EP0206303B1 - Vorrichtung zum Trocknen und Überhitzen von Dampf - Google Patents

Vorrichtung zum Trocknen und Überhitzen von Dampf Download PDF

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EP0206303B1
EP0206303B1 EP86108539A EP86108539A EP0206303B1 EP 0206303 B1 EP0206303 B1 EP 0206303B1 EP 86108539 A EP86108539 A EP 86108539A EP 86108539 A EP86108539 A EP 86108539A EP 0206303 B1 EP0206303 B1 EP 0206303B1
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EP
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steam
superheater
water separator
pressure tank
separator
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EP0206303A1 (de
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Günter Dr. Keintzel
Klaus Westebbe
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Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
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L&C Steinmueller GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/26—Steam-separating arrangements
    • F22B37/266—Separator reheaters

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • Such a device is known from EP-A-128 252.
  • the dried saturated steam from the water separator enters a space which is limited by the outlet side of the water separator, the inlet surface of the superheater and part of the inner wall of the pressure vessel.
  • the superheated steam emerging from the superheater enters a partial space which is delimited by the outlet surface of the superheater, separating plates and another part of the inner wall of the pressure vessel.
  • the known device thus has different rooms in which there are very different temperatures during operation of the device, so that a deformation of this container cannot be ruled out due to the uneven temperature distribution over the circumference of the pressure vessel.
  • a device in which the two systems accommodated in the pressure jacket, namely water separators and superheaters, are structurally connected to one another over their entire length. Due to different temperatures in both systems, the connection must not only be made pushing but also sealing to avoid bypass flows. The inner surface of the pressure jacket is partially or completely exposed to wet steam and must therefore be protected against corrosion by plating or baffles in a costly manner.
  • the known arrangement there is a parallel arrangement of the water separation units to the incoming steam. In order to evenly apply the water in the steam to the water separator units, considerable resistances in the form of rectifiers must be installed, each of which means a pressure loss and thus a reduction in performance.
  • the length of the pressure vessel can be adapted to the length of an LP turbine. This concept ensures that the steam outlet lines are routed extremely cheaply. The lines can be very short, so the pressure and heat loss is low.
  • the superheater is supported and the separator is suspended, since this can be done on common cantilever arms.
  • the superheater is suspended from tie rods on the wall of the pressure vessel.
  • the water separator it has the shape of a truncated pyramid or truncated cone in the direction of the container axis, and that the water separator units determining the water separator are arranged with their steam inflow surface to the axis of the container at an angle ⁇ between 10 ° and 90 °.
  • the steam which is relaxed and thus wet in the HP part of the turbine, enters the water separator 3 via one or more connecting pieces 2.
  • the water separator is formed from baffles 4 and water separator units 5.
  • the water separator tapers - on the inflow side - along its entire length. This taper and the steam outflow surfaces 5a of the water separation units 5 arranged at an angle a of 10 ° to 90 ° to the main flow direction achieve an almost uniform impingement of the water separation units 5. Rectifiers in the form of blind-like sheets and / or perforated sheets are only required to a small extent.
  • the wet steam arrives from the inlet port 2 directly into the interior of the water separator. When the steam flows through the water separation units 5, the steam is mechanically dried.
  • the steam entry speed is reduced by appropriately dimensioning the inflow cross section of the separation system.
  • Splash water and / or larger water drops fall out of the steam flow and are discharged via a separate discharge system 6 arranged on the lower steam baffle.
  • the steam thus dried only comes into contact with the wall of the pressure jacket 1. No water-related corrosion can occur on the unplated pressure jacket walls.
  • the single- or multi-flow and / or single- or multi-stage superheater essentially consists of the tube bundles 8, which can be designed both as a U-tube or straight tube heat exchanger.
  • the tube bundles 8 can be inclined and / or operated with so-called motive steam to allow the condensate formed during the heat exchange to run off.
  • the assemblies of the superheater 7 are suspended from the tank jacket 1 via tie rods 11, while the water separator 3 is supported in a sliding manner on brackets 12 welded to the pressure jacket 1.
  • Cantilever arms 13 in the form of an I-iron are attached laterally to the inner wall of the pressure jacket.
  • the superheater 7 is slidably supported on these by sliding shoes 14, while the water separator 3 is slidably attached to the cantilever arms 13 by means of suspensions 15 which grip over the lower flange of the I-iron.
