EP2414730A2 - Vorrichtung zur phasenseparation eines mehrphasen-fluidstroms, dampfturbinenanlage mit einer derartigen vorrichtung und zugehöriges betriebsverfahren - Google Patents

Vorrichtung zur phasenseparation eines mehrphasen-fluidstroms, dampfturbinenanlage mit einer derartigen vorrichtung und zugehöriges betriebsverfahren

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EP2414730A2
EP2414730A2 EP10713120A EP10713120A EP2414730A2 EP 2414730 A2 EP2414730 A2 EP 2414730A2 EP 10713120 A EP10713120 A EP 10713120A EP 10713120 A EP10713120 A EP 10713120A EP 2414730 A2 EP2414730 A2 EP 2414730A2
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EP
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steam
housing
pressure turbine
heating
heating elements
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EP10713120A
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Barnaby Bruce
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Areva NP GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
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    • B04C3/04—Multiple arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F22B37/32—Steam-separating arrangements using centrifugal force
    • F22B37/327—Steam-separating arrangements using centrifugal force specially adapted for steam generators of nuclear power plants

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for phase separation of a multiphase senfluidstroms having a substantially around a central axis rotationally symmetrical designed, enclosing a cavity housing, with at least one supply line for the fluid flow, which is designed for a substantially tangential to the housing interior inflow of the fluid stream , And with at least one discharge line for the separated gaseous portion of the fluid stream.
  • the invention further relates to a steam turbine plant with a high-pressure turbine and a low-pressure turbine and with such a device. It also relates to a method for operating such a steam turbine Anläge.
  • water separators connected in series and reheaters which can be structurally combined in the manner of a secondary or a series installation (combined water separator).
  • the water content of the steam is usually reduced in a first component of the water separator / reheater before the now substantially gaseous portion is passed into a second component in which it is superheated.
  • the thus superheated steam is now introduced into the low-pressure turbine, where it is relaxed and thereby performs work.
  • Various devices can be used to separate the water content. These include, for example, sheets on which the steam flow is conducted along.
  • a so-called cyclone separator or cyclone in the essentially rotationally symmetrical housing of which the vapor stream is introduced tangentially to the inner side of the housing.
  • the lighter, substantially gaseous portion flows due to the forming in the cyclone flow conditions in the interior of the housing surrounded cavity and collects there.
  • the gaseous portion of the steam is now passed into a downstream and structurally / spatially separated second component of the WaZu, in which it is superheated. This is usually achieved by the heating of the steam pipes, which heat the steam by heat transfer accordingly or overheat.
  • the invention is therefore based on the object to provide a device for Phasensepara- tion of a multi-phase fluid flow, which is suitable for heating the gaseous portion of the fluid stream, eg steam, and low demands on material and space requirements. Furthermore, a steam turbine plant with a high-pressure turbine and a low-pressure turbine, in which such a device can be used particularly advantageous, indicated contact. Furthermore, a method for operating such a steam turbine plant is to be specified.
  • heating elements designed in the cavity for heating the gaseous fraction are arranged in an annular space concentric with the central axis.
  • the invention is based on the consideration that the comparatively large space requirement of conventional water separators / reheaters is based inter alia on the fact that the separation of water from the steam initially leaving the high-pressure turbine and the subsequent overheating of the separated gaseous fraction take place chronologically one after another in two separate room areas or device components takes place, which are arranged one behind the other in the manner of a flow-side series connection.
  • specific requirements are placed on the structural design of the water separator / reheater, the system requires a relatively large installation space.
  • these two space regions do not necessarily have to be arranged structurally in succession in separate housings. Assuming suitable flow conditions, these spatial regions can also be arranged nested in one single housing, wherein the liquid separation and the overheating of the gaseous fluid fraction for a given volume element of the fluid take place substantially simultaneously or shortly after one another in terms of time.
