DE2751297A1 - CENTRIFUGAL STEAM WATER SEPARATOR FOR STEAM GENERATORS - Google Patents
CENTRIFUGAL STEAM WATER SEPARATOR FOR STEAM GENERATORSInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Zentrlfugal-Dampf-Wasserabscheider für Dampferzeuger, insbesondere für Naturumlauf-Dampferzeuger von Kernreaktoranlagen, mit einem im wesentlichen hohlzylindrischen Gehäuse, einer im Inneren des Gehäuses angeordneten, sich in Strömungsrichtung konisch verengenden Wirbelkammer, einem über einen Drallschaufelkranz in einen bodenseitigen Einlaßbereich der Wirbelkammer mündenden Einlaßstutzen, einem deckseitigen, aus dem Gehäuse herausführenden Auslaß der Wirbelkammer für den entwässerten Dampf sowie mit Mitteln zur RUckführung des innerhalb der Wirbelkammer ausgeschleuderten Wassers in den Umlauf des Dampferzeugers.The invention relates to a centrifugal steam water separator for steam generators, in particular for natural circulation steam generators of nuclear reactor plants, with an essentially hollow cylindrical housing, one arranged inside the housing, swirl chamber conically narrowing in the direction of flow, one via a swirl blade ring into one on the bottom Inlet port opening into the inlet area of the swirl chamber, a deck-side outlet of the swirl chamber leading out of the housing for the dewatered steam and with means for return of the water ejected within the swirl chamber into the circulation of the steam generator.
Ein solcher Zentrifugal-Dampf-Wasserabscheider ist durch die DT-AS 1 188 614 bekannt. Bei derartigen Abscheidern, die man auch als Steigzyklone bezeichnen kann, besteht das Problem, den Abscheidegrad so hoch als möglich bzw. den den Abscheider verlassenden Dampf so trocken wie möglich zu machen, bevor er den nachgeschalteten Dampfturbinen zugeführt wird. Beim vorerwähnten bekannten Abscheider ist aufgrund der konischen Verengung zwar eine Vergrößerung der Umfangsgeschwindigkeit der von der Drallbeschaufelung erzeugten Drehströmung erzielbar, jedoch ist der Druckverlust verhältnismäßig groß. Ferner können von der Drehströmung am Innenumfang der Wirbelkammerwand befindliche, bereits ausgeschiedene Wasseranteile, die an sich nach unten strömen sollen, wieder mitgerissen werden. Die am Innenumfang derSuch a centrifugal steam water separator is through the DT-AS 1 188 614 known. With such separators that one can also be referred to as rising cyclones, there is the problem of keeping the degree of separation as high as possible or the one leaving the separator To make steam as dry as possible before it is fed to the downstream steam turbines. With the aforementioned known separator is due to the conical constriction an increase in the peripheral speed of the swirl blading generated rotary flow can be achieved, but the pressure loss is relatively large. Furthermore, from the rotary flow on the inner circumference of the vortex chamber wall, already separated water components that flow downwards should be carried away again. The on the inner circumference of the
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Wirbelkammerwand nach unten strömenden Anteile gelangen erst im unteren Bereich der Wirbelkammer, wo zwecks Abführung zwischen
Wirbelkammerwand und Einlaßstutzen ein Ringraum vorgesehen ist, in ruhigere Zonen.
5Components flowing downward from the vortex chamber wall only reach quieter zones in the lower area of the vortex chamber, where an annular space is provided between the vortex chamber wall and the inlet connection for the purpose of discharge.