  • FIG. 5 shows the assignment of two devices to a turbine, which illustrates the short connection of the outlet connections 10 to the turbine housing.
  • FIGS. 1, 3 and 4 Reference is expressly made to the assignment of the individual assemblies which can be seen from FIGS. In an embodiment according to FIGS. 1, 3 and 4 with two superheater assemblies, a flow resistance is installed between them, as indicated in FIG. 1 at 7a.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Eine solche Vorrichtung ist aus der EP-A-128 252 bekannt. Dort tritt der getrocknete Sattdampf aus dem Wasserabscheider in einen Raum ein, der von der Austrittsseite des Wasserabscheiders, der Eintrittsfläche des Überhitzers und einem Teil der Innenwandung des Druckbehälters begrenzt ist. Der aus dem überhitzer austretende überhitzte Dampf tritt in einen Teilraum ein, der von der Austrittsfläche des überhitzers, Trennblechen und einem anderen Teil der Innenwandung des Druckbehälters begrenzt ist. Die bekannte Vorrichtung weist somit unterschiedliche Räume auf, in denen bei Betrieb der Vorrichtung stark unterschiedliche Temperaturen herrschen, so daß infolge der ungleichmäßigen Temperaturverteilung über den Umfang des Druckbehälters eine Verformung diese Behälters nicht auszuschließen ist.
  • Weitherhin ist eine Vorrichtung bekannt (EP-AI-0 005 225), bei der die beiden im Druckmantel untergebrachten Systeme, nämlich Wasserabscheider und überhitzer konstruktiv miteinander verbunden sind, und zwar über ihre Gesamtlänge. Aufgrund unterschiedlicher Temperaturen in beiden Systemen muß die Verbindung nicht nur schiebend, sondern auch gleichzeitig zur Vermeidung von Bypass-Strömungen dichtend hergestellt werden. Der Druckmantel wird auf seiner inneren Oberfläche gänzlich oder teilweise mit Naßdampf beaufschlagt und muß aus diesem Grund in kostenaufwendiger Weise gegen Korrosion durch Plattierung oder Leitbleche geschützt werden. Bei der bekannten Anordnung liegt eine parallele Anordnung der Wasserabscheideeinheiten zum zuströmenden Dampf vor. Zur gleichmäßigen Beaufschlagung der Wasserabscheideeinheiten mit dem im entstehenden Dampf befindlichen Wasser müssen erhebliche Widerstände in Form von Gleichrichtern installiert werden, die jeweils einen Druckverlust und somit eine Reduzierung der Leistung bedeuten.
  • Weiterhin sind Apparatekombinationen zum Trocknen von Dampf und anschließender überhitzung bekannt, z. B. durch DE-P-2 555 539.9-16, DE-P-3 307 101.2-16, DE-P-2 901 272 A1, US-PS-3 923 010, GB-OS-2 148 470 und DE-OS-3 307 101. Diese Apparate weisen einmal für bestimmte Turbinenkonstruktionen den Nachteil auf, daß der überhitzer und damit die Dampfaustrittsstutzen nur in einem eingeschränkten Raum anzuordnen sind. Durch diese Einschränkung sind aufwendige Dampfaustrittsleitungen und damit Druck- und Wärmeverluste zwangsläufig vorhanden.
  • Aus der DE-OS-2 712 794 ist zwar eine Vorrichtung zum Trocknen und überhitzen von Dampf mit einem liegenden zylindrischen Druckbehälter bekannt, der eine gleichmäßige Temperaturbeaufschlagung seiner Innenwandung aufweist, jedoch wird dies durch eine im Druckbehälter angeordnete Innenhülle erreicht, die im wesentlichen den Behälterabmessungen angepaßt ist und eine zusätzliches Bauteil darstellt. Weiterhin ist von Nachteil, daß die Innenwandung des Druckbehälters insgesamt unter der hohen Überhitzerausgangstemperatur steht.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von aus der EP-A1-128 252 bekannten Vorrichtung eine Vorrichtung zu schaffen, bei der der Temperaturverlauf über den Umfang des Druckbehälters vergleichmäßigt werden soll.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wasserabscheider und der Überhitzer so angeordnet sind, daß sie von Dampf im wesentlichen frei umströmbar sind, so daß nach dem Verlassen des Wasserabscheiders der getrocknete Sattdampf die gesamte Innenwandung des Druckbehälters beaufschlagt und den Wasserabscheider sowie den überhitzer praktisch vollständig umspült.