  • Such suitable flow conditions are provided by a cyclone-type water separator. Due to the tangential influx of the inside of the housing of the cyclone takes place by acting on the current centrifugal force, the deposition of the heavy component, such as water, in the outer region of the housing surrounded by the cavity on the inside of the housing.
  • the lighter, gaseous Proportion of the original fluid stream for example water vapor, flows into the interior of the cavity. If, in an inner or middle region of the cavity, in particular in an annular space, heating elements for heating or overheating the gaseous portion are arranged in such a way that the passage of the lighter phase into the inner area is still possible, the gaseous portions become directly during their passage heated or overheated in the interior.
  • an inner space area which essentially contains the superheated steam, arises in the interior of the outer space area designed for water separation.
  • the superheated, gaseous portion can then be led out of the inner space area and used as needed.
  • Such a construction is not limited to the treatment of water vapor. It can always be used when one or more phases of heavy particles or constituents are to be separated off from a multicomponent fluid stream, and the light fraction or portions of the original fluid stream are to be heated.
  • the annular space is designed with the heating elements for a flow through the gaseous portion of the fluid stream. In doing so, it separates the cavity into an inlet space lying between the inside of the housing and the annular space and a discharge space located inside the annular space.
  • a clear separation of the two spatial areas allows optimized separation of the two successive processes. It is particularly advantageous if the portion of the fluid flow flowing into the inflow space has the smallest possible proportion of the heavy component in order to save energy for its heating. When used in a steam turbine plant thereby efficiency and lifetime or maintenance intervals of the turbine can be increased.
  • different embodiments of the rotationally symmetrical housing are advantageous.
  • the housing can taper toward one direction, in particular in the direction of the discharge line (flow outlet), in its cross section.
  • a separation of water from a steam / water stream is preferably carried out in a substantially hollow cylindrical housing.
  • the center axis of the housing preferably has a substantially vertical orientation.
  • the heavy component of the fluid flow then moves (flows) down the inside of the housing and can be collected or removed there.
  • a vertical installation of the cyclone separator is advantageous since in this case the force of gravity does not cause any imbalance in the turbulent flow.
  • the steam taken from the high-pressure turbine should be supplied to the low-pressure turbine in the overheated state.
  • the heating elements should be designed with regard to their heating power for overheating the gaseous portion of the fluid stream, in particular water vapor.
  • the most effective use of the device is achieved when the multiphase fluid flow is supplied through a plurality of supply lines.
  • the supply lines-at least in the region of their housing connection-lie in a plane substantially perpendicular to the central axis of the housing they are advantageously designed such that the velocity vector of the fluid flow flowing into the cavity has a component pointing out of this plane.
  • an averaged velocity vector is meant, which is averaged over the individual components of the fluid flow.
  • the fluid flow flows at an angle between 10 ° and 30 °, in particular of about 15 °, to a plane perpendicular to the central axis. That is, the result of the Wandgeometrie adjusting vortex flow is preferably superimposed on a velocity component in the direction of the central axis, so that overall forms a helical flow.
  • the velocity component directed in the direction of the central axis advantageously points downwards.
  • four supply lines are used for the inflow of the fluid flow, which are arranged distributed uniformly and symmetrically over the circumference of the housing.
  • the inflowing fluid flow advantageous to four equal areas of
  • Housing inside be divided without the individual streams meet and interfere with each other.
  • the flow conditions forming in the housing of the device ensure that the gaseous portion of the fluid flow flows into the interior of the cavity surrounded by the housing. There it flows to the heating elements and is heated or overheated.
  • the direction in which the heating elements are flown can be optimized by guide vanes or guide vanes arranged in the inflow space. For example, can be achieved in this way that the heating pipes are flowed substantially frontal, or the tangential component can be reduced.
  • these vanes reduce the inflow space, it should be decided, depending on the application, whether and with what dimensions they are used.
  • the inflow space further separation fine separator can be arranged.
  • the condensate forming in the fine separator can be removed from the cavity by condensate drainage.