5
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zentrifugal-Dampf-Wasserabscheider für Dampferzeuger der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einfachem Aufbau einen geringeren Druckverlust und einen hohen Abscheidegrad aufweist.The invention is based on the object of a centrifugal steam water separator to create for steam generators of the type mentioned, the simple structure a lower Has pressure loss and a high degree of separation.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem solchen Zentrifugal-Dampf-Wasserabscheider dadurch gelöst, daß die Wirbelkammer von einem Venturi-Lochrohr, bestehend aus einem sich konisch verengenden Einlaufteil und einem vom engsten Querschnitt bis zum Wirbelkammer-Auslaß sich konisch erweiternden Dlffusorteil, derart gebildet ist, daß die auegeschleuderte flüssige Phase und etwaige, darin enthaltene Festkörperteilchen durch die Perforation in den zwischen Venturi-Lochrohr und Gehäuse gebildeten Ringraum drückbar sind, wo sie sich am Boden dieses Ringraumes zwecks Abführung sammeln. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß der Diffusorteil des Venturi-Lochrohres als zusätzliche Abscheidestrecke und zum Druckrückgewinn ausgenutzt wird und daß durch die Perforation die ausgeschleuderten Wassertröpfchen und etwaige darin enthaltene Partikel aus dem Einflußbereich der Drehströmung in den Ringraum gedrückt bzw. geschleudert werden, wo sie Insbesondere am Innenumfang der Gehäusewand praktisch ungehindert nach unten strömen können. Dadurchsind Druckverlust reduziert und der Abscheidegrad verbessert. Der erfindungsgemäße Dampf-Wasser-Abscheider ist deshalb insbesondere für Dampferzeuger hoher Leistung in Kernreaktoranlagen geeignet. Bei gegebenem Dampf-Mengenstrom läßt sich aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Dampf-Wasserabscheider die Anzahl der erforderlichen Abscheider-Einheiten reduzieren·According to the invention, the object is achieved in such a centrifugal steam water separator in that the Vortex chamber from a Venturi perforated tube, consisting of a conically narrowing inlet part and one of the narrowest Cross-section to the vortex chamber outlet, conically widening Dlffusorteil, is formed in such a way that the thrown out liquid phase and any solid particles contained therein through the perforation into the hole between the Venturi tube and the housing formed annulus can be pressed, where they collect at the bottom of this annulus for the purpose of discharge. The one with the invention achievable advantages are mainly to be seen in the fact that the diffuser part of the venturi perforated tube as an additional Separation distance and is used for pressure recovery and that through the perforation the ejected water droplets and any particles contained therein pressed or thrown out of the area of influence of the rotary flow into the annular space where they can flow downwards practically unhindered, in particular on the inner circumference of the housing wall. Thereby are Reduced pressure loss and improved the degree of separation. Of the The steam-water separator according to the invention is therefore particularly suitable for high-performance steam generators in nuclear reactor plants. With a given steam flow rate can be based on the invention Design of the steam-water separator reduce the number of necessary separator units
Im folgenden wird anhand eines In der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels die Erfindung noch näher erläutert. Darin zeigen:In the following it will be shown on the basis of an in the drawing Exemplary embodiment of the invention explained in more detail. Show in it:
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- S* VPA 76 P 8593 BRD Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Dampferzeuger für Druckwasserreaktoren, der mit einer Abscheideranordnung nach der Erfindung ausgerüstet ist; - S * VPA 76 P 8593 BRD FIG. 1 shows a longitudinal section through a steam generator for pressurized water reactors, which is equipped with a separator arrangement according to the invention;
Fig. 2 eine einzelne Abscheidereinheit der in Fig. 1 dargestellten
Abscheideranordnung, gleichfalls im Längsschnitt, und
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 nach Fig. 2.FIG. 2 shows an individual separator unit of the separator arrangement shown in FIG. 1, likewise in longitudinal section, and FIG
FIG. 3 shows a cross section along the line 3-3 according to FIG. 2.
bezeichnete Dampferzeuger weist ein im wesentlichen hohlzylindrisches, aufrechtstehendes Gehäuse 14 auf mit einer nicht näher bezeichneten Bodenkalotte, einem im Bereich der Abscheider vergrößerten Gehäusedurchmesser und einer diesen vergrößerten Durchmesserbereich nach oben abschließenden gewölbten Deckelkalotte. Das Speisewasser tritt durch den Speisewassereintrittsstutzen 16 ein, fließt in den als Einlaß dienenden Ringraum 18 und von dort abwärts innerhalb des vom Hantel 24 und dem zylindrischen Gehäuse 14 gebildeten Fallraums· Der Hantel 24 umgibt die innerhalb des Verdampfungsraumes V angeordneten, mit ihren Enden im Rohrboden 20 gefaßten U-förmigen Wärmetauscherrohre u, wobei der Hantel zum Rohrboden 20 mit Abstand angeordnet und an seinem oberen Ende mit einer konischen Erweiterung und einer Abschlußplatte 36 versehen ist, an welch letzterer die einzelnen Abscheider 38 der Abscheideranordnung stehend aufrecht befestigt sind. Das Speisewasser strömt im Fallraum 10 nach unten In Richtung auf den Rohrboden, wo es die Iftiterkante des Hanteis 24 umströmt und Innerhalb des Verdampfungeraum·V aufwärts strömt und Im Wärmetausch mit den Wärmetaucherrohren u durch diese aufgeheizt und zur Verdampfung gebracht wird.designated steam generator has an essentially hollow cylindrical, Upright housing 14 with a bottom dome (not shown), one in the area of the separator enlarged housing diameter and one of these enlarged Diameter range upwardly rounded domed cover cap. The feed water passes through the feed water inlet nozzle 16, flows into serving as the inlet annular space 18 and from there downward within the dumbbell 24 and the cylindrical housing 14 formed drop space The dumbbell 24 surrounds the arranged within the evaporation space V, U-shaped heat exchanger tubes held with their ends in the tube sheet 20 u, wherein the dumbbell is arranged at a distance from the tube sheet 20 and at its upper end with a conical widening and an end plate 36 is provided on which the latter the individual separators 38 of the separator arrangement are attached standing upright. The feed water flows in the fall chamber 10 downwards in the direction of the tube sheet, where it the iftitre edge of the Hanteis 24 flows around and within the Evaporation chamber · V flows upwards and in heat exchange with the Heat exchanger tubes u is heated by this and made to evaporate.
