DE3137503C2

DE3137503C2 - Entspannungs-Verdampfer für ein geothermisches Kraftwerk

Info

Publication number: DE3137503C2
Application number: DE3137503A
Authority: DE
Inventors: Tokumitsu Yokohama Kanagawa Kojima; Yoshihiro Tokyo Shiraki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-09-22
Filing date: 1981-09-21
Publication date: 1984-01-19
Also published as: GB2086015B; GB2086015A; JPS6141363B2; DE3137503A1; US4407127A; JPS5755304A

Abstract

Entspannungs-Verdampfer für ein geothermisches Kraftwerk, in den heißes unterirdisches Wasser eingebracht und durch Entspannung verdampft wird, wobei der Verdampfer durch mehrere vertikale und horizontale, perforierte Trennplatten in eine Entspannungs-Verdampfungskammer, eine Wasser-Abtrennkammer, eine Abfluß-Ablaufkammer und eine Dampfauslaßkammer unterteilt ist und wobei der erzeugte Dampf durch diese Kammern und Trennplatten in eine Dampfturbine geleitet wird. Der Entspannungs-Verdampfer enthält einen an beiden Enden durch Endplatten abgeschlossenen, horizontalen, zylindrischen Behälter, wobei das heiße unterirdische Wasser auf die halbkugelförmige Endplatte gespritzt wird und wobei in der Entspannungs-Verdampfungskammer ein Ablauffänger angeordnet ist, welcher das ablaufende Wasser fängt und abführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Entspannungs-Verdampfer für ein geothermisches Kraftwerk mit einem horizontalen zylindrischen Behälter, der an beiden Enden durch Endplatten abgeschlossen ist, von denen eine eine halbkugelförmige Oberfläche besitzt mit einem Einlaß am zylindrischen Mittelteil des Behälters für heißes Wasser, mit einer mit diesem Heißwassereiniaß verbundenen Einspritzdüse im Behälter, mit einem Wasserauslaß an der Unterseite des Behälters, mit einem Dampfauslaß an der Oberseite des Behälters und mit einer horizontal angeordneten dampfdurchlässigen Trennplatte im Behälter, wodurch eine Entspannungs-Verdampfungskammer im Behälter gebildet wird.

Es ist eine Anlage mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt (DE-OS 30 20 297), die allerdings dazu bestimmt ist überhitzten Prozeßdampf aus salzhaltigem Rohwasser zu erzeugen, ohne daß sich Salzablagerungen bilden.

Bei einem Entspannungs-Verdampfer werden aus dem durch die Einspritzdüse ausgestoßenen heißen Wasser große Wassertropfen gebildet und es steigen andererseits Wassertropfen mit kleinem Durchmesser zusammen mit dem entstandenen Dampf auf und werden zusammen mit dem Dampf durch Dampfauslässe ausgelassen. Je höher der Feuchtigkeitsgrad des Dampfes ist, um so höher ist auch der Feuchtigkeitsgrad des Dampfes an der Endstufe einer anzutreibenden Turbine, was zu einer Korrosion der Düsen und der Turbinenschaufeln führen kann. Außerdem sind in den Wassertropfen große Mengen Kieselsäure, Kalzium und dergleichen Substanzen enthalten, die nicht im Entspannungs-Verdampfer abgetrennt werden, so daß diese Substanzen επ der Oberfläche der Düsen und Turbinenschaufeln abgelagert werden, die sich in der Nähe des Turbineneingangs befinden. Solche abgelagerte Substanzen verengen die Durchgänge der Turbine und erniedrigen deren Leistung, wodurch die Arbeitsweise der Turbine nachteilig beeinflußt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Entspannungs-Verdampfer der eingangs genannten Art für ein geothermisches Kraftwerk τ\ schaffen, der aus heißem unterirdischem Wasser erzeugten Dampf mit hohem Trockenheitsgrad liefern kann.

Dies wird erfindungsgemä3 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen.