  • the device is suitable for both single-stage and multi-stage (intermediate) overheating.
  • two or more groups of heating elements can be arranged one behind the other in the annular space in the direction of the central axis.
  • the heating elements belonging to the individual groups can be designed in each case for different heating outputs or heating temperatures.
  • the heating elements are designed tubular.
  • the heating elements can be flowed through by a fluid heating medium, in particular water vapor.
  • a multi-stage heating can be used, for example, in different groups of heating elements steam with different pressure and / or different temperature.
  • rectilinear pipes are used as heating elements, which are aligned parallel to the central axis of the building.
  • a plurality of tubes can be arranged in the annular space, which can be designed differently depending on the application.
  • smooth tubes or finned tubes, or favorable combinations of these tube types can be used.
  • the individual tubes are spaced apart from each other such that the unhindered passage of the gaseous phase separated from the fluid flow from the outer inflow space into the inner outflow space can take place through the remaining interspaces.
  • a certain "density" of pipes is required to achieve the desired heating effect.
  • the heating tubes are advantageously combined into tube bundles.
  • so-called ring bundles can be used, in which the tubes are arranged more or less evenly distributed in the annular space.
  • so-called single bundles can be used.
  • a plurality of mutually adjacent heating elements are combined to form a bundle.
  • the individual bundles can be pre-assembled and can be handled as a whole. If necessary, they are easier to assemble, dismantle or exchange than single tubes.
  • an annular, aligned perpendicular to the central axis partition plate is inserted into the housing, which divides the cavity into two subspaces, and whose inner circle substantially coincides with the inner circle of the annular space, and whose outer circle radius is slightly less than the radius of Housing inside is.
  • the two subspaces are fluidly connected to each other only by a lying in the inner circle of the partition plate and thus in the interior of the annulus passage.
  • the supply lines and the discharge lines are each in different subspaces.
  • the gaseous portion of the fluid flow can be performed in this way particularly favorable through the housing, being ensured that it flows through the annulus twice, namely once from outside to inside, and once from the inside to the outside. Since the partition plate in the radial direction does not extend to the inside of the housing, the condensate can flow away unhindered there.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention by connecting the supply line or all supply lines of the above-described separation device to the steam outlet of the high-pressure turbine, and connecting the discharge line or all discharge lines to the steam inlet of the low-pressure turbine.
  • the steam from the high-pressure turbine is introduced into the separation device, in which on the one hand, the water content is separated from the steam and on the other hand, the gaseous portion is overheated.
  • the superheated steam is then introduced into the low-pressure turbine, where it is used for further energy production.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention by passing the vapor emerging from the steam outlet of the high-pressure turbine into a cavity which is surrounded by a housing substantially rotationally symmetrical about a central axis, whereby the steam is set in rotation and its gaseous portion of liquid portion is separated and collected in an inner region of the cavity surrounded by the housing, and wherein the gaseous portion is heated by its passage in the inner region by heating elements and then supplied to the steam inlet of the low-pressure turbine.
  • the heating elements are tubular, thus forming heating pipes.
  • the live steam generated by a steam generator is conducted into at least some of the heating tubes, whereby the gaseous portion of the fluid flow introduced into the separation device is heated or superheated with the outside of the heating tubes.
  • the high-pressure turbine bleed steam can be removed, which is then passed into at least some of the heating elements. In this way, in particular a two- or multi-stage overheating of the gaseous portion of the fluid stream can be achieved.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that by a clever arrangement of heating elements within a cyclone separator deposition of a heavy component or a liquid phase of a multi-phase fluid flow with simultaneous heating or overheating of the gaseous portion of the fluid flow in a very space-saving and material and construction costs can be realized gentle way.
  • the device is particularly suitable for use in systems that must be built in a small space.
  • the installation of additional fine separators allows a further reduction of the heavy component.
  • the flow of the heating elements, which are designed for heating or overheating of the light phase of the fluid flow can be further improved by the use of baffles, vanes or pinhole.
