EP0673489B1 - Wasserabscheider - Google Patents

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EP0673489B1
EP0673489B1 EP94900740A EP94900740A EP0673489B1 EP 0673489 B1 EP0673489 B1 EP 0673489B1 EP 94900740 A EP94900740 A EP 94900740A EP 94900740 A EP94900740 A EP 94900740A EP 0673489 B1 EP0673489 B1 EP 0673489B1
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EP
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inlet pipes
water
water separator
container
steam
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Eberhard Wittchow
Rudolf Kral
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
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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
    • F22B37/28—Steam-separating arrangements involving reversal of direction of flow

Definitions

  • the invention relates to a water separator for separating water from a water-steam mixture according to the preamble of claim 1.
  • a water-steam separation device In the evaporation system of a once-through steam generator, a water-steam separation device is usually used in the flow direction of a water-steam circuit behind the evaporator heating surfaces, which, in particular during start-up, divides the water-steam mixture arriving there into a water flow and a steam flow.
  • a separation device is known from EP-A-0 090 264.
  • the invention has for its object to design a water separator such that water can be separated from it in a water-steam mixture, which is free of steam, and that the remaining wet steam undisturbed, for. B. can flow into subsequent heating surfaces.
  • the inlet pipes open tangentially
  • the central axes of the inlet pipes intersect at a point lying on the vertical axis of the container, so that the water is guided into the lower part of the separating container due to the impact of the mixture flows.
  • the angle of inclination between the central axis of each inlet tube and the vertical axis of the container is between 15 ° and 60 °, preferably 45 ° to 55 °.
  • the number of inlet pipes can vary depending on the size of the separator, the inlet pipes being expediently arranged symmetrically in each case. Due to the inclined arrangement of the inlet pipes, a water-steam mixture flow entering the water separator is initially directed downward. The water is preferably collected in the lower part of the separator tank, while the steam together with the water not discharged downward flows upwards after deflection in the axial direction and is discharged there via the outflow opening.
  • a number of outlet pipes corresponding to the number of inlet pipes is provided as the outflow opening, which is offset in relation to the inlet pipes and distributed around the circumference and arranged radially.
  • internals for guiding the mixture flow downwards and deflecting the wet steam upwards are provided within the tank.
  • the internals are designed in such a way that surface parts lying above the mouths of the inlet pipes and the center are covered in segments, so that the water-steam mixture flow is forced to be deflected.
  • the internals can be above one and / or extend the area lying below the mouths of the inlet pipes.
  • the internals advantageously comprise cover plates running at least approximately at right angles to the axis of the container and guide walls arranged parallel to the axis of the container.
  • the water separator 1 according to FIG. 1 comprises a closed container 2 with inlet pipes 4 arranged obliquely and outlet pipes 6 arranged radially running, as well as a coaxial water outlet 8. Instead of the outlet pipes 6, a central exhaust pipe can also be provided.
  • the angle of inclination a between the vertical axis A of the container 2 and the central axis M of each inlet pipe 4 is between 15 ° and 60 °, z. B. 45 ° according to this embodiment.
  • the extensions of the central axes M of the inlet pipes 4 intersect at a point P, which lies on the vertical axis A of the container 2.
  • FIG. 2 shows, four inlet pipes 4 and four outlet pipes 6 are evenly distributed around the circumference of the container 2 and arranged offset from one another. Both the inlet pipes 4 and the outlet pipes 6 face each other in pairs.
  • a tube 12 is installed in the central region of the container 2, which carries a star-shaped or segment-like cover 14 extending to the container wall at the lower end and extends to the container lid 16, so that before the outlet pipes 6 are built-in segments 18 are formed.
  • a water-steam mixture flows into the container 2 in the direction of the arrows 20 via the inclined inlet pipes 4. After the collision of the mixture flows in the area of point P, wet steam deflected upwards flows through the segments 18 and over the outlet pipes 6, while water falling down flows out via the water outlet 8.
  • the internals in turn comprise a central tube 12 'and cover plates 14' running at right angles to the axis A of the container 2, which are connected to guide walls 22 running parallel to the axis A.
  • the guide walls 22 form segment-like guide spaces and delimit entry areas 24a and exit areas 24b in the container interior.
  • the water-steam mixture entering the container 2 via the inlet pipes 4 is first guided in the direction of arrow 25 into a settling chamber 26 and segregates into water and wet steam.
  • the wet steam is deflected by 180 ° and in Direction of the arrow 27 through an outflow chamber 28 located above the internals 12 ', 14', 22 and via the outlet pipes 6 in the direction of the arrows 30 to downstream heating surfaces (not shown).
  • water separated from the water-steam mixture, which is free of steam, is discharged via the water outlet 8.

