EP0051200A1 - Verteiler für Zweiphasengemische, insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln - Google Patents

Verteiler für Zweiphasengemische, insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a distributor for two-phase mixtures, in particular water-steam mixtures in once-through boilers, with a distributor drum into which an inlet pipe leads and from which several outlet pipes arranged at an angle to the direction of the inlet pipe start.
  • Such distributors are provided, for example, between different boiler areas, where after a first heating in relatively large pipe cross sections, a transfer to superheater areas with pipes of larger numbers but smaller cross sections takes place.
  • the distribution on the drain pipes should be as uniform as possible to avoid negative effects, for example overheating in weakly loaded boiler areas. So far, this task has not been completely satisfactorily achieved. Similar distribution problems with uneven two-phase mixtures can also exist in chemical plants, flow laboratories, etc.
  • the distributor drum has a flat baffle plate which is perpendicular to the direction of the inlet pipe and the edge of which leads symmetrically and smoothly to the outlet pipes.
  • baffle plate is a circular disc which is arranged in a rotationally symmetrical distributor drum opposite the cylindrical feed pipe.
  • the baffle plate it is also conceivable to design the baffle plate as a regular polygon with relatively few drain pipes, in the corners of which the drain pipes lie.
  • the edge leading smoothly to the drain pipes is intended to prevent the liquid component distributed uniformly on the baffle plate by the deflection due to disturbances, for example corners at the edge.
  • the edge can lead obliquely, in particular curved, to the drain pipes.
  • corners with walls that run at an acute angle to one another should be avoided, while corners with obtuse angles of, for example, more than 135 ° are permissible because they practically no longer interfere.
  • a rotationally symmetrical arrangement of the distributor is particularly advantageous for large numbers of pipes with eight or more pipes on a distributor drum.
  • the diameter of the circular disk should be larger than the diameter of the inlet pipe, for example 1.2 to 2 times.
  • non-rotationally symmetrical Arrangements are chosen to match the same dimensions.
  • the distance of the baffle plate from the mouth of the inlet pipe must be at least so large that the baffle plate does not exert a blocking effect with an undesirably large flow resistance. It is a good value, for example, if the distance is approximately as large as the diameter of the inlet pipe.
  • the invention can be carried out in such a way that the baffle plate and the outlet pipes are arranged in one half 'and the inlet pipe in the other half of the ball and that the two Halves are flanged or welded together.
  • the side of the baffle plate facing away from the inlet pipe can be adapted to the spherical shape of the distributor drum in order to obtain a uniform support.
  • other favorable constructions are also conceivable for the plate with the distributor drum which may be stressed by vibrations, as will be explained in more detail later.
  • the baffle plate is formed by a flat wall area of the distributor drum. So here the baffle plate is not an additional component but a specially shaped area of the distribution drum itself. This area can be an integral part of the wall of the distribution drum, which is manufactured as a forged piece, for example. However, it can also be formed by a welded-in floor with a special material if required.
  • FIG. 1 in a vertical and in FIG. 2 in one Horizontal section is shown.
  • the distributor 1 belongs to a once-through boiler with fossil fuel. It sits between a first heating zone charged with feed water and a second heating zone in which further evaporation and / or overheating takes place. Therefore, a water-steam mixture comes from the first heating zone at a pressure of, for example, 90 to 160 bar in an inlet pipe 2 in the direction of the arrow 3.
  • the water flows at a speed of, for example, 2 to 6 m / s. especially along the wall of the tube 2, while the steam at a speed of 15 to 20 m primarily runs in the middle of the circular tube cross section.
  • the tube 2 has a diameter d of, for example, 360 mm. It protrudes by approximately this diameter into a spherical distributor drum 4, which is welded together at 7 from two hemispheres 5 and 6.
  • the ball diameter is 700 mm.
  • a plane circular disk is arranged as a baffle plate 10 in a rotationally symmetrical manner with respect to the axis 8 of the inlet pipe 2 shown in dash-dotted lines, which also passes through the center of the ball 4.