  • a steam turbine plant in which such a separation device is connected between a high-pressure turbine and low-pressure turbine can be realized in a particularly compact and material-saving design.
  • the device can essentially be mounted in a vertically positioned housing directly under the high-pressure turbine, so that the gas can flow from the steam outlet of the high-pressure turbine at the upper end of the housing into the device. Through discharge lines at the bottom of the housing then the superheated steam of the low-pressure turbine can be supplied.
  • FIG. 1 shows four different contiguous quarter-circle-shaped partial cross sections of four different possible embodiments of a device for phase separation of a multi-phase fluid flow with a substantially rotationally symmetrical about a central axis designed housing, wherein the respective cross-sectional plane is selected perpendicular to the central axis,
  • Fig. 2 is a longitudinal section through the left-side half of an embodiment of
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the device according to FIG. 1 in the right-hand longitudinal section
  • FIGS. 1 to 3 shows a plurality of heating elements of the device according to FIGS. 1 to 3 and guide vanes associated with the heating elements, here shown in cross section with a viewing direction in the direction of the central axis,
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through the left half of a further preferred embodiment of the device according to FIG. 1, and
  • Fig. 6 is a schematic block diagram of a steam turbine plant with a
  • High-pressure turbine a low-pressure turbine, a fresh steam generator and with a device for phase separation of a multi-phase fluid flow according to an embodiment of FIG. 1 to FIG. 5.
  • the apparatus 1 shown in FIG. 1 for the phase separation of a multiphase fluid flow comprises a housing 2, which is configured substantially symmetrically about a center axis M and has a hollow cylindrical shape and encloses a cavity 3 and into which four supply lines 6 are embedded.
  • each quadrant of FIG. 1 corresponds to a possible embodiment of the device, wherein in reality all four quadrants are realized in one of the four ways shown here.
  • the housing 2 has a diameter of about 6 meters in a preferred embodiment.
  • the multiphase fluid flow (not shown) flows in the inflow direction 10 substantially tangentially to the housing inner side 11 in the cavity 3 surrounded by the housing 2.
  • the fluid stream may be steam which is conducted from the steam outlet of a high-pressure turbine installed in a steam turbine plant through the supply lines 6 into the housing 2 of the device 1.
  • the housing 2 is preferably made of steel or stainless steel, and depending on the field of application, other materials may be advantageous.
  • the fluid flow is thereby set in rotation, wherein the force acting on the fluid flow centrifugal force pulls the heavy component of the fluid flow, in this case water, to the outside of the housing inner side 11.
  • the gaseous portion of the fluid flow moves due to the flow conditions forming in the cavity 3 from the inflow space 12 into the annular space 14.
  • the annular annular space 14 encloses the cylindrical outflow space 16 located inside the housing 2 spatially.
  • heating elements which are designed in terms of their heating power for overheating of the gaseous portion of the fluid stream arranged.
  • individual heating pipes 18 can be used, which in a sense form ring bundles in their entirety.
  • a length of the tubes used in the ring bundle of about 13 m and a housing diameter of 6 m are at an outer diameter of the bundle of about 3.5 m and a tube diameter of about 2.3 cm with a total number of about 5000 Pipes approximately 16,000 m 2 heating surface available.
  • individual bundles 20 can be used.
  • the heating tubes 18 or individual bundles 20 are flown in the flow direction 22 of the gaseous portion of the fluid stream.
  • the gaseous fraction is overheated in the annular space 14, whereupon it continues to flow into the outflow space 16. From there he will through discharge lines 24 (not shown in Fig. 1) forwarded to the low-pressure turbine.
  • a separation efficiency of the water of up to about 80% can be achieved on the basis of previous experience.
  • 12 fine separator 28 may be mounted in the inflow space.
  • differently configured plates can be used as a fine separator 28.
  • fin separators can be used as a fine separator 28.
  • Another alternative consists of packets of corrugated sheets. Usually these separation elements are fastened or anchored in a frame. With the aid of the fine separator 28, the water content can be reduced to about 0.5% to 1%.