Durch die Wärmetauscherrohre u strömt das Primärmedium als Heizmittel, das durch den Einlaßstutzen 28 der Primärkammer ρ in den Primärkammerteil p1 eintritt, zunächst den sogenannten heißen Schenkel u1 des Rohrbündels der Wärmetauscherrohre u und anschließend deren sogenannten kalten Schenkel u2 durchströmt und nach Abgabe seiner Heizwärme den Dampferzeuger ÜberThe primary medium flows through the heat exchanger tubes u as heating medium, which flows through the inlet port 28 of the primary chamber ρ enters the primary chamber part p1, first the so-called hot leg u1 of the tube bundle of the heat exchanger tubes u and then its so-called cold leg u2 flows through and, after releasing its heating energy, the steam generator via
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den auslaßseitigen Primärkammerteil p2 und den Auslaßstutzen 32 wieder verläßt. Die beiden Kammerteile p1 und p2 der Primärkammer ρ sind durch eine Trennwand t voneinander getrennt. Der erzeugte Dampf, es handelt sich dabei um Naßdampf bzw. ein Dampf-Wasser-Gemisch, strömt durch in Fig. 1 nicht ersichtliche, Jedoch in Fig. 2 dargestellte Einströmkanäle 34 in der Abschlußplatte 36 von unten in die Abscheider 38, in denen die im Dampf enthaltene Nässe abgeschieden und durch aus Flg. 1 nicht näher ersichtliche, Jedoch in Fig. 2 dargestellte bodenseitlge öffnungen 40 der Abscheider zur Oberseite der Abschlußplatte 36 strömt und von hler über deren Außenkante über den Ringraum 18 in den Fallraum 10 und damit zurück in den Umlauf des Dampferzeugers· Der getrocknete Frischdampf gelangt über den Frischdampfleltungsstutzen 72 in die nicht dargestellte Frischdampfleitung und in die daran angeschlossenen Dampfturbinen.the outlet-side primary chamber part p2 and the outlet connection 32 leaves again. The two chamber parts p1 and p2 of the primary chamber ρ are separated from one another by a partition t. Of the generated steam, it is wet steam or a steam-water mixture, flows through in Fig. 1 not visible, However, in Fig. 2 shown inflow channels 34 in the end plate 36 from below into the separator 38, in which the moisture contained in the steam is separated and through from Flg. 1 not closer visible, but shown in Fig. 2 bottom side openings 40 of the separator flows to the top of the end plate 36 and from hler over its outer edge via the annular space 18 into the Fall space 10 and thus back into the circulation of the steam generator · The dried live steam passes through the live steam pipe socket 72 into the main steam line, not shown and in the steam turbines connected to it.
