EP0886743B1 - Wasserabscheidesystem - Google Patents

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EP0886743B1
EP0886743B1 EP97915328A EP97915328A EP0886743B1 EP 0886743 B1 EP0886743 B1 EP 0886743B1 EP 97915328 A EP97915328 A EP 97915328A EP 97915328 A EP97915328 A EP 97915328A EP 0886743 B1 EP0886743 B1 EP 0886743B1
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EP
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steam
water
container
separation system
partial
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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

Definitions

  • the invention relates to a water separation system for Separate water from a water-steam mixture with at least an inlet pipe arranged on the circumference of a container and provided with one above the inlet pipe Outlet pipe for steam.
  • water / water / steam mixture flowing into the water separator is in a container as a result of a combination separated from the effects of gravity and centrifugal force.
  • the water is separated from the container walls and flows down while the steam due to the inclination of the inlet pipes first led down and then on a flow reversal in the separator in the upper area of the tank is subtracted.
  • a water separation system is known from FR-A-961 953, with a container on the inlet side Disconnecting device for a partial steam flow upstream is.
  • the invention has for its object a water separation system with a particularly high separation quality.
  • This task is the beginning of a water separation system mentioned type according to the invention solved in that the Container on the inlet side to separate a partial steam flow a pipe bend is upstream, one of which Steam partial flow line branches.
  • the invention is based on the consideration of an existing one Fluid separator through a pre-separation to relieve a partial steam flow.
  • this upstream of the container of the water separation system and arranged parallel to this separator is using the pressure differential across the tank of the water separation system before the actual one Water separator steam is withdrawn from the water separator outflowing steam can be added.
  • the centrifugal force effect in the pipe bend is used, whereby in Area of water-steam stratification in the pipe bend a subset of the steam is drawn off.
  • each inlet pipe on the circumference of the container at an angle of inclination and / or arranged tangentially.
  • the inflow to the upstream separation device can done from above or from below. Therefore, the pipe bend the separator curved up or down his. Especially in the case of an inflow from below a drainage of the upstream separation device for Container of the water separator may be provided. To do this the steam partial flow line connected a drainage line and / or a drainage vessel in the partial steam flow line be switched.
  • the upstream is the end of the pipe bend
  • Steam partial flow line expediently branches while in the case of a downwardly curved pipe bend, the one facing it End of the steam flow line preferably siphon-like is trained.
  • connection of the steam lines from the water separator tank and the disconnecting device upstream of this can be directly behind the water separator or in one higher-level collection system.
  • the outlet pipe and the steam partial flow line are then with one another or with connected to the common collection system.
  • the advantages achieved with the invention are in particular in that due to one on the inflow side of the separator separated and run parallel to this Partial steam flow the pressure loss in the water separation system decreased. As a result of the resulting reduced The steam flow to the actual separator is reduced Vapor speed in the separator, so that an entrainment of Drops of water in the separated steam flow is avoided.
  • the formation of the separation device in the form of a pipe bend with connected steam partial flow line in addition, particularly small dimensions and small wall thicknesses the actual separator. This in turn leads to a particularly low total pressure drop in the water separation system and due to the small wall thicknesses to one particularly favorable behavior with temperature changes.
  • the water separation system 1 comprises a closed one Container 2 with an obliquely arranged Inlet tube 4 and an axially extending Outlet pipe 6 and also an axial water drain 8.
  • a closed one Container 2 with an obliquely arranged Inlet tube 4 and an axially extending Outlet pipe 6 and also an axial water drain 8.
  • the axial outlet pipe 6 instead of the axial outlet pipe 6, several, e.g. extractor pipes running at an angle or radially his.
  • the inlet pipe 4 goes into an upwardly curved one Elbow 10 over, together with one in the bend area steam partial flow line 12 connected to the container 2 upstream and parallel to this Separating device 14 forms.
  • the steam partial flow line 12 is connected to the outlet pipe 6, which is in a vapor collection system 16 opens.
  • a water / water / steam mixture flows G over the pipe bend 10 of the inlet pipe 4 into the container 2.
  • the inflow of the pipe bend 10 takes place from above.
