EP0010261B2 - Séparateur-surchauffeur vertical de vapeur - Google Patents

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EP0010261B2
EP0010261B2 EP79103904A EP79103904A EP0010261B2 EP 0010261 B2 EP0010261 B2 EP 0010261B2 EP 79103904 A EP79103904 A EP 79103904A EP 79103904 A EP79103904 A EP 79103904A EP 0010261 B2 EP0010261 B2 EP 0010261B2
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separator
pyramid
annular
superheater
zone
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EP0010261A1 (fr
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Roger Bessouat
Jacques Marjollet
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Stein Industrie SA
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Stein Industrie SA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/26Steam-separating arrangements
    • F22B37/266Separator reheaters

Definitions

  • the present invention relates to a vertical steam separator-superheater, comprising inside a common ferrule a lower part forming a separation zone comprising an annular chamber for the admission of wet steam, connected to openings for introducing this last, and separating elements grouped in stacks separated by at least one gap connected to the annular inlet chamber and of width decreasing from bottom to top, and an upper part forming an overheating zone, comprising an axial zone of arrival of dry steam, tubular bundles of overheating arranged in envelopes distributed around the central zone, and fixed to a thin and flexible ferrule itself fixed to the upper part of the common ferrule, and a peripheral zone for collecting superheated steam .
  • a separator-superheater of this kind makes it possible to absorb the expansions and contractions of the superheater bundles without special device such as expansion lyres, and facilitates the possible extraction of these bundles in view of their repair.
  • the arrangement of the separator elements grouped in several parallel rows of V-shaped stacks makes it less easy to access the internal walls of the lower zone of the separator-superheater, and it also imposes the orientation of the access pipes. wet steam to be treated, since this must arrive symmetrically with respect to the rows of stacks of separating elements.
  • the object of the present invention is to provide a separator-superheater which allows excellent accessibility to all the internal walls of the lower zone ensuring the separation function, and whose access pipes of the steam to be treated can have any orientation. It also aims to provide a set of separating elements in which the bodies for discharging the stopped water occupy a very small place.
  • the separator-superheater according to the present invention is characterized in that the separator elements are grouped in two truncated coaxial pyramids, the external pyramid having its large base at a level lower than that of its small base, and the internal pyramid its large base at a level higher than that of its small base, and the annular chamber being connected by an annular passage to the volume internal to the external pyramid, but external to the internal pyramid.
  • Flow devices for the water stopped in the separating elements are arranged at the edges of the truncated pyramids.
  • Part of the annular passage is formed by the internal wall of the bottom of the common ferrule.
  • the separator-superheater of FIG. 1 comprises, inside a cylindrical shell 1, supported by a usual annular support by a floor 2, a lower part 3 (forming a separator) and an upper part 4 (forming a superheater) .
  • the lower part is fitted with 4A pipes for supplying wet steam.
  • 4A pipes for supplying wet steam.
  • Part of the internal wall of this passage is formed by the wall 6A of the bottom of the shell. This reduces the total height of the separating part 3, but requires that the wall 6A be coated with stainless steel, like the rest of the passage wall, in order to avoid the phenomenon of erosion-corrosion by wet steam. at high speed.
  • the other part of the external wall of the passage consists of sheets 7 angularly offset with respect to the vertical axis and separated by interstices 7A at stepped levels, ensuring a preliminary separation of the water droplets under the effect of the centrifugal force resulting from the change in direction of the vapor.
  • the water separated on the sheets 7 and flowing through the interstices 7A collects in the bottom 8 with the water retained in the separating elements, as will be indicated below, and is discharged through the axial tube 9.
  • the separating elements are grouped in two truncated pyramids with an octagonal base, the external pyramid 10 having its large base downwards, and the internal pyramid 11 with its large base upwards, the latter being substantially in contact with the small base of the external pyramid. It therefore appears between the two pyramids an annular gap 12, of decreasing width upwards, for the access of the wet steam to the separating elements.
  • the pyramids of separating elements are provided along their external edges with elements for discharging separate water, such as 13A for the external pyramid and 13B for the internal pyramid.
  • the dried steam leaving the separating elements meets on the one hand, in an axial zone 14A, on the other hand in a peripheral zone 14B.
  • the assembly then rises through an intermediate zone 13 towards the upper overheating part 4.
  • This overheating part is similar to that described in the intermediate document FR-A 2406157 and will therefore not be described in detail again. It comprises an axial zone 15, around which are arranged four superheater bundles such as 16, 17. These are fixed to the internal surface of a thin shell 30, itself welded by its upper edge to the upper bottom 31 of the ferrule. The dried steam therefore rises towards the axial zone 15, then radially crosses the bundles while overheating and reaches an outlet pipe 19 through a peripheral zone 18 for collecting the superheated steam.
  • the superheater bundles are supplied with high pressure steam via the pipe 20, the O-manifold 21 and the connections 22 connected to the end chambers 23.
  • the high pressure steam condensed mainly in the tubular bundles such as 16, 17 and arriving in the end chambers 24, are collected in the collector 25, then sent via the conduit 26 to the recipe pot 27.
  • FIG. 2 shows more precisely the arrangement of the separate water collection members, such as 13A, 13B, respectively at the edges of the outer and inner pyramids of the stacks of separating elements, therefore in the blind spots between the rectangular separators , only two of which have been represented.
  • This arrangement allows the useful volume offered to be reduced only to a small extent, while ensuring satisfactory flow of the separated water.
  • separator 32 of the external truncated pyramid and a separator 33 of the internal truncated pyramid. It can also be seen that the separator system is symmetrical with respect to the vertical axis of the shell.
  • FIG. 3 represents a separator-superheater similar to that of FIGS. 1 and 2, but in which the passage 6 of the wet steam from the inlet pipes to the separating elements is more distant from the bottom of the shell.
  • the identical members will therefore not be described again.
  • the passage 6 always prints a 180 ° bend with wet steam, which allows a preliminary separation of the water droplets on the sheets 7 delimiting the passage, with evacuation of the water by the interstices 7A between these sheets.
  • the number of sides of the truncated pyramids formed by the stacks of separators can be less than or greater than eight. It is possible to provide for a partial withdrawal of dried steam before it is introduced into the overheating zone.

