EP0769118B1 - Wasser-dampf-trenneinrichtung - Google Patents

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EP0769118B1
EP0769118B1 EP93918915A EP93918915A EP0769118B1 EP 0769118 B1 EP0769118 B1 EP 0769118B1 EP 93918915 A EP93918915 A EP 93918915A EP 93918915 A EP93918915 A EP 93918915A EP 0769118 B1 EP0769118 B1 EP 0769118B1
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EP
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steam
pipe
pipes
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Günther PRÖBSTLE
Wolfgang Vollmer
Eberhard Wittchow
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Siemens Corp
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Siemens Corp
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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

Definitions

  • the invention relates to a device for Separation of water and steam from a water-steam mixture with two in of different heights arranged horizontally and over one Connecting pipe interconnected collectors, where in addition to the connecting pipe, the first one below Collector an inlet pipe for the water-steam mixture and a water outlet pipe for the separated water and the second collector above it a steam outlet pipe for the separated steam.
  • Such e.g. Device known from the German patent DE-C-859 736 is usually used in the evaporation system a steam generator used. At the Start-up or load change operation of such a steam generator generally fall in the evaporation system large amounts of water. The water is usually in one with respect to the flow direction of a water-steam cycle behind the evaporator heating surfaces of the Evaporation system provided water-steam drum deposited. Because such a water-steam drum due to the high vapor pressure prevailing there and the large inner diameter has a large wall thickness, is the permissible temperature change rate in Start-up and load change operations are severely limited.
  • the invention is therefore based on the object Particularly simple device for water-steam separation specify which is sufficient even with large temperature changes is heat elastic.
  • the device according to the invention works on the principle of gravity separation, whereby by Arrangement of the two collectors at different heights in a particularly good water-steam separation is achieved.
  • At least four inlet pipes for the water-steam mixture in one Group summarized.
  • For a sufficient length of stay of the water-steam mixture within the separation device To ensure the distance is expedient of the inlet pipes within a group smaller than the distance of each inlet pipe from the one connecting the collectors Connecting pipe.
  • this or each Inlet pipe one above the confluence with the first collector lying axis bent.
  • a return pipe can be provided one end of which is in the lower part of the second collector is connected to this, and the other end the water outlet pipe of the first lower collector is connected is.
  • a third below the first collector Collector can be arranged horizontally in the water outlet pipe of the first collector.
  • the second and third collectors together via a pipe be connected.
  • the steam outlet pipes of the second collector can also be combined in groups, each group comprising at least two, preferably four, steam outlet pipes. This ensures that no water is carried along with the steam emerging from the second collector, which acts as a distributor, and the steam accumulating in the second collector can be distributed in a suitable manner to subsequent heating surface systems.
  • FIG. 1 shows Cross section and Figure 2 in longitudinal section of a water-steam separation device with three arranged one above the other and interconnected collectors.
  • the device 1 according to FIG. 1 comprises three collectors 2, 3 and 4, which are cylindrical and different Height, that is, one above the other, are arranged horizontally.
  • the device 1 is used for gravity separation of water and steam of a water-steam mixture, e.g. Behind an evaporation system (not shown) of a steam generator arises.
  • the first collector 2 which is also referred to below as a separator collector is referred to, in addition to a connecting pipe 6 a number of inlet pipes 8 and one Water outlet pipe 10 on.
  • the inlet pipes 8 run curved upwards, i.e. they are one above the Openings 12 in the separator 2 lying axis bent.
  • the central axis M forms the or each Inlet pipe 8 at the junction 12 in the separator 2 with the horizontal H an angle of inclination a, the is less than or equal to 60 °.
  • the second collector 3 which in the following also serves as a steam distributor is referred to, is via the connecting tube 6 with connected to the separator 2 below. He additionally has a number of steam outlet pipes 14, only one of which can be seen in FIG. 1. Of the Steam distributor 3 is connected via a return pipe 16 to the Water outlet pipe 10 connected.
  • the third collector 4 is located below the separator collector 2 arranged, which is also referred to below as an additional collector becomes. To those provided with an outlet pipe 18 Additional collector 4, a tube 20 is connected, which with the Return pipe 16 is connected. The additional collector 4 is thus via the pipes 16 and 20 with the steam distributor 3 connected.
  • the water-steam mixture flows via the inlet pipes 8 into the separator collector 2.
  • arrows 22 and 24 indicated - water W and steam D separated.
  • the steam D flows in the direction of arrow 26 through the Connection pipe 6 in the steam distributor 3.
  • the water W flows in the direction of arrow 28 over the water outlet pipe 10 in the additional collector 4. From there the water via the outlet pipe 18 into a water-steam cycle returned.
  • the connecting tube 6 projects to form a groove 30 in the interior of the steam distributor 3 in. Therefore, the return pipe 16 is in the lower Area of this channel 30 connected to the steam distributor 3.
  • groups A and B each with four inlet pipes 8, are provided on both sides of the connecting pipe.
  • the distance d 1 between two inlet pipes 8 of a group A, B is smaller than the distance d 2 of each inlet pipe 8 from the connecting pipe 6 connecting the two collectors 2 and 3.
  • the distances d 1 , d 2 each related to the central axes of the tubes 6, 8.
  • the steam outlet pipes 14 of the steam distributor 3 are also summarized in groups E, F and arranged in such a way that the connecting tube 6 has no outlet opening Steam outlet pipe 14 is opposite.
  • the area C of the connecting tube 6 opposite Steam distributor 3 is free of steam outlet pipes 14.
  • the water W is either directly through the water outlet pipe 10 or via the optional collector 4 returned to the water-steam cycle.