  • the baffle plate 10 is exactly opposite the inlet line 2. Its plane forms a right angle with the vertical axis 8 of the inlet pipe 2, the axis 8 passing through the center of the circle of the baffle plate 10.
  • the edge 12 of the baffle plate is welded to the wall of the underside 6 of the drum 4, a smooth transition being created.
  • the angle 14 which is formed on the weld seam 13 is much larger at 150 ° than an acute angle. This results in a smooth transition from the baffle plate 10 to drain pipes 15, which are arranged symmetrically around the circumference on the lower part 6 of the drum, as shown in FIG. 2.
  • the diameter D of the baffle plate 10 is 460 mm larger by more than 1/4 than the diameter d of the inlet pipe 2. This ensures that an expanding beam, which is indicated by the arrows 16, also with one for the uniform Spread sufficient; Distance from the edge 12 meets the baffle plate 10.
  • the diameter D can also be chosen to be larger, for example 2d.
  • the distance A of the baffle plate 10 from the mouth 18 of the inlet pipe 2 is appropriately 1 to 4 times the diameter d.
  • the value is not critical and can also be selected to be smaller, in particular at low flow velocities, for example 0.8d, if this does not cause undesired throttling of the flow.
  • the water of the two-phase mixture supplied asymmetrically in the inlet pipe 2 due to pipe elbows or for other reasons is distributed uniformly over the flat surface of the baffle plate 10.
  • This also results in a uniform distribution over the eight drain pipes 15 distributed around the edge of the lower part 6.
  • This means that the areas connected to the drain pipes 15 of a superheater zone (not shown) in the boiler are evenly pressurized with liquid and steam in the desired manner, such as is represented by the arrows 19. This prevents local overheating there.
  • the inlet pipe 2 at right angles and symmetrically opposite plate is formed by the wall of the distribution drum 4 itself, one can imagine that the spherical region 20 below the baffle plate 10 is omitted.
  • the side of the baffle plate 10 derived from the tube 2 with the hatched area 21 can also be adapted to the spherical shape of the half 6.
  • baffle plate 10 can also be designed and arranged in such a way that its optionally curved edge extends right up to the drain pipes 15.

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Abstract

Zur gleichmäßigen Verteilung von Zweiphasen-Gemischen mit Hilfe einer Verteilertrommel (4) mit einem Zulaufrohr (2) und mehreren Ablaufrohren (15) ist eine ebene Prallplatte (10) vorgesehen, die dem Zulaufrohr (2) rechtwinklig gegenüberliegt und über einen glatten Rand (12) in die symmetrisch angeordneten Ablaufrohre (15) führt. Die Erfindung kommt insbesondere für Durchlauf-Dampfkessel in Frage.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verteiler für Zweiphasengemische, insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln, mit einer Verteilertrommel, in die ein Zulaufrohr führt, und von der mehrere unter einem Winkel zur Richtung des Zulaufrohres angeordnete Ablaufrohre ausgehen.
  • Solche Verteiler sind zum Beispiel zwischen verschiedenen Kesselbereichen vorgesehen, wo nach einer ersten Aufheizung in verhältnismäßig großen Rohrquerschnitten eine Überleitung zu Uberhitzerbereichen mit Rohren größerer Zahl aber kleinerer Querschnitte erfolgt. Die Aufteilung auf die Ablaufrohre soll dabei möglichst gleichmäßig sein, um negative Auswirkungen, zum Beispiel eine Uberhitzung in schwach beaufschlagten Kesselbereichen zu vermeiden. Diese Aufgabe ist bisher nicht voll zufriedenstellend gelöst. Ähnliche Verteilungsprobleme mit ungleichmäßigen Zweiphasengemischen können aber auch in chemischen Betrieben, Strömungslabors usw. vorliegen.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verteilertrommel eine ebene Prallplatte aufweist, die rechtwinklig zur Richtung des Zulaufrohres liegt und deren Rand symmetrisch und glatt zu den Ablaufrohren führt.