  • Somit wird erreicht, daß die Innenwandung des Druckbehälters sowohl in der Länge als auch auf dem Umfang mit Dampf gleicher Temperatur beaufschlagt wird, wobei diese die relativ niedrige Temperatur des getrockneten Sattdampfes ist. Plattierungen an der Innenwandung des Druckbehälters können eingespart werden. Es ist keine geschlossene zusätzliche Innenhülle notwendig.
  • Die Länge des Druckbehälters kann der Länge einer ND-Turbine angepaßt sein. Durch dieses Konzept wird eine äußerst günstige Führung der Dampfaustrittsleitungen erreicht. Die Leitungen können sehr kurz sein, somit ist der Druck- und der Wärmeverlust gering.
  • Neben der Verbindung zu dem seitlichen Dampfeintrittsstutzen und zu dem mindestens einen Dampfauslaßstutzen ist eine wärmebewegliche Befestigung der beiden Baugruppen an der Innenwandung des Druckbehälters erforderlich.
  • Dabei wird bevorzugt, daß der überhitzer abgestützt und der Abscheider aufgehängt sind, da dieses an gemeinsamen Kragarmen erfolgen kann.
  • Weiterhin kann es zweckmäßig sein, daß der Überhitzer an Zugankern an der Wandung des Druckbehälters aufgehängt ist.
  • Schließlich ist es möglich, daß der Abscheider abgestützt ist.
  • Für den Wasserabscheider wird bevorzugt, daß er in Richtung der Behälterachse die Gestalt eines Pyramiden- oder Kegelstumpfes aufweist, und die den Wasserabscheider bestimmenden Wasserabscheideeinheiten mit ihrer Dampfanströmfläche zur Achse des Behälters unter einem Winkel a zwischen 10° und 90 ageordnet sind.
  • Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Ansicht eines vertikalen Längsschnittes mit einer ersten Halterung von Abscheider und Überhitzer:
    • Fig. 2 eine Ansicht des horizontalen Längsschnittes II - 11 des Wasserabscheiders;
    • Fig. 3 eine Ansicht des Behälterquerschnittes 111 - 111 mit der ersten Halterung;
    • Fig. 4 eine Ansicht des Behälterquerschnittes IV - IV mit einer zweiten Halterung und
    • Fig. 5 eine Anordnung zweier erfindungsgemäßer Vorrichtungen an einer HD-Dampfturbine.
  • Der in dem HD-Teil der Turbine entspannte und damit nasse Dampf tritt über einen oder mehrere Stutzen 2 in den Wasserabscheider 3 ein. Der Wasserabscheider wird aus Leitblechen 4 und Wasserabscheideeinheiten 5 gebildet. Der Wasserabscheider verjüngt sich - auf der Zuströmseite - auf seiner gesamten Länge. Durch diese Verjüngung und die unter einem Winkel a von 10° bis 90° zur Hauptströmungsrichtung angeordneten Dampfausströmflächen 5a der Wasserabscheideeinheiten 5 wird eine nahezu gleichmässige Deaufschlagung der Wasserabscheideeinheiten 5 erreicht. Gleichrichter in Form von jalousieartigen Blechen und/oder Lochblechen sind nur in geringem Ausmaß erforderlich. Der Naßdampf gelangt aus dem oder den Eintrittsstutzen 2 unmittelbar in das Innere des Wasserabscheiders. Beim Durchströmen des Dampfes durch die Wasserabscheideeinheiten 5 wird der Dampf mechanisch getrocknet. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Wasserabscheidungssystems und zur Reduzierung der Aufwendungen zur gleichmäßigen Dampf-Wasserbeaufschlagung wird die Dampfeintrittsgeschwindigkeit durch entsprechende Dimensionierung des Zuströmquerschnittes des Abscheidungssystems herabgesetzt. Schwallwasser und/oder größere Wassertropfen fallen aus dem Dampfstrom aus und werden über ein separates, am unteren Dampfleitblech angeordnetes Abführsystem 6 abgeleitet. Der so getrocknete Dampf kommt erst jetzt mit der Wandung des Druckmantels 1 in Berührung. An den nicht plattierten Druckmantelwandungen können keine wasserbedingten Korrosionen auftreten.