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Description

  • La présente invention concerne un séparateur-surchauffeur vertical de vapeur, comprenant à l'intérieur d'une virole commune une partie inférieure formant zone de séparation comprenant une chambre annulaire d'admission de la vapeur humide, reliée à des ouvertures d'introduction de cette dernière, et des éléments séparateurs groupés en empilements séparés par au moins un intervalle relié à la chambre annulaire d'admission et de largeur décroissant du bas vers le haut, et une partie supérieure formant zone de surchauffe, comportant une zone axiale d'arrivée de vapeur sèche, des faisceaux tubulaires de surchauffe disposés dans des enveloppes réparties autour de la zone centrale, et fixées à une virole mince et flexible fixée elle-même à la partie supérieure de la virole commune, et une zone périphérique de collecte de la vapeur surchauffée.
  • Un séparateur-surchauffeur de ce genre, décrit dans le document intercalaire FR-A 2406157, permet d'absorber les dilatations et contractions des faisceaux surchauffeurs sans dispositif spécial tel que des lyres de dilatation, et facilite l'extraction éventuelle de ces faisceaux en vue de leur réparation. La disposition des éléments séparateurs groupés en plusieurs rangées parallèles d'empilements en forme de V, rend toutefois moins facile l'accès aux parois internes de la zone inférieure du séparateur-surchauffeur, et il impose par ailleurs l'orientation des tubulures d'accès de la vapeur humide à traiter, puisque celle-ci doit arriver symétriquement par rapport aux rangées d'empilements d'éléments séparateurs.
  • Une disposition des éléments séparateurs en forme d'une pyramide tronquée est connue par le document FR-A 2187 394. Le mélange est admis par une chambre située au-dessous de la pyramide, ce qui augmente la hauteur de l'appareillage. Ce désavantage d'une hauteur excessive est également présent dans le dispositif selon le document FR-A 2140391, car on y prévoit entre deux étages de séparation une chambre d'admission pour le mélange. Cette chambre est traversée concentriquement par le tube reliant les deux étages.
  • La présente invention a pour but de procurer un séparateur-surchauffeur qui permette une excellente accessibilité à toutes les parois internes de la zone inférieure assurant la fonction de séparation, et dont les tubulures d'accès de la vapeur à traiter puissent avoir une orientation quelconque. Il a aussi pour but de procurer un ensemble d'éléments séparateurs dans lequel les organes d'évacuation de l'eau arrêtée tiennent une place très réduite.
  • Le séparateur-surchauffeur selon la présente invention est caractérisé en ce que les éléments séparateurs sont groupés en deux pyramides tronquées coaxiales, la pyramide externe ayant sa grande base à un niveau inférieur à celui de sa petite base, et la pyramide interne sa grande base à un niveau supérieur à celui de sa petite base, et la chambre annulaire étant reliée par un passage annulaire au volume intérieur à la pyramide externe, mais extérieur à la pyramide interne.
  • Il répond en outre de préférence à au moins l'une ces caractéristiques suivantes:
    • Le passage annulaire reliant la chambre annulaire d'admission au volume compris entre les pyramides externe et interne comporte un coude à 180° environ, délimité sur un côté intérieur par des tôles séparées par des interstices permettant une séparation préliminaire d'une partie de l'eau contenue dans la vapeur humide, sous l'effet de la force centrifuge.
  • Des organes d'écoulement de l'eau arrêtée dans les éléments séparateurs sont disposés aux arêtes des pyramides tronquées.
  • Une partie du passage annulaire est formée par la paroi interne du fond de la virole commune.
  • Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, deux séparateurs-surchauffeurs de vapeur selon l'invention.
    • La figure 1 représente une coupe axiale selon l'axe I-I de la figure 2 un séparateur-surchauffeur dans lequel le passage annulaire d'introduction de la vapeur humide vers les éléments surchauffeurs descend jusqu'au voisinage du fond de la virole, une partie de ce fond constituant une paroi du passage.
    • La figure 2 représente une coupe diamétrale selon l'axe II-II de la figure 1.
    • La figure 3 représente en coupe axiale un autre séparateur-surchauffeur dans lequel le passage annulaire d'introduction de la vapeur humide est au-dessus du fond de la virole.