  • Mit einer solchen Prallplatte wird eine Vergleichmäßigung dadurch erreicht, daß die aus dem Zulaufrohr austretende flüssige Komponente unabhängig von ihrer Verteilung über den Rohrquerschnitt durch die Richtungsänderung auf der ebenen Prallplatte vom Staupunkt gleichmäßig nach allen Seiten verläuft. Auf dem bei der Erfindung symmetrisch und glatt zu den Ablaufrohren führenden Rand strömt die flüssige Komponente dann ohne Störung weiter, so daß die Vergleichmäßigung unabhängig von Ungleichmäßigkeiten der Strömung im Zulaufrohr erhalten bleibt und die Ablaufrohre in gleicher Weise, d.h. mit gleichen Anteilen von flüssigem und dampfförmigem Medium beaufschlagt werden.
  • Die symmetrische Anordnung des Randes in bezug auf die Ablaufrohre ergibt sich in optimaler Weise, wenn die Prallplatte eine Kreisscheibe ist, die in einer rotationssymmetrischen Verteilertrommel gegenüber dem zylindrischen Zulaufrohr angeordnet ist. Es ist aber im Prinzip auch denkbar, bei verhältnismäßig wenigen Ablaufrohren die Prallplatte als regelmäßiges Polygon auszubilden, in dessen Ecken die Ablaufrohre liegen.
  • Der glatt zu den Ablaufrohren führende Rand soll vermeiden, daß die an der Prallplatte durch die Umlenkung gleichmäßig verteilte flüssige Komponente durch Störungen, zum Beispiel Ecken am Rand wieder ungleichmäßig wird. Zu diesem Zweck kann der Rand,schräg, insbesondere gekrümmt zu den Ablaufrohren führen. Jedenfalls sollen Ecken mit spitzwinklig zueinander verlaufenden Wänden vermieden werden, während Ecken mit stumpfen Winkeln von zum Beispiel mehr als 135° zulässig sind, weil sie praktisch nicht mehr stören.
  • Wie schon gesagt, ist eine rotationssymmetrische Anordnung des Verteilers besonders für große Rohrzahlen mit acht oder mehr Rohren an einer Verteilertrommel günstig. Hierbei soll der Durchmesser der Kreisscheibe.größer als der Durchmesser des Zulaufrohres sein, zum Beispiel das 1,2 bis 2-fache betragen. Für nichtrotationssymmetrische Anordnungen wählt man sinngemäß gleiche Abmessungen.
  • Der Abstand der Prallplatte von der Mündung des Zulaufrohres muß mindestens so groß sein, daß die Prallplatte keine Stauwirkung mit einem unerwünscht großen Strömungswiderstand ausübt. Ein günstiger Wert ist es zum Beispiel, wenn der Abstand etwa so groß wie der Durchmesser des Zulaufrohres ist.
  • Für den.Fa11 einer kugelförmigen Verteilertrommel, die im Hinblick auf Wärmebeanspruchungen besonders günstig ist, kann man die Erfindung so ausführen, daß die Prallplatte und die Ablaufrohre in der einen Hälfte'und das Zulaufrohr in der anderen Hälfte der Kugel angeordnet sind und daß die beiden Hälften zusammengeflanscht oder verschweißt sind. Dabei kann.die dem Zulaufrohr abgekehrte Seite der Prallplatte der Kugelform der Verteilertrommel angepaßt sein, um eine gleichmäßige Auflage zu erhalten. Es sind aber auch andere günstige Konstruktionen für die unter Umständen durch Schwingungen beanspruchte Platte mit der Verteilertrommel denkbar, wie später noch näher erläutert wird.