  • a partial steam flow D upstream of the container 2 Elbow 10 and the partial steam flow line 12 is withdrawn and fed to the steam system 16 behind the container 2.
  • the centrifugal effect in the pipe bend 10 is used, in which Area of a water-steam stratification formed in the pipe bend 10 a subset of steam separated per unit of time becomes.
  • the steam partial flow D arises accordingly Pressure conditions in the water separation system 1, i.e. in the container 2 and in the parallel or steam partial flow line 12, on.
  • the container 2 is shown with two inlet pipes 4. While the one shown on the right side of the figure Elbow 10 is curved upwards, is on the tube bend 10 'shown on the left side of the figure is curved downward. Branched into the end facing the pipe bend 10 Partial steam flow line 12 is a drainage vessel 22 switched, which via a drainage line 23 with the lower region of the container 2 is connected. The drainage of the downward curved pipe bend 10 'takes place over a siphon 24 which is part of the steam partial flow line 12 '. The siphon 24 is also via a drainage line 25 connected to the lower area of the container 2. The Siphon-like configuration of the pipe bend 10 ' The end of the partial steam flow line 12 'is in FIG. 3 shown.
  • the partial steam flow lines 12, 12 ' are to the outlet pipe 6 connected. As dashed on the left side of Figure 2 shown, the steam partial flow line 12 'can also be connected directly to the steam collection system 16. To the Influence pressure loss in the steam partial flow line 12 ', a throttle or a valve 26 is connected in this.
  • Inlet pipes 4 with any combination from the top and downwardly curved pipe bends 10, 10 'may be provided can, the number of inlet pipes 4 should be limited to a few be because with an increasing number of inlet pipes 4 the Run-out ratios of that represented by curve 20 Beam is disturbed.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wasserabscheidesystem zum Abscheiden von Wasser aus einem Wasser-Dampf-Gemisch mit mindestens einem am Umfang eines Behälters angeordneten Eintrittsrohr und mit einem oberhalb des Eintrittsrohrs vorgesehenen Austrittsrohr für Dampf.
Ein derartiges, z.B. aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 42144 A1 bekanntes Wasserabscheidesystem mit einem Wasserabscheider wird üblicherweise im Verdampfungssystem eines Durchlauf- oder Zwangdurchlaufdampferzeugers eingesetzt. Er dient zur Abscheidung von Wasser aus einem Wasser/Wasser-Dampf-Gemisch am Ende einer als Verdampfer bezeichneten Heizfläche des Dampferzeugers. Dadurch soll vermieden werden, daß Wasser in nachfolgende Überhitzer-Heizflächen gelangt. Eine solche Störung der mediumsseitigen Beaufschlagung der Heizflächeneintritte führt infolge einer Beheizung zu unterschiedlichen Massenströmen in den Heizflächen. Die dadurch bedingte unterschiedliche Kühlung kann zu unzulässigen Übertemperaturen und damit zu Schäden an den Rohren der Heizflächen führen.
Das über üblicherweise geneigte Eintrittsrohre häufig tangential in den Wasserabscheider einströmende Wasser/Wasser-Dampf-Gemisch wird in einem Behälter infolge einer Kombination aus Schwerkraft- und Fliehkraftwirkung getrennt. Dabei wird das Wasser an den Behälterwänden abgeschieden und fließt nach unten, während der Dampf aufgrund der Neigung der Eintrittsrohre zunächst nach unten geführt und im Anschluß an eine Strömungsumkehr im Abscheider im oberen Bereich des Behälters abgezogen wird.
Mit zunehmendem Dampfgehalt und zunehmender Dampferzeugerlast verengt sich allerdings der durch das Verhältnis aus Abwärtsströmung und Aufwärtsströmung definierte strömungstechnische Querschnitt, so daß die Geschwindigkeiten der Gemischanteile zunehmen und der Druckverlust ansteigt. Da infolge der vergleichsweise hohen Geschwindigkeit des Wasser/Wasser-Dampf-Gemisches vom Dampf wässrige Tröpfchen mitgerissen werden, nimmt die Abscheidegüte zunehmend ab. Mit zunehmender Anzahl an Eintrittsrohren werden zudem die Auslaufverhältnisse des Gemisch-Strahles zunehmend gestört.