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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

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Trennung von Wasser und Dampf eines Wasser-DampfGemisches mit zwei in unterschiedlicher Höhe horizontal angeordneten und über ein Verbindungsrohr miteinander verbundenen Sammlern, 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 Dampfaustrittsrohr für den abgetrennten Dampf aufweist.
Eine derartige z.B. aus der Deutchen Patentschlift DE-C-859 736 bekannte Einrichtung wird üblicherweise im Verdampfungssystem eines Dampferzeugers eingesetzt. Beim Anfahr- oder Lastwechselbetrieb eines derartigen Dampferzeugers 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 aufgrund des dort herrschenden hohen Dampfdrucks und des großen Innendurchmessers eine große Wanddicke aufweist, ist die zulässige Temperaturänderungsgeschwindigkeit im Anfahr-und Lastwechselbetrieb stark begrenzt.
Auch ist es aus der DE-OS 15 76 879 bekannt, die Trennung des Wassers vom Dampf innerhalb eines Sammlers durchzuführen. Allerdings arbeitet diese bekannte Einrichtung in besonders komplizierter Weise nach dem prinzip der Fliehkrafttrennung, wobei innerhalb aes Sammlers angeordnete seitlich abgeschlossene Rohrkörper tangential einmündende Zuführungsleitungen für das Wasser-Dampf-Gemisch aufweisen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache Einrichtung zur Wasser-Dampf-Trennung anzugeben, die auch bei großen Temperaturänderungen ausreichend wärmeelastisch ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl die Eintrittsrohre für das Wasser-Dampf-Gemisch als auch die Dampfaustrittsrohre derart angeordnet sind, daß die dem Verbindungsrochr jeweils benachbarten Bereiche des ersten und des zweiten Sammlers frei von Rohren sind.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung arbeitet 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 Aufenthaltsdauer des Wasser-Dampf-Gemisches innerhalb der Trenneinrichtung zu gewährleisten, ist zweckmäßigerweise der Abstand der Eintrittsrohre innerhalb einer Gruppe kleiner als der Abstand jedes Eintrittsrohrs vom die Sammler verbindenden 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 Bereich der Einmündung in den ersten Sammler wird erreicht, daß bereits innerhalb eines Eintrittsrohrs durch eine Wasseranreicherung in dessen unterem Bereich eine Vorabscheidung des Wassers erfolgt.
Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, wenn in vorteilhafter Weise die Mittelachse des oder jedes Eintrittsrohrs an der Einmündung in den ersten Sammler mit der Horizontalen 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 angeschlossen ist.
Damit das abgetrennte Wasser in geeigneter Weise dem Wasser-Dampf-Kreislauf erneut zugeführt werden kann, kann vorteilhafterweise unterhalb des ersten Sammlers ein dritter Sammler horizontal angeordnet sein, in den das Wasseraustrittsrohr des ersten Sammlers mündet. Dabei können der zweite und der dritte Sammler über ein Rohr miteinander verbunden sein.
Auch können die Dampfaustrittsrohre des zweiten Sammlers gruppenweise zusammengefaßt sein, wobei jede Gruppe mindestens zwei, vorzugsweise vier, Dampfaustrittsrohre umfaßt. Dadurch ist sichergestellt, daß mit dem aus dem auch als Verteiler wirkenden zweiten Sammler austretenden Dampf kein Wasser mitgeführt wird, wobei im zweiten Sammler anfallender Dampf in geeigneter Weise auf nachfolgende Heizflächensysteme verteilt werden kann.
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 4, 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 Dampferzeugers anfällt.
Der erste Sammler 2, der im folgenden auch als Abscheidesammler bezeichnet wird, weist zusätzlich zu einem Verbindungsrohr 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 Abscheidesammler 2 mit der Horizontalen H einen Neigungswinkel a, der kleiner oder gleich 60° ist.
Der zweite Sammler 3, der im folgenden auch als Dampfverteiler bezeichnet wird, ist über das Verbindungsrohr 6 mit dem darunter liegenden Abscheidesammler 2 verbunden. Er weist zusätzlich eine Anzahl von Dampfaustrittsrohren 14, 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 4 angeordnet, der im folgenden auch als Zusatzsammler bezeichnet wird. An den mit einem Auslaßrohr 18 versehenen Zusatzsammler 4 ist ein Rohr 20 angeschlossen, das mit dem Rücklaufrohr 16 verbunden ist. Der Zusatzsammler 4 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 Abscheidesammler 2. Dort werden - wie durch die Pfeile 22 und 24 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 Wasseraustrittsrohr 10 in den Zusatzsammler 4. Von dort wird das Wasser über das Austrittsrohr 18 in einen Wasser-Dampf-Kreislauf 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 Dampfverteilers 3 hinein. Daher ist das Rücklaufrohr 16 im unteren Bereich dieser Rinne 30 an den Dampfverteiler 3 angeschlossen.
Durch den gekrümmten und geneigten Verlauf der Eintrittsrohre 8 findet unter Einwirkung von Zentrifugal- und Schwerkraft bereits innerhalb der Eintrittsrohre 8 gewissermaßen eine Abscheidung des Wassers W statt. Dabei reichert sich das Wasser-Dampf-Gemisch im unteren Bereich der Eintrittsrohre 8 mit Wasser W an.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind zu beiden Seiten des Verbindungsrohrs 6 Gruppen A und B mit jeweils vier Eintrittsrohren 8 vorgesehen. Dabei ist der Abstand d1 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 d1, d2 jeweils auf die Mittelachsen der Rohre 6, 8 bezogen.
Die Dampfaustrittsrohre 14 des Dampfverteilers 3 sind ebenfalls in Gruppen E, F zusammengefaßt und derart angeordnet, daß dem Verbindungsrohr 6 keine Austrittsöffnung eines Dampfaustrittsrohrs 14 gegenüberliegt. Mit anderen Worten: Der dem Verbindungsrohr 6 gegenüberliegende Bereich C des Dampfverteilers 3 ist frei von Dampfaustrittsrohren 14.
Während der Dampf D zunächst über die Dampfaustrittsrohre 14 auf nachfolgende und in den Wasser-Dampf-Kreislauf geschaltete (nicht dargestellte) Heizflächen verteilt wird, wird das Wasser W entweder direkt über das Wasseraustrittsrohr 10 oder über den nur optional vorgesehenen Zusatzsammler 4 in den Wasser-Dampf-Kreislauf zurückgeführt.