  • Eine andere Ausfühiungsform der Erfindung besteht darin, daß die Prallplatte von einem ebenen Wandbereich der Verteilertrommel gebildet wird. Hier ist also die Prallplatte kein zusätzliches Bauteil sondern ein besonders geformter Bereich der Verteilertrommel selbst. Dieser Bereich kann integraler Bestandteil der Wandung der zum Beispiel als Schmiedestück hergestellten Verteilertrommel sein. Er kann aber auch durch einen eingeschweißten Boden mit einem bei Bedarf besonderen Werkstoff gebildet werden.
  • Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in Fig. 1 in einem Vertikal- und in Fig. 2 in einem Horizontalschnitt dargestellt ist.
  • Der Verteiler 1 gehört zu einem Zwangsdurchlaufkessel mit fossiler Befeuerung. Er sitzt zwischen einer mit Speisewasser beaufschlagten ersten Heizzone und einer zweiten Heizzone, in der eine weitere Verdampfung und/oder Uberhitzung stattfindet. Deshalb kommt aus der ersten Heizzone ein Wasser-Dampf-Gemisch bei einem Druck von zum Beispiel 90 bis 160 bar in einem Zulaufrohr 2 in Richtung des Pfeiles 3. Dabei strömt das Wasser mit einer Geschwindigkeit von zum Beispiel 2 bis 6 m/se. vor allem an der Wand des Rohres 2 entlang, während der Dampf mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 20 m in erster Linie in der Mitte des kreisförmigen Rohrquerschnitts verläuft.
  • Das Rohr 2 hat einen Durchmesser d von zum Beispiel 360 mm. Es ragt um etwa diesen Durchmesser in eine kugelförmige Verteilertrommel 4,-die aus zwei Halbkugeln 5 und 6 bei 7 zusammengeschweißt ist. Der Kugeldurchmesser beträgt 700 mm.
  • In der Verteilertrommel 4 ist rotationssymmetrisch zu der strichpunktiert dargestellten Achse 8 des Zulaufsrohres 2, die auch durch den Mittelpunkt der Kugel 4 geht, eine ebene Kreisscheibe als Prallplatte 10 angeordnet. Die Prallplätte 10 liegt der Zulaufleitung 2 genau gegenüber. Ihre Ebene bildet mit der vertikalen Achse 8 des Zulaufrohres 2 einen rechten-Winkel, wobei die Achse 8 durch den Mittelpunkt des Kreises der Prallplatte 10 geht.
  • Der Rand 12 der Prallplatte ist mit der Wand der Unterseite 6 der Trommel 4 verschweißt, wobei ein glatter Obergang geschaffen ist. Jedenfalls ist der an der Schweißnaht 13 entstehende Winkel 14 mit 150° weit größer als ein spitzer Winkel. Dadurch ergibt sich ein glatter Übergang von der Prallplatte 10 zu Ablaufrohren 15, die am Unterteil 6 der Trommel symmetrisch um den Umfang verteilt angeordnet sind, wie die Fig. 2 zeigt.
  • Der Durchmesser D der Prallplatte 10 ist mit 460 mm um mehr als 1/4 größer als der Durchmesser d des Zulaufrohres 2. Damit wird erreicht, daß auch ein sich aufweitender Strahl, der durch die Pfeile 16 angedeutet ist, noch mit einem für die gleichmäßige Ausbreitung ausreichenden; Abstand vom Rand 12 auf die Prallplatte 10 trifft. Zu diesem Zweck kann der Durchmesser D auch größer, zum Beispiel 2d, gewählt werden.
  • Der Abstand A der Prallplatte 10 von der Mündung 18 des Zulaufrohres 2 beträgt zweckmäßig das 1 bis 4-fache des Durchmessers d. Der Wert ist jedoch nicht kritisch und kann besonders bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten auch kleiner gewählt werden, zum Beispiel 0,8d, wenn damit keine unerwünschte Drosselung der Strömung verursacht wird.