  • Le séparateur-surchauffeur de la figure 1 comprend, à l'intérieur d'une virole cylindrique 1, soutenue grâce à un support annulaire habituel par un plancher 2, une partie inférieure 3 (formant séparateur) et une partie supérieure 4 (formant surchauffeur). La partie inférieure est munie de tubulures 4A d'alimentation en vapeur humide. Celles-ci débouchent dans une chambre annulaire 5 reliée à un passage annulaire 6 d'accès aux éléments séparateurs, formant un coude à 180°. Une partie de la paroi interne de ce passage est formée par la paroi 6A du fond de la virole. Ceci permet de réduire la hauteur totale de la partie séparateur 3, mais nécessite que la paroi 6A soit revêtue d'acier inoxydable, comme le reste de la paroi du passage, afin d'éviter le phénomène d'érosion-corrosion par la vapeur humide à vitesse élevée. L'autre partie de la paroi externe du passage est constituée par des tôles 7 décalées angulairement par rapport à l'axe vertical et séparées par des interstices 7A à des niveaux étagés, assurant une séparation préliminaire des gouttelettes d'eau sous l'effet de la force centrifuge résultant du changement de direction de la vapeur. L'eau séparée sur les tôles 7 et s'écoulant par les interstices 7A se rassemble dans le fond 8 avec l'eau retenue dans les éléments séparateurs, comme il sera indiqué plus loin, et s'évacue par la tubulure axiale 9.
  • Les éléments séparateurs sont groupés en deux pyramides tronquées à base octogonale, la pyramide externe 10 ayant sa grande base vers le bas, et la pyramide interne 11 sa grande base vers le haut, cette dernière étant sensiblement au contact de la petite base de la pyramide externe. Il apparaît donc entre les deux pyramides un intervalle annulaire 12, de largeur décroissant vers le haut, pour l'accès de la vapeur humide aux éléments séparateurs. Ceux-ci sont analogues à ceux décrits dans le document intercalaire FR-A 2406157.
  • Les pyramides d'éléments séparateurs, sont munies le long de leurs arêtes externes d'éléments d'évacuation de l'eau séparée, tels que 13A pour la pyramide externe et 13B pour la pyramide interne. Des tôles 29 verticales, puis inclinées vers l'axe de la virole 1, assurent la collecte de l'eau et son ruissellement jusqu'au fond de la vi role, au-dessus de la tubulure d'évacuation 9.
  • La vapeur séchée sortant des éléments séparateurs se réunit d'une part, dans une zone axiale 14A, d'autre part dans une zone périphérique 14B. L'ensemble s'élève alors à travers une zone intermédiaire 13 vers la partie supérieure de surchauffe 4.
  • Cette partie de surchauffe est semblable à celle décrite dans le document intercalaire FR-A 2406157 et ne sera donc pas décrite en détail à nouveau. Elle comporte une zone axiale 15, autour de laquelle sont disposés quatre faisceaux surchauffeurs tels que 16, 17. Ceux-ci sont fixés sur la surface interne d'une virole mince 30, elle-même soudée par son bord supérieur au fond supérieur 31 de la virole. La vapeur séchée monte donc vers la zone axiale 15, traverse ensuite radialement les faisceaux en se surchauffant et atteint par une zone périphérique 18 de collecte de la vapeur surchauffée une tubulure 19 de sortie.
  • L'alimentation des faisceaux surchauffeurs en vapeur à haute pression s'effectue par la tubulure 20, le collecteur torique 21 et les raccords 22 reliés aux chambres d'extrémité 23. La vapeur à haute pression condensée en majeure partie dans les faisceaux tubulaires tels que 16, 17 et arrivant dans les chambres d'extrémité 24, est recueillie dans le collecteur 25, puis envoyée par le conduit 26 au pot de recette 27.
  • La figure 2 montre de façon plus précise la disposition des organes de collecte de l'eau séparée, tels que 13A, 13B, respectivement aux arêtes des pyramides externe et interne des empilements d'éléments séparateurs, donc dans les angles morts entre les séparateurs rectangulaires, dont deux seulement ont été représentés. Cette disposition permet de ne réduire que dans une faible mesure le volume utile offert, tout en assurant un écoulement satisfaisant de l'eau séparée. On voit un séparateur 32 de la pyramide tronquée externe, et un séparateur 33 de la pyramide tronquée interne. On voit par ailleurs que le système séparateur est symétrique par rapport à l'axe vertical de la virole. Ceci a pour inconvénient une légère dissymétrie dans le débit de vapeur à travers les éléments séparateurs, mais permet de disposer les tubulures d'introduction de la vapeur humide, telles que 4A, en n'importe quel point sur le pourtour de la virole, de façon à réduire la longueur de la tuyauterie d'alimentation, et assure une circulation de la vapeur séchée symétrique par rapport à l'axe vertical, ainsi qu'une excellente accessibilité à toutes les parois pour leur inspection et des réparations éventuelles tant sur le pourtour de la pyramide externe que sur celui de la pyramide interne.
  • La figure 3 représente un séparateur-surchauffeur analogue à celui des figures 1 et 2, mais dans lequel le passage 6 de la vapeur humide des tubulures d'entrée aux éléments séparateurs est plus éloigné du fond de la virole. Les organes identiques ne seront donc pas décrits à nouveau. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de disposer un revêtement interne d'acier inoxydable sur la partie du fond de la virole au contact de la vapeur humide entrante. Le passage 6 imprime toujours à la vapeur humide un coude à 180°, ce qui permet une séparation préliminaire des gouttelettes d'eau sur les tôles 7 délimitant le passage, avec évacuation de l'eau par les interstices 7A entre ces tôles.
  • Le nombre de côtés des pyramides tronquées formées par les empilements de séparateurs peut être inférieur ou supérieur à huit. On peut prévoir un soutirage partiel de vapeur séchée avant son introduction dans la zone surchauffe.