Dadurch, daß die Einspritzdüse für das aus dem Erdboden stammende heiße Wasser gegen die Endplatte mit halbkugelförmiger Oberfläche gerichtet ist. bildet das ausgespritzte Wasser auf der Innenfläche einen dünnen Wasserfilm, der entlang der Oberfläche nach abwärts fließt Durch die besondere Ausgestaltung des Verdampfers werden ferner die in dem erzeugten Dampfstrom enthaltenen Wassertropfen nahezu vollständig abgefangen, oder sie fallen während der Bewegung durch die Trennplatten nach abv/ärts, so daß der Uampt wenn er die uamptausiaiiKammer erreicnt einen gewünschten Trockenheitsgrad aufweist. Es wird somit ein geothermisches Kraftwerk mit hohem Wirkungsgrad und hoher Zuverlässigkeit geschaffen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fi g. 1 'iinen Längsschnitt durch einen Entspannungs-Verdampfer nach der Erfindung,

Fig.2 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig.3 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausfüh-

rungsbeispie! eines Entspannungs-Verdampfers gemäß der Erfindung und

Fig.4 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 3.

F i g. 1 zeigt einen Entspannungs-Verdampfer eines geothermischen Kraftwerkes gemäß der Erfindung. Der Verdampfer besteht aus einem langgestreckten zylindrischen Behälter 11 mit einerr Heißdampfauslaß 15 an seiner Oberseue und einem Wasserauslaß 16 an seiner Unterseite. Nach auswärts gekrümmte Endplatten 17 und 18 sind an beiden Enden der Trommel bzw. des Behälters 11 vorgesehen, und es ist ei:. Einlaß 12 für heißes unterirdisches Wasser in der h'~^e einer gekrümmten, vorzugsweise kugeiförmigen, i;.iplatte 17 angeordnet. Eine Einspritzdüse i.i ist .;iit dem vorderen Ende des Heißwasser-Einlasses '■'. -. irbunden, so daß die Mittelachse der Einspri-uu-e 13 mit der Mittelachse der Trommel bzw oes Behälters Ii zusammenfällt Die Endp¹ re Ϊ7 wirkt auch als Führungsplatte für das ausgt.^ritzte heiße Wasser, wobei die halbkugeiförmige Form der Innenfläche der Endplatte 17 eine Verteilung des ausgestoßenen heißen Wassers verhindert und dessen Führung erleichtert.

Eine Entspannungs-Verdampfungskammer 23 ist in der Nähe der Endplatte 17 gebildet. Ein Abflußfänger 19 zum Auffangen und Entfernen des heißen Wassers ist in der Entspannungs-Verdampfungskammer 23 angeordnet, und zwar in der Nähe eines Teiles, welcher den zylindrischen Teil des Mantels \ 1 mit der halbkugelförmigen Endplatte 17 verbindet, so daß der Abflußfänger 19 konzentrisch zur Einspritzdüse 13 angeordnet ist. Der Ablauffänger 19 hat einen großen C-förmigen Querschnitt mit einer ringförmigen Abflußrinne 19a, die zur Manieünnenfläche des Behälters hin aufgeschlitzt ist und die sich, wie in F i g. 2 gezeigt, zu einer Höhe gleich derjenigen der horizontalen Trennplatte 20 an der unteren Seite erstreckt, während die obere Seite des Abflußfängers 19 an der inneren Mantelfläche der Behälterwand 11 befestigt ist. Die erste Trennplatte 20 ist vorzugsweise eine Stahlplatte. Sie weist eine Verlängerung in Form einer perforierten Platte 21 auf. die mit einer Vielzahl von durchgehenden Löchern 21a versehen ist. Durch die Platten 20 und 21 sowie die Umfangswand des Behälters 11 w;rd an dessem Boden eine Ablauf-Auslaßkammer 27 gebildet. Die erste Trennplatte 20 kann leicht nach links geneigt sein.

Eine Kammer 25 für das Abtrennen heißer Wassertropfen ist hinter der Entspannungs-Verdampfungskammer 23 (gemäß F i g. 1 auf der rechten Seite dieser Kammer) vorgesehen, und zwar durch eine vertikale zweite Trennplatte 22 zwiscrien der oberen Mantelwand des Behälters 11 und dem Verbindungsteil der Platten 20 und 21. Die zweite Trennplatte 22 ist mit einer Vielzahl durchgehender Löcher 2(3 versehen. Eine dritte Trennplatte 24 mit durchgehenden Löchern 24a ist in der Nähe der Endplatte 18 vorgesehen und an der inneren Umfangsfläche des Behälters 11 befestigt. Die dritte Trennplatte 24 wirkt als Rektifika'ionsplatte. Eine Dampfauslaßkammer 28 ist zwischen der Rektifikationsplatte 24 und der Endplatte 18 gebildet. Der Dampfauslaß 15 steht in Verbindung mit der Kammer 28.