  • the fine separator 28 are arranged on a lying around the central axis M outer circle with about 4m diameter and provide a Anströmungs- surface of about 70 m 2 ready.
  • the additional used heat caused by the increased water content of about 2.6% (without fine separator 28) compared to 0.5 to 1% (with fine separators 28) at the entrance of the tube bundle would probably be negligible by eliminating the pressure drop caused by the fine separators 28.
  • the energy balance results as follows: In order to achieve the same outlet pressure and the same outlet temperature of the vapor at the discharge line 24 with a water content of 2.6% as with a water content of 0.5 to 1%, approx. more live steam is tapped from the main steam line or from the high-pressure turbine and introduced into the heating tubes. However, if the tube-side mass flow through the heating tube remains the same, the outlet temperature drops by approx. 20 K due to the approx.
  • perforated plates 34 and vanes 36 may be arranged in the inflow 12. By this deflection, however, the inflow space 12 is reduced in size. Baffles 32, perforated plates 34 and vanes 36 may be used in the device 1 each alone or in different combinations with each other.
  • heating elements tube bundles can be used as they u.a. used in heat exchangers. In order to provide the largest possible heating surface, it is possible to use finned tubes or slotted finned tubes. It can also be used - optionally in combination with these - smooth tubes.
  • the tubes are flowed through, for example, by live steam at about 70 bar and / or - in multi-stage heating - from tapping steam of the high-pressure turbine at about 30 bar.
  • the heating tubes 18 preferably have a round cross-sectional profile on the outside in order to counteract as little flow resistance as possible to the fluid flow to be heated.
  • the device 1 is shown in Fig. 2 in a left-side longitudinal section in a possible embodiment.
  • the housing 2 of the device 1 is set up substantially vertically.
  • the housing 2 is designed substantially hollow cylindrical and rotationally symmetrical about the central axis M.
  • heating tubes 18 are mounted in the form of a ring bundle.
  • live steam is supplied through the live steam supply line 38.
  • the cavity 3 is divided by a horizontally oriented annular partition plate 37 into an upper and a lower subspace.
  • the partition plate 37 extends in the radial direction from the inner diameter of the annular space 14 or annular bundle almost to the inside of the housing 11.
  • the upper and the lower subspace are in this way fluidly only via the lying within the partition plate 37 gleichsab- section of the outflow space 16 connected.
  • This embodiment can be combined (at least in the upper subspace) with all four variants shown in FIG.
  • the heating tubes 18 may be performed by the partition plate 37 and extend over both subspaces.
  • two groups of heating tubes 18, namely a group in the upper compartment and a group in the lower compartment, can be used.
  • the heating tubes 18 of the two groups can be designed for different heating outputs.
  • the steam emerging from the high-pressure turbine is conducted through the supply lines 6 into the housing 2 in the upper subspace and flows in the housing inner side 11 in the tangential direction.
  • the water content of the vapor is deposited on the inside of the housing 11. Due to the forming in the cyclone flow conditions and optionally with the help of baffles 32, vanes 36 and perforated plates 34, the gaseous portion of the vapor flows into the discharge chamber 16 and passes through the located in the interior of the partition plate 37 transition to the lower subspace. The gaseous portion changes its direction after passing through the transition and is again directed outward through the annular space 14 in the direction of the inside of the housing 11, whereby a renewed heating takes place through the heating pipes 18 arranged in the annular space 14. Subsequently, the heated, gaseous fraction flows into the discharge lines 24, which are attached laterally to the housing 2, and further into the low-pressure turbine.
  • a second condensate drain 43 is provided in the recessed bottom region of the housing 2, via which the condensate collecting in the lower subspace can drain through a condensate drain 46.
  • FIG. 1 A further embodiment of the device 1, which can be combined with the embodiments shown so far, can be seen in FIG. Again, the central axis M of the housing 2 is oriented substantially vertically.