  • Oberhalb des Wasserabscheiders 3 ist der Überhiter 7, der sich ebenfalls über die gesamte Behälterlänge erstreckt, angeordnet. Der ein-oder mehrflutige und/oder ein- oder mehrstufige Überhitzer besteht im wesentlichen aus den Rohrbündeln 8, die sowohl als U-Rohr- oder Geradrohrwärmetauscher ausgebildet werden können. Zum Ablauf des beim Wärmeaustausch entstehenden Kondensats innerhalb der Rohre können die Rohrbündel 8 geneigt und/oder mit sogenanntem Treibdampf betrieben werden.
  • Der in den Rohrbündeln 8 überhitzte Dampf wird über Leitbleche 9, die nur an den Auslaßststuzen 10 mit dem Druckmantel 1 verbunden sind, aus dem Apparat herausgeführt.
  • Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, sind die Baugruppen des Überhitzers 7 über Zuganker 11 am Behältermantel 1 abgehängt, während der Wasserabscheider 3 auf mit dem Druckmantel 1 verschweißten Konsolen 12 gleitend abgestützt ist.
  • Im Schnitt nach Fig. 4 wird eine andere Ausführungsform der Halterung gezeigt. Seitlich sind an der Innenwandung des Druckmantels 1 Kragarme 13 in Form eines I-Eisens befestigt. Auf diesen ist der Überhitzer 7 durch Gleitschuhe 14 schiebend abgestützt, während der Wasserabscheider 3 mit über den unteren Flansch des I-Eisens greifenden Aufhängungen 15 schiebend an den Kragarmen 13 angehängt ist.
  • In der Fig. 5 ist die Zuordnung zweier Vorrichtungen zu einer Turbine gezeigt, die die kurze Verbindung der Austrittsstutzen 10 mit dem Turbinengehäuse veranschaulicht.
  • Auf die aus den Fig. 1, 3 und 4 ersichtliche Zuordnung der einzelnen Baugruppen wird ausdrücklich verwiesen. Bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 1, 3 und 4 mit zwei Überhitzerbaugruppen wird zwischen diesen ein Strömungswiderstand eingebaut, wie in Fig. 1 bei 7a angedeutet.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Trocknen und Überhitzen von Dampf, der insbesondere bestimmt ist zur Versorgung einer Dampfturbine, mit einem liegenden zylindrischen Druckbehälter (1) mit mindestens einem stirnseitig angeordneten Dampfeintrittsstutzen (2), an dem ein im unteren Teil des Druckbehälters angeordneter und sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Druckbehälters erstreckender Wasserabscheider (3) angerschlossen ist, mit einem im oberen Teil des Druckbehälters angeordneten und sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Druckbehälters erstreckenden überhitzer (7) und mindestens einem mit dem Überhitzer verbundenen Dampfauslaßstutzen (10) auf der Oberseite des Druckbehälters, wobei der Wasserabscheider (3) und der Überhitzer (7) als Baugruppen ausgebildet und wärmebeweglich unabhängig voneinander an der Behälterwand gehalten sind, und der Dampf getrocknet aus dem Wasserabscheider in den Raum zwischen Wasserabscheideraustritt und Druckbehälterinnenwand austritt und von dort in den Überhitzer eintritt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserabscheider (3) und der Überhitzer (7) so angeordnet sind, daß sie von Dampf im wesentlichen frei umströmbar sid. so daß nach dem Verlassen des Wasserabscheiders (3) der getrocknete Sattdampf die gesamte Innenwandung des Druckbehälters (1) beaufschlagt und den Wasserabscheider (3) sowie den Überhitzer (7) praktisch vollständig umspült.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Überhitzer (7) abgestützt und der Abscheider (3) aufgehängt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Überhitzer (7) an Zugankern (11) an der Wandung des Druckbehälters (1) aufgehängt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abscheider (3) schiebend abgestützt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserabscheider (3) in Richtung der Behälterachse die Gestalt eines Pyramiden- oder Kegelstumpfes aufweist, und die den Wasserabscheider bestimmenden Wasserabscheideeinheiten (5) mit ihrer Dampfanströmfläche zur Achse des Behälters unter einem Winkel a zwischen 10° und 90° angeordnet sind.
EP86108539A 1985-06-22 1986-06-23 Vorrichtung zum Trocknen und Überhitzen von Dampf Expired EP0206303B1 (de)

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