Jeder der einzelnen in Fig. 2 und 3 im Detail dargestellten Abscheider der aus Fig. 1 ersichtlichen Abscheideranordnung weist ein im wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse 39 auf mit einem bodenseitigen Einlaßstutzen 42, mit denen die Abscheider an der Abschlußplatte 36 im Bereich des Innenumfanges der öffnungen 34a befestigt sind. Im Inneren des Gehäuses 39 ist eine sich in Strömungsrichtung konisch verengende Wirbelkammer W angeordnet. Der Einlaßstutzen 42 mündet über einen Drallschaufelkranz 66a in einen bodenseitigen Einlaßbereich der Wirbelkammer W4 Der getrocknete Dampf wird über eine den Gehäuse 39 und der Wirbelkammer W gemeinsamen Auslaß 70 an der Oberseite des Gehäuses herausgeführt. Das aus der Wirbelkammer W herausgeschleuderte Wasser wird im Bodenbereich des Gehäuses 39 über öffnungen 40 abgeführt.Each of the individual separators of the separator arrangement shown in FIG. 1, shown in detail in FIGS. 2 and 3, has an essentially hollow-cylindrical housing 39 with an inlet port 42 on the bottom, with which the separator is attached to the end plate 36 in the area of the inner circumference of the openings 34a are. A vortex chamber W which narrows conically in the direction of flow is arranged in the interior of the housing 39. The inlet port 42 opens via a swirl vane ring 66a into a bottom inlet area of the swirl chamber W 4. The dried steam is led out via an outlet 70 common to the housing 39 and the swirl chamber W at the top of the housing. The water thrown out of the swirl chamber W is discharged in the bottom area of the housing 39 via openings 40.
Erfindungsgemäß ist die Wirbelkammer W von einem Venturi-Lochrohr 52 gebildet, das aus einem sich konisch verengenden Einlaufteil 56 und einem vom engsten Querschnitt 57 bis zum Wirbelkammer-Auslaß 70 sich konisch erweiternden Dlffusorteil 52 besteht. Die ausgeschleuderte flüssige Phase und etwaige, darin enthaltene Festkörperteilchen bzw. Partikel werden durch die Perforation54 in einen zwischen Venturi- Lochrohr 52 und Gehäuse 39 gebildeten Ringraum R gedrückt, insbesondere zum InnenumfangAccording to the invention, the swirl chamber W is formed by a perforated Venturi tube 52 which consists of a conically narrowing inlet part 56 and a diffuser part 52 which widens conically from the narrowest cross section 57 to the vortex chamber outlet 70 consists. The centrifuged liquid phase and any solid particles or particles contained therein are replaced by the Perforation 54 in one between the Venturi perforated tube 52 and the housing 39 formed annular space R pressed, in particular to the inner circumference
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- 9 - VPA 76 P 8593 BRD des Gehäuses 39 geschleudert. Diese Wasser-Anteile wie auch am Außenumfang des Venturl-Lochrohres haftende Wasseranteile strömen Innerhalb des Ringraumes R abwärts und sammeln sich In dessen Bodenbereich· Hler 1st ein vom Einlaßstutzen 42 durchdrungener, kreisringförmiger Gehäuseboden 41 vorgesehen mit den schon erwähnten Abflußöffnungen 40. Der zylindrische Gehäuseteil 39 und das Venturl-Lochrohr 52 sind Im Bereich Ihrer Oberkanten mit einer Abschluß-Ringwand 43 verbunden, die eine zentrale, mit dem Lochrohr koaxiale Auslaßöffnung aufweist« Diese Auslaßöffnung 70 1st bevorzugt von einem einwärts In den Dlffusortell 58 vorkragenden, mit der Abschluß-Ringwand 43 verbundenen RohrstUck 44 derart begrenzt, daß RUckhaltenisehen N für das am obere Ende des Dlffusortells befindliche, abgeschiedene Wasser gebildet sind,- 9 - VPA 76 P 8593 BRD of the housing 39 thrown. These water components, as well as water components adhering to the outer circumference of the perforated Venturl pipe, flow downwards within the annular space R and collect in its base area and the Venturl perforated tube 52 are connected in the area of their upper edges to a closing ring wall 43, which has a central outlet opening coaxial with the perforated tube connected pipe section 44 limited in such a way that retention N are formed for the separated water located at the upper end of the Dlffusortell,
Der Drallschaufelkranz 66a umgibt den zentralen, mit dem Einlaßstutzen 42 fluchtenden Einströmkanal 34, wobei sich die Drallschaufeln 66 spiralig aufgefächert vom Außenumfang des Elnströmkanals 34 nach außen erstrecken. Insbesondere weist der Drallschaufelkranz 66a, wie dargestellt, eine kegelstumpfförmlge Kontur auf, wodurch trotz des sich verengenden Einströmteils 56 des Venturi-Lochrohres der erforderliche Abström-Freiraum zur Ausbildung des Zyklon-Fußes gegeben ist. Ferner ist der Drallschaufelkranz 66a an seinem in den Einströmten 56 des Diffusor-Lochrohres 52 ragenden oberen Ende durch eine Prallplatte 46 abgeschlossen. Damit ist ein reines axiales Abströmen, das zur Abscheidung nicht beitragen würde, verhindert.The swirl vane ring 66a surrounds the central, with the Inlet nozzle 42 aligned inflow channel 34, the swirl vanes 66 being fanned out spirally from the outer circumference of the inflow channel 34 extend outward. In particular, points the swirl vane ring 66a, as shown, has a frustoconical shape Contour, which despite the narrowing inflow part 56 of the Venturi perforated tube, the required outflow clearance for the formation of the cyclone base is given. Furthermore, the swirl vane ring 66a is at its inflow 56 of the perforated diffuser tube 52 protruding upper end through a Impact plate 46 completed. This prevents a purely axial outflow, which would not contribute to the separation.