  • the supply lines 6 in the housing 2 in such a way that the fluid flow with a gradient of about 15 °, the inside of the housing 2 flows.
  • the vortex flow in the interior of the cavity is superimposed on a downwardly directed velocity component, which goes beyond the gravitational effect, whereby the desired, essentially spiral or helical, flow guidance is supported.
  • FIG. 4 A possible embodiment of the optionally provided guide vanes 36 is shown in Fig. 4 in a cross section.
  • the selected cross-sectional plane is perpendicular to the central axis M of the device 1.
  • the guide vanes 36 are mounted between an imaginary inner border 54 and an outer border 58.
  • the borders 54 and 58 are in reality circular, but this is not apparent in the completely schematic and not to scale Fig. 4.
  • the guide vanes 36 have a curved profile tapering in the direction of the heating tubes 18 (only the outer heating tubes 18 of the ring bundle surrounded by the guide vanes 36 are shown).
  • the vanes 36 affect the flow direction 22 of the fluid flow.
  • suitable shape and positioning of the guide vanes 36 can be achieved that the heating tubes 18 are flowed substantially frontally. A tangential or oblique inflow of the heating tubes 18 can thereby be greatly reduced or avoided.
  • the embodiment of the device 1 shown in FIG. 5 with a substantially vertical alignment of the center axis M is designed for a two-stage heating or overheating of the fluid flow.
  • a group of heating tubes 18 located in the outer region of the annular space 14 is supplied with a bleed steam taken from a high-pressure turbine, for example, at about 30 bar via a bleed steam feed line 40.
  • An internal group of heating tubes 18 is fed via the live steam supply 38 live steam at about 70 bar.
  • the forming in the annular space 14 condensate can be derived from the device 1 via the condensate drains 46. Between the inlet headers for the supplied with different steam groups of heating tubes 18 separating plates 82 may be provided for the separation of the respective vapors. This also applies to the exit collector.
  • the proportion of water is deposited on the inside of the housing 11 and possibly additionally on fine separators 28 arranged in the inflow space 12, while the gaseous portion flows into the annular space 14.
  • the gaseous fraction flows around the outer group of heating tubes 18 supplied with bleed steam and then, on its way into the interior of the outflow space 16, around the inner group of heating tubes 18.
  • the gaseous fraction is thus heated successively on its way into the interior of the discharge space 16.
  • This type of two-stage heating can obviously be generalized to multi-stage heating with the aid of additional steam feeders and tube groups.
  • this form of two-stage or multi-stage heating with the variant in which viewed in the direction of the central axis M of the housing 2 a plurality, designed for different heating power groups of heating tubes 18 behind or are arranged one above the other, combined.
  • the discharge line 24 leads downwards out of the outflow space 16 in the vertical direction.
  • This embodiment of the discharge line 24 and the associated, vertically downward discharge of the heated steam can also be combined with a single-stage heating.
  • FIG. It An advantageous embodiment of a steam turbine plant 62 is shown in FIG. It comprises a main steam generator 66, a high-pressure turbine 70, and a low-pressure turbine 74.
  • the device 1 is connected on the flow side between the high-pressure turbine 70 and the low-pressure turbine 74.
  • the live steam generated in the fresh steam generator 66 is conducted to perform work in the high pressure turbine 70.
  • the steam in the high pressure turbine 70 relaxes, increasing its water content.
  • the steam in the low-pressure turbine 74 can be used as efficiently as possible for energy production, it must be prepared in a suitable manner. For this purpose, its water content must be reduced, before it is subsequently transferred to a superheated state.
  • the steam exiting the steam outlet of the high-pressure turbine 70 is conducted via a distributor through supply lines 6 into the housing 2 of the device 1.
  • the steam flows tangentially to the housing inner side 11 and is thereby set in rotation.
  • the gaseous portion of the steam flows into the housing interior, where it is put into a superheated state by heating elements, in particular heating pipes.