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Abstract

Ein Wasserabscheider (1) wird üblicherweise im Verdampfungssystem eines Dampferzeugers mit überlagertem Umlauf eingesetzt. Der Wasserabscheider (1) zum Abtrennen von Wasser aus einem Wasser-Dampf-Gemisch umfaßt eine Anzahl von am Umfang eines Behälters (2) verteilt und unter einem Neigungswinkel (a) schräg verlaufend angeordnete Einrittsrohre (4) und eine unterhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) vorgesehene Ablauföffnung (8) für Wasser sowie eine oberhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) vorgesehene Abströmöffnung (6) für Naßdampf. Erfindungsgemäß schneiden sich die Mittelachsen (M) der Eintrittsrohre (4) in einem unterhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) auf der vertikalen Achse (A) des Behälters (2) liegenden Punkt (P). Mit einem derartig ausgebildeten Wasserabscheider (1) wird erreicht, daß einerseits Wasser abgeschieden wird, das frei von Dampf ist, und daß andererseits der restliche Naßdampf ungestört abströmen kann.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserabscheider zum Abtrennen von Wasser aus einem Wasser-Dampf-Gemisch gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Im Verdampfungssystem eines Durchlaufdampferzeugers wird üblicherweise in Strömungsrichtung eines Wasser-Dampf-Kreislaufs hinter den Verdampferheizflächen eine Wasser-Dampf-Trenneinrichtung eingesetzt, die, insbesondere beim Anfahrbetrieb, das dort ankommende Wasser-Dampf-Gemisch in einen Wasserstrom und einen Dampfstrom aufteilt. Eine derartige Trenneinrichtung ist aus der EP-A-0 090 264 bekannt.
  • Bei einem Durchlaufdampferzeuger, bei dem einem ersten Verdampferteil ein Umlauf überlagert werden soll, wird hinter diesem ersten Verdampferteil lediglich ein Wasserteilstrom aus dem Wasser-Dampf-Gemisch abgezweigt und dem Verdampfereintritt zugeführt. Dabei soll dieser abgezweigte Wasserstrom möglichst vollständig frei von Dampf sein. Der verbleibende, einem dem ersten Verdampferteil nachgeschalteten zweiten Verdampferteil zugeführte Massenstrom ist dann im Gegensatz zu einem Durchlaufdampferzeuger ohne Umlaufsystem ein Gemisch aus Wasser und Dampf, sogenannter Naßdampf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wasserabscheider derart zu gestalten, daß in ihm aus einem Wasser-Dampf-Gemisch Wasser abgeschieden werden kann, das frei von Dampf ist, und daß der verbleibende Naßdampf ungestört, z. B. in nachfolgende Heizflächen, abströmen kann.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Trenneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
  • Während bei der aus der genannten EP-A-090 264 bekannten Trenneinrichtung die Eintrittsrohre tangential einmünden, schneiden sich bei der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung die Mittelachsen der Eintrittsrohre in einem auf der vertikalen Achse des Behälters liegenden Punkt, so daß aufgrund des Aufprallens der Gemischströme aufeinander das Wasser in den unteren Teil des Abscheidebehälters geführt wird.
  • Der Neigungswinkel zwischen der Mittelachse jedes Eintrittsrohres und der vertikalen Achse des Behälters beträgt zwischen 15° und 60°, vorzugsweise 45° bis 55°. Die Anzahl der Eintrittsrohre kann je nach Abscheidergröße unterschiedlich sein, wobei die Eintrittsrohre zweckmäßigerweise in jedem Fall symmetrisch angeordnet sind. Durch die schräge Anordnung der Eintrittsrohre wird ein in den Wasserabscheider eintretender Wasser-Dampf-Gemischstrom zunächst nach unten gelenkt. Dabei wird das Wasser bevorzugt im unteren Teil des Abscheidebehälters gesammelt, während der Dampf zusammen mit dem nicht nach unten abgeführten Wasser nach einer Umlenkung in axialer Richtung nach oben strömt und dort über die Abströmöffnung abgeführt wird.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Wasserabscheiders ist als Abströmöffnung eine der Anzahl der Eintrittsrohre entsprechende Anzahl von Austrittsrohren vorgesehen, die gegenüber den Eintrittsrohren versetzt am Umfang verteilt und radial verlaufend angeordnet sind.
