EP0769118A1 - Wasser-dampf-trenneinrichtung - Google Patents

Wasser-dampf-trenneinrichtung

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EP0769118A1
EP0769118A1 EP93918915A EP93918915A EP0769118A1 EP 0769118 A1 EP0769118 A1 EP 0769118A1 EP 93918915 A EP93918915 A EP 93918915A EP 93918915 A EP93918915 A EP 93918915A EP 0769118 A1 EP0769118 A1 EP 0769118A1
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inlet
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    • 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

Definitions

  • the device operates according to the invention on the principle of gravitational separation, where a particularly good water-vapor separation 'is achieved by the arrangement of the two collectors at different heights in a simple manner.
  • This effect can be intensified if the central axis of the or each inlet pipe at the junction with the first collector with the horizon tal forms an angle of inclination that is less than or equal to 60 °.
  • the first collector 2 which is also referred to below as a separating collector, has a number of inlet pipes 8 and a water outlet pipe 10.
  • the inlet pipes 8 are curved upwards, i.e. they are bent about an axis above the mouths 12 in the separating collector 2.
  • the central axis M of the or each inlet pipe 8 at the opening 12 into the separating collector 2 forms an angle of inclination a with the horizontal H which is less than or equal to 60 °.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)

Abstract

Die Einrichtung (1) zur Trennung von Wasser (W) und Dampf (D) eines Wasser-Dampf-Gemisches weist erfindungsgemäß zwei in unterschiedlicher Höhe horizontal angeordnete und über ein Verbindungsrohr (6) miteinander verbundene Sammler (2, 3) auf. Zusätzlich zum Verbindungsrohr (6) umfaßt der unten gelegene erste Sammler (2) ein Eintrittsrohr (8) für das Wasser-Dampf-Gemisch sowie ein Wasseraustrittsrohr (10) für das abgetrennte Wasser (W). Der darüberliegende zweite Sammler (3) umfaßt zusätzlich zum Verbindungsrohr (6) ein Dampfaustrittsrohr (14) für den abgetrennten Dampf (D). Diese nach dem Prinzip der Schwerkrafttrennung arbeitende Einrichtung (1) ist besonders wärmeelastisch und ermöglicht daher einen sicheren Betrieb auch bei großen Temperaturgradienten.