Wie oben beschrieben, werden die Entspannungs-Verdampfungskammer 23, die Abtrennkammer 25, die Abfluß-Auslaßkammf;r27uriddie Dampfauslaßkammer 28 durch die Platten 20, 21, 22 und 24 gebildet, die vorzugsweise Stahlplaüen sind. Die Platten sind miteinander oder mit der Innenwand des Behälters 11 in

bekannter Weise verbunden, beispielsweise durch Schweißen.

Wie in F i g. 3 gezeigt, kann anstelle der vertikalen zweiten Trennplatte eine schräge Trennplatte 29 mit einer Vielzahl von durchgehenden Löchern 26 vorgesehen sein, wobei die Löcher 26 senkrecht zur Längsachse des Behälters 11 verlaufen.

Der Entspannungs-Verdampfer für ein geothemisches Kraftwerk gemäß der Erfindung arbeitet in folgender Weise:

Das heiße unterirdische Wasser wird in den Entspannungs-Verdampfer durch den Einlaß 12 eingeführt und durch die Einspritzdüse 13 in die Entspannungs-Verdampfungskammer 23 gespritzt und entspannt so daß heißer Dampf in einer Menge proportional der Enthalpie des zu entspannenden heißen Wassers erzeugt wird. Das ausgespritzte heiße Wasser trifft auf die kugelförmige Oberfläche der Endplatte 17 auf und haftet daran, so daß auf dieser Fläche ein dünner Wasserfilm gebildet wird, der dann in Wassertropfen umgevandelt wird, i^J": entlang der kugelförmigen Oberfläche nach abwärts in die Abflußrinne 19a des Abflußfängers 19 fließen. Das in der Abflußkammer 27 gesammelte Abflußwasser wird durch den Wasserauslaß 16 ausgetragen. Unter den in der Entsp^nnungs-Verdampferkammer 23 verteilten Wassertropfen zusammen mit dem erzeugten Dampf fallen solche Wasseriropfen mit großem Durchmesser durch Schwerkraft in der Entspannungs-Verdampfungskammer 23 nach abwärts und werden zusammen mit dem Ablaufwasser durch den Wasserauslaß 16 nach außen ausgetragen. Andererseits bewegen sich Wassertropfen mit kleinem Durchmesser in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zusammen mit dem erzeugten Dampf nach rechts in die Trennkammer 25 durch die Löcher 26 der zweiten Trennplatte 22. In dem Augenblick, in dem die Wassertropfen die Löcher 26 durchsetzen, wird ihre Bewegungsgesthwindigkeit verringert, so daß die meisten Wassertropfen auf -lie perforierte Platte 21 herabfallen und von der Ablaufkan.mer 27 durch die Löcher 21a der Platte 21 aufgenommen werden.

Der durch Entspannung erzeugte heiße Dampf, der in die Trennkammer 25 geführt worden ist, bewege sich mit geringer Geschwindigkeit in horizontaler Richtung in Richtung auf die dritte Trennplatte oder Rektifikationsplatte 24. Die Wasserköpfen, die bei der Durchströmung der zweiten Trennplatte 22 noch nicht ausgefallen sind, fallen während der Bewegung des Dampfes mit niedriger Geschwindigkeit zwischen den Trennplatten 22 und 24 herab. Da die Trennpiatten 22 und 24 ebenfalls die Wassertropfen abfangen, wenn sie von dem heißen Dampf durchsetzt werden, werden nahezu alle in dem heißen Dampfstrom enthaltenen Wassertropfen aufgefangen und als AbLufwasser entfernt, und zwar bis r.u einem Zeitpunkt, in de.n der Dampf die DamprauslaLS-kammer 28 erreicht. So kann der Dampf mit einem gewünschten Trockenheitsgrad aus der Kammer 28 durch den DampiPuslaß 15 in die Turbine geleitet werden.

In einem Fall, in dem die schräge Trennplatte 29 mit vertikalen durchgehenden Löchern 26 verwendet wird, wird der die schräge Platte 29 durchsetzei.de Dampf nach abwärts gerichtet, wodurch das Ausfallen der in dem Dampf enthaltenen Wassertropfen verstärkt und die horizontale Geschwindigkeit des Dampfes in der Trennkammer 25 weiter verringert wird.