  • Um zu verhindern, daß ein über die Eintrittsrohre in den Abscheidebehälter eintretendes Wasser-Dampf-Gemisch als Kurzschlußstrom direkt zu den Austrittsrohren gelangt, sind innerhalb des Behälters Einbauten zum Führen des Gemischstroms nach unten und Umlenken des Naßdampfes nach oben vorgesehen. Die Einbauten sind dabei zwechmäßigerweise derart gestaltet, daß oberhalb der Einmündungen der Eintrittsrohre liegende Flächenteile und das Zentrum segmentartig verdeckt sind, so daß der Wasser-Dampf-Gemischstrom zur Umlenkung gezwungen wird. Dabei können sich die Einbauten über einen oberhalb und/oder unterhalb der Einmündungen der Eintrittsrohre liegenden Bereich erstrecken.
  • Die Einbauten umfassen vorteilhafterweise mindestens annähernd rechtwinklig zur Achse des Behälters verlaufende Abdeckplatten und parallel zur Achse des Behälters angeordnete Leitwände. Aufgrund einer dadurch bedingten Zwangsströmung nach unten und einer Umlenkung des Gemischstroms um 180° gelangt das Wasser bevorzugt in den unteren Teil des Abscheidebehälters.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt I-I gemäß Fig.2 und
    Figur 2
    einen Querschnitt II-II gemäß Fig. 1 eines Wasserabscheiders mit schräg verlaufenden Eintrittsrohren und radial verlaufenden Austrittsrohren sowie mit Einbauten zur Strömungsführung, und
    Figuren 3 und 4
    eine weitere Ausführungsform eines Wasserabscheiders im Längsschnitt gemäß III-III bzw. im Querschnitt gemäß IV-IV.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der Wasserabscheider 1 gemäß Figur 1 umfaßt einen geschlossenen Behälter 2 mit schräg verlaufend angeordneten Eintrittsrohren 4 und radial verlaufend angeordneten Austrittsrohren 6 sowie einem koaxialen Wasserablauf 8 . Anstelle der Austrittsrohre 6 kann auch ein zentrales Abzugsrohr vorgesehen sein.
  • Der Neigungswinkel a zwischen der vertikalen Achse A des Behälters 2 und der Mittelachse M eines jeden Eintrittrohrs 4 beträgt zwischen 15° und 60°, z. B. gemäß diesem Ausführungsbeispiel 45°. Die Verlängerungen der Mittelachsen M der Eintrittsrohre 4 schneiden sich in einem Punkt P, der auf der vertikalen Achse A des Behälters 2 liegt.
  • Wie Figur 2 zeigt, sind jeweils vier Eintrittsrohre 4 und vier Austrittsrohre 6 gleichmäßig am Umfang des Behälters 2 verteilt und gegeneinander versetzt angeordnet. Dabei stehen sich sowohl die Eintrittsrohre 4 als auch die Austrittsrohre 6 paarweise gegenüber.
  • Oberhalb der Einmündungen 10 der Eintrittsrohre 4 in den Behälter 2 ist im zentralen Bereich des Behälters 2 ein Rohr 12 eingebaut, das am Unterende eine sich sternförmig oder segmentartig bis an die Behälterwand erstreckende Abdeckung 14 trägt und sich bis zum Behälterdeckel 16 erstreckt, so daß vor den Austrittsrohren 6 einbautenfreie Segmente 18 gebildet sind.
  • Über die schräg verlaufenden Eintrittsrohre 4 strömt in Richtung der Pfeile 20 ein Wasser-Dampf-Gemisch in den Behälter 2 ein. Nach erfolgtem Zusammenprall der Gemischströme im Bereich des Punktes P strömt nach oben umgelenkter Naßdampf durch die Segmente 18 und über die Austrittsrohre 6 ab, während nach unten fallendes Wasser über den Wasserablauf 8 abströmt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 und 4 umfassen die Einbauten wiederum ein zentrales Rohr 12' und zur Achse A des Behälters 2 rechtwinklig verlaufende Abdeckplatten 14', die mit parallel zur Achse A verlaufenden Leitwänden 22 verbunden sind. Die Leitwände 22 bilden segmentartige Führungsräume und begrenzen im Behälterinnenraum Eintrittsbereiche 24a und Austrittsbereiche 24b.
  • Das über die Eintrittsrohre 4 in den Behälter 2 eintretende Wasser-Dampf-Gemisch wird in Richtung des Pfeils 25 zunächst in einen Beruhigungsraum 26 geführt und entmischt in Wasser und Naßdampf. Der Naßdampf wird um 180° umgelenkt und in Richtung des Pfeils 27 durch einen oberhalb der Einbauten 12', 14', 22 liegenden Abströmraum 28 und über die Austrittsrohre 6 in Richtung der Pfeile 30 zu nachgeschalteten Heizflächen (nicht dargestellt) geführt. Im Beruhigungsraum 26 aus dem Wasser-Dampf-Gemisch abgeschiedenes Wasser, das frei von Dampf ist, wird über den Wasserablauf 8 abgeführt.