Description

Wasser-Dampf-Trenneinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Trennung von Wasser und Dampf eines Wasser-Dampf- Gemisches.
Eine derartige Einrichtung wird üblicherweise im Ver¬ dampfungssystem eines Dampferzeugers eingesetzt. Beim Anfahr- oder Lastwechselbetrieb eines derartigen Dampf- erzeugers fallen im allgemeinen im Verdampfungssystem große Mengen Wasser an. Das Wasser wird üblicherweise in einer in bezug auf die Strömungsrichtung eines Wasser- Dampf-Kreislaufs hinter den Verdampferheizflächen des Verdampfungssystems vorgesehenen Wasser-Dampf-Trommel abgeschieden. Da eine derartige Wasser-Dampf-Trommel auf¬ grund des dort herrschenden hohen Dampfdrucks und des großen Innendurchmessers eine große Wanddicke aufweist, ist die zulässige Temperaturänderungsgeschwindigkeit im Anfahr-und Lastwechselbetrieb stark begrenzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache Einrichtung zur Wasser-Dampf-Trennung anzugeben, die auch bei großen Temperaturänderungen aus¬ reichend wärmeelastisch ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch zwei in unterschiedlicher Höhe horizontal angeordnete und über ein Verbindungsrohr miteinander verbundene Sammler, wobei zusätzlich zum Verbindungsrohr der unten gelegene erste Sammler ein Eintrittsrohr für das Wasser-Dampf-Gemisch sowie ein Wasseraustrittsrohr für das abgetrennte Wasser und der darüber liegende zweite Sammler ein Dampfaustritts- rohr für den abgetrennten Dampf aufweist. Zwar ist es aus der DE-OS 15 16 879 bereits bekannt, die Trennung des Wassers vom Dampf innerhalb eines Sammlers durchzuführen. Allerdings arbeitet diese bekannte Einrich¬ tung in besonders komplizierter Weise nach dem Prinzip der Fliehkrafttrennung, wobei innerhalb des Sammlers angeordne¬ te seitlich abgeschlossene Rohrkörper tangential einmünden¬ de Zuführungsleitungen für das Wasser-Dampf-Gemisch aufwei¬ sen.
Demgegenüber arbeitet die Einrichtung gemäß der Erfindung nach dem Prinzip der Schwerkrafttrennung, wobei durch die Anordnung der beiden Sammler in verschiedenen Höhen in einfacher Weise eine besonders gute Wasser-Dampf-Trennung' erreicht wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind jeweils mindestens vier Eintrittsrohre für das Wasser-Dampf-Gemisch in einer Gruppe zusammengefaßt. Um eine ausreichende Aufenthalts¬ dauer des Wasser-Dampf-Gemisches innerhalb der Trennein- richtung zu gewährleisten, ist zweckmäßigerweise der Ab¬ stand der Eintrittsrohre innerhalb einer Gruppe kleiner als der Abstand jedes Eintrittsrohrs vom die Sammler ver¬ bindenden Verbindungsrohr.
in besonders zweckmäßiger Weiterbildung ist das oder jedes Eintrittsrohr um eine oberhalb der Einmündung in den ersten Sammler liegende Achse gebogen. Durch eine derartige Krümmung des oder jedes Eintrittsrohres zumindest im Be¬ reich der Einmündung in den ersten Sammler wird erreicht, daß bereits innerhalb eines Eintrittsrohrs durch eine
Wasseranreicherung in dessen unterem Bereich eine Vorab¬ scheidung des Wassers erfolgt.
Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, wenn in vorteil- hafter Weise die Mittelachse des oder jedes Eintrittsrohrs an der Einmündung in den ersten Sammler mit der Horizon- talen einen Neigungswinkel bildet, der kleiner oder gleich 60° ist.
Um mit dem Dampf in den zweiten Sammler mitgerissenes Wasser abzuführen, kann ein Rücklaufrohr vorgesehen sein, dessen eines Ende im unteren Bereich des zweiten Sammlers an diesen angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an das Wasseraustrittsrohr des ersten unteren Sammlers ange¬ schlossen ist.
Damit das abgetrennte Wasser in geeigneter Weise dem Wasser- Dampf-Kreislauf erneut zugeführt werden kann, kann vorteil¬ hafterweise unterhalb des ersten Sammlers ein dritter Sammler horizontal angeordnet sein, in den das Wasseraus- trittsrohr des ersten Sammlers mündet. Dabei können der zweite und der dritte Sammler über ein Rohr miteinander verbunden sein.