Claims (5)

1. Séparateur-surchauffeur vertical de vapeur, comprenant à l'intérieur d'une virole commune (1) une partie inférieure (3) formant zone de séparation, comprenant une chambre annulaire d'admission de la vapeur humide (5), reliée à des ouvertures (4A) d'introduction de cette dernière, et des éléments séparateurs (11) groupés en empilements séparés par au moins un intervalle (12) relié à la chambre annulaire d'admission et de largeur décroissant du bas vers le haut, et une partie supérieure (4) formant zone de surchauffe, comportant une zone axiale (15) d'arrivée de vapeur sèche, des faisceaux tubulaires (16, 17) de surchauffe disposés dans des enveloppes réparties autour de la zone centrale, et fixées à une virole mince et flexible (30) fixée elle-même à la partie supérieure de la virole commune, et une zone périphérique (18) de collecte de la vapeur surchauffée, caractérisée en ce que les éléments séparateurs sont groupés en deux pyramides tronquées coaxiales, la pyramide externe (10) ayant sa grande base à un niveau inférieur à celui de sa petite base, et la pyramide interne (11) sa grande base à un niveau supérieur à celui de sa petite base, et la chambre annulaire étant reliée par un passage annulaire (6) au volume intérieur à la pyramide externe, mais extérieur à la pyramide interne.
2. Séparateur-surchauffeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage annulaire reliant la chambre annulaire d'admission au volume compris entre les pyramides externe et interne comporte un coude à 180° environ, délimité sur un côté intérieur par des tôles décalées angulairement (7) séparées par des interstices (7A) permettant une séparation préliminaire d'une partie de l'eau contenue dans la vapeur humide, sous l'effet de la force centrifuge.
3. Séparateur-surchauffeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les interstices des tôles (7A) sont à des niveaux étagés.
4. Séparateur-surchauffeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des organes (13A, 13B) d'écoulement de l'eau arrêtée dans les éléments séparateurs sont disposés aux arêtes des pyramides tronquées.
5. Séparateur-surchauffeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une partie du passage annulaire est formée par la paroi interne (6A) du fond de la virole commune.
EP79103904A 1978-10-18 1979-10-11 Séparateur-surchauffeur vertical de vapeur Expired EP0010261B2 (fr)

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EP0010261A1 EP0010261A1 (fr) 1980-04-30
EP0010261B1 EP0010261B1 (fr) 1982-05-19
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ES485103A2 (es) 1980-07-01
EP0010261A1 (fr) 1980-04-30
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CA1118651A (fr) 1982-02-23
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