Claims (9)

  1. Wasserabscheider (1) zum Abtrennen von Wasser aus einem Wasser-Dampf-Gemisch mit einer Anzahl von am Umfang eines Behälters (2) verteilt und unter einem Neigungswinkel (a) schräg verlaufend angeordneten Eintrittsrohren (4) und mit einer unterhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) vorgesehenen Ablauföffnung (8) für Wasser sowie mit einer oberhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) vorgesehenen Abströmöffnung (6) für Naßdampf,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mittelachsen (M) der Eintrittsrohre (4) in einem unterhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) auf der vertikalen Achse (A) des Behälters (2) liegenden Punkt (P) schneiden.
  2. Wasserabscheider nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (a) zwischen der Mittelachse (M) jedes Eintrittsrohrs (4) und der vertikalen Achse (A) des Behälters (2) kleiner als 60° ist.
  3. Wasserabscheider nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Abzugsöffnung eine der Anzahl der Eintrittsrohre (4) entsprechende Anzahl von Austrittsrohren (6) vorgesehen ist, die gegenüber den Eintrittsrohren (4) versetzt am Umfang des Behälters (2) verteilt und radial verlaufend angeordnet sind.
  4. Wasserabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß Einbauten (12, 14; 12', 14', 22) zum Umlenken des Dampfes vorgesehen sind.
  5. Wasserabscheider nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (12, 14; 12', 14',22) eine segmentartige Abtrennung von Eintrittsbereichen (24a) und Austrittsbereichen (24b) bilden.
  6. Wasserabscheider nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die die Eintrittsbereiche (24a) bildenden Segmente oberhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) abgedeckt sind.
  7. Wasserabscheider nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einbauten (12, 14) über einen oberhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) liegenden Bereich erstrecken.
  8. Wasserabscheider nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einbauten (12', 14', 22) über einen unterhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) liegenden Bereich erstrecken.
  9. Wasserabscheider nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten (12', 14', 22) mindestens annähernd rechtwinklig zur vertikalen Achse (A) des Behälters (2) verlaufende Abdeckplatten (14') und parallel zu dieser vertikalen Achse (A) verlaufende Leitwände (22) umfassen.
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