Um den im zweiten Sammler anfallenden Dampf in geeigneter Weise auf nachfolgende Heizflächensysteme zu verteilen, weist dieser zweite Sammler eine Anzahl von Dampfaustritts- rohren auf, die derart angeordnet sind, daß der dem Verbin¬ dungsrohr gegenüberliegende Bereich des zweiten Sammlers frei von Dampfaustrittsrohren ist. Dazu können die Dampf- austrittsrohre des zweiten Sammlers gruppenweise zusammen¬ gefaßt sein, wobei jede Gruppe mindestens zwei, vorzugs¬ weise vier, Dampfaustrittsrohre umfaßt. Dadurch ist sicher¬ gestellt, daß mit dem aus dem auch als Verteiler wirkenden zweiten Sammler austretenden Dampf kein Wasser mitgeführt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen die Figur 1 im Querschnitt und die Figur 2 im Längsschnitt eine Wasser- Dampf-Trenneinrichtung mit drei übereinander angeordneten und miteinander verbundenen Sammlern. Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Einrichtung 1 gemäß Figur 1 umfaßt drei Sammler 2, 3 und A, die zylindrisch ausgebildet und in unterschiedlicher Höhe, das heißt übereinander, horizontal angeordnet sind. Die Einrichtung 1 dient zur Schwerkrafttrennung von Wasser und Dampf eines Wasser-Dampf-Gemisches, das z.B. hinter einem (nicht dargestellten) Verdampfungssystem eines Dampf- erzeugers anfällt.
Der erste Sammler 2, der im folgenden auch als Abscheide¬ sammler bezeichnet wird, weist zusätzlich zu einem Verbin¬ dungsrohr 6 eine Anzahl von Eintrittsrohren 8 sowie ein Wasseraustrittsrohr 10 auf. Die Eintrittsrohre 8 verlaufen nach oben gekrümmt, d.h. sie sind um eine oberhalb der Einmündungen 12 in den Abscheidesammler 2 liegende Achse gebogen. Dabei bildet die Mittelachse M des oder jedes Eintrittsrohrs 8 an der Einmündung 12 in den Abscheidesamm- ler 2 mit der Horizontalen H einen Neigungswinkel a, der kleiner oder gleich 60° ist.
Der zweite Sammler 3, der im folgenden auch als Dampfver¬ teiler bezeichnet wird, ist über das Verbindungsrohr 6 mit dem darunter liegenden Abscheidesammler 2 verbunden. Er weist zusätzlich eine Anzahl von Dampfaustrittsrohren 1A, von denen in Figur 1 lediglich eines zu sehen ist. Der Dampfverteiler 3 ist über ein Rücklaufrohr 16 mit dem Wasseraustrittsrohr 10 verbunden.
Unterhalb des Abscheidesammlers 2 ist der dritte Sammler A angeordnet, der im folgenden auch als Zusatzsammler be¬ zeichnet wird. An den mit einem Auslaßrohr 18 versehenen Zusatzsammler A ist ein Rohr 20 angeschlossen, das mit dem Rücklaufrohr 16 verbunden ist. Der Zusatzsammler A ist somit über die Rohre 16 und 20 mit dem Dampfverteiler 3 verbunden. Beim Betrieb der Trenneinrichtung 1 strömt das Wasser- Dampf-Gemisch über die Eintrittsrohre 8 in den Abscheide¬ sammler 2. Dort werden - wie durch die Pfeile 22 und 2A angedeutet - Wasser W und Dampf D voneinander getrennt. Der Dampf D strömt in Richtung des Pfeils 26 durch das Verbindungsrohr 6 in den DampfVerteiler 3. Das Wasser W strömt in Richtung des Pfeils 28 über das Wasseraustritts¬ rohr 10 in den Zusatzsammler A. Von dort wird das Wasser über das Austrittsrohr 18 in einen Wasser-Dampf-Kreis¬ lauf zurückgeführt.
Um mit dem Dampf D in den Dampfverteiler 3 mitgeführtes Wasser W abführen zu können, ragt das Verbindungsrohr 6 zur Bildung einer Rinne 30 in das Innere des Dampfvertei¬ lers 3 hinein. Daher ist das Rücklaufrohr 16 im unteren Bereich dieser Rinne 30 an den Dampfverteiler 3 ange¬ schlossen.