Die Perforation 54 des Venturi-Lochrohres 52 ist insbesondere gleichmäßig Über letzteres verteilt. Der Durchmesser und der Abstand der einzelnen öffnungen der Perforation werden so gewählt, daß ein ausreichender Durchflußquerschnitt für die abgeschiedene flüssige Phase einerseits gegeben ist, andererseits Jedoch die Drehströmung des Dampf-Wasser-Gemieches innerhalb der Wirbelkammer nicht unterbrochen bzw. behindert wird und auch keine wesentlichen Leckmengen getrockneten Dampfes durch diese Öffnungen entweichen können. Wenn sieh die Drehrtrömung bzw. derThe perforation 54 of the Venturi perforated tube 52 is in particular evenly distributed over the latter. The diameter and the The distance between the individual openings of the perforation is chosen so that that a sufficient flow area for the deposited liquid phase is given on the one hand, but on the other hand Rotary flow of the steam-water mixture within the swirl chamber is not interrupted or hindered and also no significant amounts of dried steam leakage through these openings can escape. If you see the rotary flow or the
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Zyklon aufwärts Innerhalb des sich in Strömungsrichtung verengenden Einlaufteils bewegt, wird die Umfangsgeschwindigkeitskomponente vergrößert, wodurch die Zentrifugalkräfte und damit der Abscheideeffekt ebenfalls vergrößert werden. Hierbei ist also ein bestimmtes Druckgefälle in axiale und tangentiale Geschwindigkeitsvergrößerung der Strömung umgesetzt worden. Beginnend bei der Engstelle 57 nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches ab, und der Druck steigt an, bis der getrocknete Dampf durch die Wirbelkammer-Auslaßöffnung in den Frischdampfraum des Dampferzeugers und von hier in die Frischdampf leitung übertritt. Da der getrocknete Dampf eine geringere Dichte als die flüssige Phase hat, sind die auf ihn wirkenden Zentrifugalkräfte aufgrund der Drehströmung wesentlich geringer, so daß er praktisch axial abströmen kann.Cyclone upwards Within the narrowing in the direction of flow Moving the inlet part, the peripheral speed component is increased, whereby the centrifugal forces and thus the separation effect can also be increased. So here is a certain pressure gradient in the axial and tangential Speed increase of the flow has been implemented. Starting at the constriction 57, the flow speed increases of the mixture and the pressure rises until the dried steam through the swirl chamber outlet opening into the Main steam room of the steam generator and from here into the main steam transfer line. Since the dried vapor has a lower density than the liquid phase, those acting on it are Centrifugal forces are much lower due to the rotary flow, so that it can flow off axially.
Wie bereits erwähnt, durchquert die ausgeschleuderte flüssige Phase die Perforation 54 des Lochrohres 52 und wird im wesentlichen gegen den Innenumfang der Gehäusewand 39 geschleudert und strömt an dieser Wand innerhalb des Ringraumes R abwärts in Richtung auf die Abflußöffnungen 40, fließt durch diese öffnungen auf die Oberseite der Abschlußplatte 36 und von hier zum Fallraum des Dampferzeugers.As mentioned earlier, it traverses the ejected liquid Phase the perforation 54 of the perforated tube 52 and is essentially thrown against the inner circumference of the housing wall 39 and flows on this wall within the annular space R downwards in the direction of the drainage openings 40, flows through them Openings on the top of the end plate 36 and from here to the fall space of the steam generator.
7 Patentansprüche
3 Figuren7 claims
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Legal Events
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