Claims (8)

  1. Einrichtung zur Trennung von Wasser und Dampf eines Wasser-Dampf-Gemisches mit zwei in unterschiedlicher Höhe horizontal angeordneten und über ein Verbindungsrohr (6) miteinander verbundenen Sammlern (2, 3), wobei zusätzlich zum Verbindungsrohr (6) der unten gelegene erste Sammler (2) eine Anzahl von Eintrittsrohren (8) für das Wasser-Dampf-Gemisch sowie ein Wasseraustrittsrohr (10) für das abgetrennte Wasser (W) und der darüber liegende zweite Sammler (3) eine Anzahl von Dampfaustrittsrohr (14) für den abgetrennten Dampf (D) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Eintrittsrohre (8) für das Wasser-Dampf-Gemisch als auch die Dampfaustrittsrohre (14) derart angeordnet sind, daß die dem Verbindungsrohr (6) jeweils benachbarten Bereiche (C, d2) des ersten Sammlers (2) und des zweiten Sammlers (3) frei von Rohren (8, 14) sind.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mindestens vier Eintrittsrohre (8) für das Wasser-Dampf-Gemisch in einer Gruppe (A, B) zusammengefaßt sind, wobei der Abstand (d1) zwischen den Eintrittsrohren (8) innerhalb einer Gruppe (A, B) kleiner ist als der Abstand (d2) jedes Eintrittsrohrs (8) vom die Sammler (2, 3) verbindenden Verbindungsrohrs (6).
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Eintrittsrohr (8) um eine obernalb der Einmündung (12) in den ersten Sammler (2) liegende Achse gebogen ist.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (M) des oder jedes Eintrittsrohrs (8) an der Einmündung (12) in den ersten Sammler (2) mit der Horizontalen (H) einen Neigungswinkel (a) bildet, der kleiner oder gleich 60° ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch 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, gekennzeichnet durch einen unterhalb des ersten Sammlers (2) horizontal angeordneten dritten Sammler (4), in den das Wasseraustrittsrohr (10) des ersten Sammlers (2) mündet.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sammler (3) und der dritte Sammler (4) über ein Rohr (16, 20) miteinander verbunden sind.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfaustrittsrohre (14) des zweiten Sammlers (3) gruppenweise zusammengefaßt sind, wobei jede Gruppe (E, F) mindestens zwei, vorzugsweise vier, Dampfaustrittsrohre (14) umfaßt.
EP93918915A 1992-09-07 1993-08-25 Wasser-dampf-trenneinrichtung Expired - Lifetime EP0769118B1 (de)

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