  • Mit der erfindungsgemäßen Prallplatte 10 wird das auf Grund von Rohrkrümmern oder aus anderen Gründen unsymmetrisch im Zulaufrohr 2 zugeführte Wasser des Zweiphasengemisches gleichmäßig über die ebene Fläche der Prallplatte 10 verteilt. Damit ergibt sich auch eine gleichmäßige Aufteilung auf die acht um den Rand des Unterteils 6 verteilten Ablaufrohre 15. Dies bedeutet, daß die mit den Ablaufrohren 15 angeschlossenen weiteren Bereiche einer nicht dargestellten Uberhitzerzone im Kessel in gewünschter Weise gleichmäßig mit Flüssigkeit und Dampf beaufschlagt werden, wie durch die Pfeile 19 dargestellt ist. Damit werden dort örtliche Uberhitzungen vermieden.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die dem Zulaufrohr 2 rechtwinklig und symmetrisch gegenüberliegende Platte von der Wand der Verteilertrommel 4 selbst gebildet ist, kann man sich so vorstellen, daß der Kugelbereich 20 unterhalb der Prallplatte 10 entfällt. Andererseits kann die dem Rohr 2 abgeleitete Seite der Prallplatte 10 mit dem gestrichelt schraffierten Bereich 21 auch der Kugelform der Hälfte 6 angepaßt werden.
  • Bei den Ausführungsbeispielen liegt zwischen dem Rand 12 und den Ablaufrohren 15 ein kurzes Stück der unteren Kugelhälfte 6. Die Prallplatte 10 kann aber auch so ausgebildet und angeordnet sein, daß ihr gegebenenfalls aufgewölbter Rand bis unmittelbar zu den Abläufrohren 15 reicht.

Claims (7)

1. Verteiler für Zweiphasengemische, insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln, mit einer Verteilertrommel, in die ein Zulaufrohr führt, und von der mehrere, unter einem Winkel zur Richtung des Zulaufrohres angeordnete Ablaufrohre ausgehen, dadurch gekennzeichnet , daß die Verteilertrommel (4) eine ebene Prallplatte (10) aufweist, die rechtwinklig zur Richtung des Zulaufrohres (2) liegt und deren Rand (12) symmetrisch und glatt zu den Ablaufrohren (15) führt.
2. Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallplatte (10) eine Kreisscheibe ist, die in einer rotationssymmetrischen Verteilertrommel (4) gegenüber dem zylindrischen Zulaufrohr (2) angeordnet ist.
3. Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser (D) der Kreisscheibe (10) großer als der Durchmesser (d) des Zulaufrohres (2) ist.
4. Verteiler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand (A) der Prallplatte (10) von der Mündung (18) des Zulaufrohres (2) etwa so groß wie dessen Durchmesser (d) ist.
5. Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer kugelförmigen Verteilertrommel, dadurch gekennzeichnet , daß die Prallplatte (10) und die Ablaufrohre (15) in der einen Hälfte (6) und das Zulaufrohr (2) in der anderen Hälfte (5) der Kugel (4) angeordnet sind und daß die beiden Hälften (5,6) zusammengeflanscht oder verschweißt sind.
6. Verteiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Zulaufrohr (2) abgekehrte Seite der Prallplatte (10) der Kugelform der Verteilertrommel (4) angepaßt ist.
7. Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (10) von einem ebenen Wandbereich der Verteilertrommel (4) gebildet wird.
EP81108508A 1980-10-30 1981-10-19 Verteiler für Zweiphasengemische, insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln Expired EP0051200B2 (de)

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DE3040927A DE3040927C1 (de) 1980-10-30 1980-10-30 Verteiler fuer Zweiphasengemische,insbesondere Wasser-Dampf-Mischungen in Zwangsdurchlaufkesseln
DE3040927 1980-10-30

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EP0051200A1 true EP0051200A1 (de) 1982-05-12
EP0051200B1 EP0051200B1 (de) 1983-06-29
EP0051200B2 EP0051200B2 (de) 1988-07-20

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