Aus der FR-A-961 953 ist ein Wasserabscheidesystem bekannt, bei dem einem Behälter eintrittsseitig eine Abtrennvorrichtung für einen Dampfteilstrom vorgeschaltet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,ein Wasserabscheidesystem mit einer besonders hohen Abscheidegüte anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem Wasserabscheidesystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Behälter eintrittsseitig zur Abtrennung eines Dampfteilstroms ein Rohrbogen vorgeschaltet ist, von dem eine Dampfteilstrromleitung abzweigt.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, einen bestehenden Wasserabscheider strömungstechnisch durch eine Vorabscheidung eines Dampfteilstroms zu entlasten.
Mittels dieser dem Behälter des Wasserabscheidesystems vorgeschalteten und parallel zu diesem angeordneten Abscheidevorrichtung wird unter Nutzung der Druckdifferenz über dem Behälter des Wasserabscheidesystems bereits vor dem eigentlichen Wasserabscheider Dampf abgezogen, der dem aus dem Wasserabscheider abströmenden Dampf zugemischt werden kann. Dabei wird die Fliehkraftwirkung im Rohrbogen genutzt, wobei im Bereich einer sich im Rohrbogen bildenden Wasser-Dampf-Schichtung eine Teilmenge des Dampfes abgezogen wird.
Um innerhalb des Behälters eine Fliehkraftabscheidung aufrecht zu erhalten, ist das oder jedes Eintrittsrohr am Umfang des Behälters unter einem Neigungswinkel schräg verlaufend und/oder tangential angeordnet.
Die Anströmung der vorgeschalteten Abtrennvorrichtung kann von oben oder von unten erfolgen. Daher kann der Rohrbogen der Abtrennvorrichtung nach oben oder nach unten gekrümmt sein. Insbesondere im Fall einer Anströmung von unten sollte eine Entwässerung der vorgeschalteten Abtrennvorrichtung zum Behälter des Wasserabscheiders vorgesehen sein. Dazu kann an die Dampfteilstromleitung eine Entwässerungsleitung angeschlossen und/oder in die Dampfteilstromleitung ein Entwässerungsgefäß geschaltet sein.
Bei einem nach oben gekrümmten Rohrbogen der vorgeschalteten Abtrennvorrichtung ist das dem Rohrbogen zugewandte Ende der Dampfteilstromleitung zweckmäßigerweise verzweigt, während bei einem nach unten gekrümmten Rohrbogen das diesem zugewandte Ende der Dampfstromleitung vorzugsweise syphonartig ausgebildet ist.
Die Zusammenführung der Dampfleitungen vom Behälter des Wasserabscheiders und der diesem vorgeschalteten Abtrennvorrichtung kann direkt hinter dem Wasserabscheider oder in einem übergeordneten Sammelsystem erfolgen. Das Austrittsrohr und die Dampfteilstromleitung sind dann miteinander bzw. mit dem gemeinsamen Sammelsystem verbunden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß aufgrund eines auf der Zuströmseite des Abscheiders abgetrennten und parallel zu diesem geführten Dampfteilstroms sich der Druckverlust im Wasserabscheidesystem verringert. Infolge des dadurch bedingten verringerten Dampfstroms zum eigentlichen Abscheider verringert sich die Dampfgeschwindigkeit im Abscheider, so daß ein Mitreißen von Wassertropfen im abgeschiedenen Dampfstrom vermieden ist.
