16) der U-Rohre angeordnet sind und in jeder der beiden Gruppen von Zweigen (15»16) die Enden der U-Rohre (14) des Bündels in der Rohrplatte (6) mit einem in der Strömungsrichtung des Sekundärfluids radial zur Mitte der Platte hin abnehmenden Abstand voneinander verteilt sind»

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-Rohre (14) des Bündels in parallelen Ebenen angeordnet sind, wobei die vom heißen Primärfluid durchströmten Schenkel der Rohre seitlich in einer in der Ebene dieser Rohre liegenden Richtung von«- einander entfernt sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-Rohre (14) in radialen Ebenen angeordnet sind, wobei die vom heißen Primärfluid durchströmten Schenkel (15) in einem Mittelbereich der Rohrplatte (6) angeordnet sind, die von einem Randbereich, der die vom abgekühlten Primärfluid durchströmten Schenkel (16) enthält, umgeben ist.

4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom heißen Primärfluid durchströmten Schenkel (15) der U-Rohre Querkorridore begrenzen, in denen Saugleitungen (33) verlaufen, welche in der Nähe der Rohrplatte (6) münden, um den im Sekundärfluid gebildeten und auf die Rohrplatte (6) abgesunkenen

50981 1/0313

Schlamm abzusaugen.

5* Dampferzeuger nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß in den Querkorridoren eine zusätzliche Strömung von Sekundärfluid durch Tauchrohre (37) erzeugt wird, die senkre-cht zwischen mindestens einigen der ü-Rohre (14) angeordnet sind und an ihrem der Rohrplatte (6) entgegengesetzten Ende mit einer als Strahlpumpe wirkenden Verengung (39) und Zuleitung (40) zusammenwirken, welche im Strahlgemisah im oberen Teil des Bündels abgenommenes erwärmtes Sekundärfluid nach unten fördert.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gekennzeichnet durch Abstandshalterplatten (23), welche die U-Rohre (14) jeweils eines kleinen Teils des Bündels in einem Abstand voneinander halten und dabei versetzt zueinander angeordnet sind, sodaß die um die beiden Schenkel (15,16) der U-Rohre des Bündels strömende Emulsion des Sekmidärfluids umgelenkt und dadurch durchmischt wird.

509811/0313