Wie oben beschrieben, ist gemäß der Erfindung die

Endplatte 17 des Behälters 11 des Entspannungs-Verdampfers kugelförmig ausgebildet, so daß das auf die Innenfläche gespritzte Wasser einen dünnen Wasserfilm bildet und entlang der Oberfläche nach abwärts fließt, ohne daß es vollständig verteilt wird. Es wird also das heiße Wasser als Abflußwasser in die Abflußkammer 27 geleitet und zwar unabhängig von dem Strom des erzeugten Dampfes. Ferner werden die in dem erzeugten Dampfstrom enthaltenen Wassertropfen nahezu vollständig abgefangen, oder sie fallen während der Bewegung durch die Trennplatten 22 bzw. 29 und 24 in der Trennkammer 25 nach abwärts, so daß der Dampf, wenn er die Dampfauslaßkammer 28 erreicht, einen gewünschten Trockenheitsgrad aufweist. Somit werden die Blätter und Schaufeln sowie Düsen der Dampfturbine nicht der Korrpsic:v ausgesetzt, die durch das Wasser und schädliche Substanzen, wie Kieselsäure und Kalzium, die in dem Wasser enthalten sind, hervorgerufen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

3137 Patentansprüche:

1. Entspannungs-Verdampfer für ein geothermisches Kraftwerk mit einem horizontalen zylindrisehen Behälter, der an beiden Enden durch Endplatten abgeschlossen ist, von denen eine eine halbkugelförmige Oberfläche besitzt, mit einem Einlaß am zylindrischen Mittelteil des Behälters für heißes Wasser, mit einer mit diesem Heißwasser-Einlaß verbundenen Einspritzdüse im Behälter, mit einem Wasserauslaß an der Unterseite des Behälters, mit einem Dampfauslaß an der Oberseite des Behälters und mit einer horizontal angeordneten, dampfdurchlässigen Trennplatte im Behälter, wo- '5 durch eine Entspannungs-Verdampfungskammer im Behälter gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (13) für das aus dem Erdboden stammende heiße Wasser gegen die Endplatte (17) mit der halbkugelförmigen Oberriäehe gerichtet ist, daß ein Abflußfänger (19) zum Auffangen und Abführen des von der Einspritzdüse gegen die halbkugelförmige Oberfläche der Endplatte gespritzten heißen Wassers vorgesehen ist, der in der Nähe dieser Endplatte und konzentrisch zu der Einspritzdüse (13) angeordnet ist, daß in der Nähe dieser Endplatte (17) eine mit Löchern versehene zweite Trennplatte (22) an der is .neren Mantelfläche des Behälters (11) sowie mit ihrem unteren Ende an der ersten Trennplatte (20) so befestigt ist daß der Abflußfänger zwischen der zweiten Trennplatte (22) und dieser ".ndplatte (17) angeordnet v/erden kann, und daß in der Nähe der anderen Endplatte (18) eine dritte Trennplatte (24) r.n der i ·neren Mantelfläche des Behälters sowie mit ih^rem rnteren Ende an einer waagerechten, mit Löchern vercehenen Verlängerung (21) der ersten Trennplatte (20) befestigt ist, wodurch zwischen der dritten Trennplatte (24) und der anderen Endplatte (18) eine Dampfauslaßkammer (28) und zwischen der zweiten Trennplatte (22), der dritten Trennplatte (24) und der Verlängerung

(21) der ersten Trennplatte (20) eine Kammer (25) zur Abtrennung von Wassertropfen aus dem erzeugten Dampf gebildet werden.

2. Entspannungs-Verdampfer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Abflußfänger aus einer ringförmigen Abflußrinne (19a) besteht, die an der inneren Mantelfläche des Behälters in einer zur Behälterachse senkrechten Ebene verläuft, wobei die Abflußrinne zur Mantelfläche des Behälters hin so aufgeschlitzt und in ihrem unteren Teil unterbrochen ist, so daß sie in der Höhe der ersten Trennplatte (20) endet

3. Entspannungs-Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die zweite Trennplatte

(22) vertikal angeordnet ist und daß deren Löcher (26) sich parallel zur Längsachse des Behälters erstrecken.

4. Entspannungs-Verdampfer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Trennplatte (29) schräg angeordnet ist und daß deren Löcher (26) sich senkrecht zur Längsachse des Behälters erstrecken.