Die Ausbildung der Abtrennvorrichtung in Form eines Rohrbogens mit angeschlossener Dampfteilstromleitung ermöglicht darüber hinaus besonders geringe Abmessungen und kleine Wandstärken des eigentlichen Abscheiders. Dies wiederum führt zu einem besonders geringen Gesamtdruckverlust des Wasserabscheidesystems und aufgrund der geringen Wandstärken zu einem besonders günstigen Verhalten bei Temperaturänderungen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Figur 1
ein Wasserabscheidesystem mit einem nach oben gekrümmten Eintritts-Rohrbogen,
Figur 2
ein Wasserabscheidesystem gemäß Figur 1 mit einem nach unten gekrümmten und einem nach oben gekrümmten Eintritts-Rohrbogen, und
Figuren 3
im Ausschnitt einen Schnitt entlang der Linie III-III in Figur 2 mit einem syphonartig ausgebildeten Rohrbogen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Wasserabscheidesystem 1 gemäß Figur 1 umfaßt einen geschlossenen Behälter 2 mit einem schräg verlaufend angeordneten Eintrittsrohr 4 und einem axial verlaufend angeordneten Austrittsrohr 6 sowie einem ebenfalls axialen Wasserablauf 8. Anstelle des axialen Austrittsrohrs 6 können auch mehrere, z.B. schräg oder radial verlaufende, Abzugsrohre vorgesehen sein.
Das Eintrittsrohr 4 geht zuströmseitig in einen nach oben gekrümmten Rohrbogen 10 über, der zusammen mit einer im Bogenbereich angeschlossen Dampfteilstromleitung 12 eine dem Behälter 2 vorgeschaltete und zu diesem parallel angeordnete Abtrennvorrichtung 14 bildet. Die Dampfteilstromleitung 12 ist an das Austrittsrohr 6 angeschlossen, das in ein Dampfsammelsystem 16 mündet.
Beim Betrieb des Wasserabscheidesystems 1 strömt ein Wasser/Wasser-Dampf-Gemisch G über den Rohrbogen 10 des Eintrittsrohrs 4 in den Behälter 2. Die Anströmung des Rohrbogens 10 erfolgt dabei von oben. Mittels der Abtrennvorrichtung 14 wird ein Dampfteilstrom D vor dem Behälter 2 über den Rohrbogen 10 und die Dampfteilstromleitung 12 abgezogen und hinter dem Behälter 2 dem Dampfsystem 16 zugeführt. Hierbei wird die Fliehkraftwirkung im Rohrbogen 10 genutzt, wobei im Bereich einer sich im Rohrbogen 10 bildenden Wasser-Dampf-Schichtung pro Zeiteinheit eine Dampfteilmenge abgetrennt wird. Dabei stellt sich der Dampfteilstrom D entsprechend den Druckverhältnissen im Wasserabscheidesystem 1, d.h. im Behälter 2 und in der Parallel- oder Dampfteilstromleitung 12, ein.
Das verbleibende Wasser/Wasser-Dampf-Gemisch G' strömt über das Eintrittsrohr 4 in den Behälter 2 ein. Infolge des Einlauf Strahl-Aufpralls an Wänden 18 des Behälters 2 bildet sich ein Schwall S, der mit den Geschwindigkeitsverhältnissen im Gleichgewicht steht. Würden die Belastungen durch einen hohen Dampfanteil ansteigen, so würde der im Behälter 2 abgeschiedene Dampfstrom D' Wassertropfen mitreißen. Dies wird durch die vorgeschaltete Abtrennvorrichtung 14 vermieden.
Die Abscheidung des Wassers aus dem Wasser/Wasser-Dampf-Gemisch G' erfolgt an den Wänden 18 des Behälters 2, wenn das Wasser/Wasser-Dampf-Gemisch G' über das vorzugsweise geneigt und tangential angeordnete Eintrittsrohr 4 einströmt. Der Dampf wird aufgrund der Neigung der Eintrittsrohre 4 zunächst nach unten geführt und nach einer Strömungsumkehr im Behälter 2 axial oben abgezogen. Der Strömungsverlauf ist durch die Kurve 20 dargestellt. Mit zunehmendem Dampfgehalt und zunehmender Last verengt sich der strömungstechnische Querschnitt Q, so daß die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt und der Druckverlust steigt. Die Abscheidegüte würde nun schlechter werden, da bei hohen Geschwindigkeiten Tröpfchen mitgerissen werden. Durch die Parallelführung des Dampfteilstroms D vor dem Behälter 2 wird dieses vermieden, da die zum Behälter 2 geführte Dampfmenge und somit auch die Dampfgeschwindigkeit nun vergleichsweise gering ist.