Durch den gekrümmten und geneigten Verlauf der Eintritts- röhre 8 findet unter Einwirkung von Zentrifugal- und Schwer¬ kraft bereits innerhalb der Eintrittsrohre 8 gewissermaßen eine Abscheiduπg des Wassers W statt. Dabei reichert sich das Wasser-Dampf-Gemisch im unteren Bereich der Eintritts¬ rohre 8 mit Wasser W an.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind zu beiden Seiten des Verbindungsrohrs 6 Gruppen A und B mit jeweils vier Ein¬ trittsrohren 8 vorgesehen. Dabei ist der Abstand d, zwischen zwei Eintrittsrohren 8 einer Gruppe A, B kleiner als der Abstand d2 jedes Eintrittsrohrs 8 vom die beiden Sammler 2 und 3 verbindenden Verbindungsrohr 6. Wie in der Figur 2 dargestellt, sind die Abstände ^ , d2 jeweils auf die Mittelachsen der Rohre 6, 8 bezogen.
Die Dampfaustrittsrohre 1A des Dampfverteilers 3 sind eben¬ falls in Gruppen E, F zusammengefaßt und derart angeordnet, daß dem Verbindungsrohr 6 keine Austrittsöffnung eines Dampfaustrittsrohrs 1A gegenüberliegt. Mit anderen Worten: Der dem Verbindungsrohr 6 gegenüberliegende Bereich C des Dampfverteilers 3 ist frei von Dampfaustrittsrohren 1A.
Während der Dampf D zunächst über die Dampfaustrittsrohre 1A auf nachfolgende und in den Wasser-Dampf-Kreislauf ge¬ schaltete (nicht dargestellte) Heizflächen verteilt wird, wird das Wasser W entweder direkt über das Wasseraustritts¬ rohr 10 oder über den nur optional vorgesehenen Zusatz¬ sammler A in den Wasser-Dampf-Kreislauf zurückgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Trennung von Wasser und Dampf eines Wasser-Dampf-Gemisches, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei in unterschiedlicher Höhe horizontal angeordnete und über ein Verbindungsrohr (6) miteinander verbundene Sammler (2, 3), wobei zusätzlich zum Verbin¬ dungsrohr (6) der unten gelegene erste Sammler (2) ein Ein¬ trittsrohr (8) für das Wasser-Dampf-Gemisch sowie ein Wasseraustrittsrohr (10) für das abgetrennte Wasser (W) und der darüber liegende zweite Sammler (3) ein Dampfaus¬ trittsrohr (1A) für den abgetrennten Dampf (D) aufweist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils mindestens vier Eintrittsrohre (8) für das Wasser- Dampf-Gemisch in einer Gruppe (A, B) zusammengefaßt sind, wobei der Abstand (d,) zwischen den Eintrittsrohren (8) innerhalb einer Gruppe (A, B) kleiner ist als der Abstand (ύC) jedes Eintrittsrohrs (8) vom die Sammler (2, 3) ver¬ bindenden Verbindungsrohrs (6).
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das oder jedes Eintrittsrohr (8) um eine oberhalb der Einmün¬ dung (12) in den ersten Sammler (2) liegende Achse gebogen ist.
A. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mittelachse (M) des oder jedes Eintrittsrohrs (8) an der Einmündung (12) in den ersten Sammler (2) mit der Horizon¬ talen (H) einen Neigungswinkel (a) bildet, der kleiner oder gleich 60° ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis A, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Rücklaufrohr (16), dessen eines Ende im unteren Bereich (30) des zweiten Sammlers (3) an diesen angeschlossen ist, und dessen anderes Ende an das Wasseraustrittsrohr (10) des ersten unteren Sammlers (2) angeschlossen ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen unterhalb des ersten Sammlers (2) horizontal angeordneten dritten
Sammler (A), in den das Wasseraustrittsrohr (10) des ersten Sammlers (2) mündet.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Sammler (3) und der dritte Sammler (A) über ein Rohr (16, 20) miteinander verbunden sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Sammler (3) eine Anzahl von Dampfaustrittsrohren (1A) aufweist, die derart angeordnet sind, daß der dem Verbindungsrohr (6) gegenüberliegende Bereich (C) des zwei¬ ten Sammlers (3) frei von Dampfaustrittsrohren (1A) ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dampfaustrittsrohre (1A) des zweiten Sammlers (3) gruppen¬ weise zusammengefaßt sind, wobei jede Gruppe (E, F) mindestens zwei, vorzugsweise vier, Dampfaustrittsrohre (1A) umfaßt.
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