In Figur 2 ist der Behälter 2 mit zwei Eintrittsrohren 4 dargestellt. Während der auf der rechten Figurenseite dargestellte Rohrbogen 10 nach oben gekrümmt ist, ist der auf der linken Figurenseite dargestellte Rohrbogen 10' nach unten gekrümmt. In die am dem Rohrbogen 10 zugewandten Ende verzweigte Dampfteilstromleitung 12 ist ein Entwässerungsgefäß 22 geschaltet, das über eine Entwässerungsleitung 23 mit dem unteren Bereich des Behälters 2 verbunden ist. Die Entwässerung des nach unten gekrümmten Rohrbogens 10' erfolgt über einen Syphon 24, der Teil der Dampfteilstromleitung 12' ist. Der Syphon 24 ist über eine Entwässerungsleitung 25 ebenfalls an den unteren Bereich des Behälters 2 angeschlossen. Die syphonartige Ausgestaltung des dem Rohrbogen 10' zugewandten Endes der Dampfteilstromleitung 12' ist in Figur 3 dargestellt.
Die Dampfteilstromleitungen 12, 12' sind an das Austrittsrohr 6 angeschlossen. Wie auf der linken Seite der Figur 2 gestrichelt dargestellt, kann die Dampfteilstromleitung 12' auch direkt an das Dampfsammelsystem 16 angeschlossen sein. Um den Druckverlust in der Dampfteilstromleitung 12' zu beeinflussen, ist in diese eine Drossel oder ein Ventil 26 geschaltet.
Obwohl mehrere am Umfang des Behälters 2 verteilt angeordnete Eintrittsrohre 4 mit beliebigen Kombinationen von nach oben und nach unten gekrümmten Rohrbögen 10, 10' vorgesehen sein können, sollte die Anzahl der Eintrittsrohre 4 auf wenige begrenzt sein, da mit zunehmender Zahl an Eintrittsrohren 4 die Auslaufverhältnisse des durch die Kurve 20 repräsentierten Strahls gestört wird.
Durch die Abzweigung eines Dampfteilstroms D, D' vor dem eigentlichen Abscheider mittels der Abtrennvorrichtung 14 wird aufgrund günstiger Strömungsverhältnisse im Behälter 2 eine besonders hohe Abscheidegüte erzielt. Weiter können besonders geringe Abmessungen des Wasserabscheidesystems 1 gewählt werden, so daß besonders günstige Verhältnisse im Hinblick auf Temperaturänderungen gegeben sind. Ferner ist der Druckverlust im Wasserabscheidessystem 1, insbesondere bei Vollastbetrieb, besonders gering.

Claims (7)

  1. Wasserabscheidesystem zum Abscheiden von Wasser aus einem Wasser-Dampf-Gemisch (G) mit mindestens einem am Umfang eines Behältes (2) angeordneten Eintrittsrohr (4) und mit einem oberhalb des Eintrittsrohrs (4) vorgesehenen Austrittsrohr (6) für Dampf (D'),
    dadurch gekennzeichnet, daß dem Behälter (2) eintrittsseitig zur Abtrennung eines Dampfteilstroms (D, D') ein Rohrbogen (10, 10') vorgeschaltet ist, von dem eine Dampfteilstromleitung (12, 12') abzweigt.
  2. Wasserabscheidesystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Eintrittsrohr (4) schräg verlaufend angeordnet ist.
  3. Wasserabscheidesystem nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrbogen (10 , 10') nach oben oder nach unten gekrümmt ist.
  4. Wasserabscheidesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß an die Dampfteilstromleitung (12, 12') eine Entwässerungsleitung (23, 25) angeschlossen ist.
  5. Wasserabscheidesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß in die Dampfteilstromleitung (12) ein Entwässerungsgefäß (22) geschaltet ist.
  6. Wasserabscheidesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß das dem Rohrbogen (10') zugewandte Ende der Dampfteilstromleitung (12') syphonartig ausgebildet ist.
  7. Wasserabscheidesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsrohr (6) und die Dampfteilstromleistung (12,12') mit einem gemeinsamen Dampfsammelsystem (16) verbunden sind.
EP97915328A 1996-03-15 1997-03-04 Wasserabscheidesystem Expired - Lifetime EP0886743B1 (de)

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