  • the superheated steam is passed through discharge lines 24 into the steam inlet of the low pressure turbine 74.
  • the heating pipes (not shown here) of the device 1 are supplied in this embodiment by the heating supply line 78 with live steam from the steam generator 66.
  • the high pressure turbine 70 could be removed for this purpose bleed steam.
  • the device 1 is of course not limited to use in steam turbine plants. It can essentially always be used where the heavier component or phase is to be separated from a multiphase fluid stream and the gaseous fraction is to be heated or superheated.
  • the heavy component of the fluid stream can be water as explained above. However, applications are also conceivable in which the heavy component consists of solid particles. This could be, for example, soot or dirt particles.

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Phasenseparation eines Mehrphasen-Fluidstroms mit einem im Wesentlichen um eine Mittelachse (M) rotationssymmetrisch ausgestalteten, einen Hohlraum (3) umschließenden Gehäuse (2), mit wenigstens einer Zufuhrleitung (6) für den Fluidstrom, die für eine im Wesentlichen tangential zur Gehäuseinnenseite (11) gerichtete Einströmung des Fluidstroms ausgelegt ist, und mit wenigstens einer Abfuhrleitung (24) für den separierten gasförmigen Anteil des Fluidstroms, soll den gasförmigen Anteil des Fluidstroms, z.B. Dampfes, erhitzen, und geringe Anforderungen an Material und Platzbedarf stellen. Dazu sind im Hohlraum (3) zur Erhitzung des gasförmigen Anteils ausgelegte Heizelemente in einem konzentrisch um die Mittelachse (M) gelegenen Ringraum (14) angeordnet.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Phasenseparation eines Mehrphasen-Fluidstroms, Dampfturbinenanlage mit einer derartigen Vorrichtung und zugehöriges Betriebsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Phasenseparation eines Mehrpha- senfluidstroms mit einem im Wesentlichen um eine Mittelachse rotationssymmetrisch ausgestalteten, einen Hohlraum umschließenden Gehäuse, mit wenigstens einer Zufuhrleitung für den Fluidstrom, die für eine im Wesentlichen tangential zur Gehäuseinnenseite gerichtete Einströmung des Fluidstroms ausgelegt ist, und mit wenigstens einer Abfuhrleitung für den separierten gasförmigen Anteil des Fluidstroms. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Dampfturbinenanlage mit einer Hochdruckturbine und einer Niederdruckturbine und mit einer derartigen Vorrichtung. Sie bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Dampfturbinen- anläge.
In Kraftwerken, insbesondere Kernkraftwerken, in denen zur Energieerzeugung bzw. Energieumwandlung Dampf verwendet wird, werden gewöhnlich unterschiedliche Turbinen eingesetzt, die mit unterschiedlichem Dampfdruck arbeiten. Der in einem Kraft- werk erzeugte Frischdampf wird dabei beispielsweise in eine Hochdruckturbine geleitet, leistet dort Arbeit und wird somit entspannt. Bevor der Dampf nun in eine Niederdruckturbine, die für geringeren Dampfdruck ausgelegt ist, eingeleitet wird, wird gewöhnlich sein Wasseranteil reduziert. Darüber hinaus ist gewöhnlich eine Überhitzung des Dampfes vor seiner Einleitung in die Niederdruckturbine vorgesehen. Durch diese Maßnahmen wird einerseits der Wirkungsgrad der Niederdruckturbine gesteigert, andererseits wird die Lebensdauer der Turbine erhöht, da Schäden, die beispielsweise durch tropfenbedingte Erosion bzw. Korrosion der Bauteile entstehen können, reduziert bzw. vermieden werden.
Um den aus der Hochdruckturbine austretenden, entspannten Dampf derartig aufzubereiten, werden gewöhnlich strömungsmäßig in Reihe geschaltete Wasserabscheider und Zwischenüberhitzer verwendet, die baulich in der Art einer Neben- oder Hintereinanderaufstellung miteinander kombiniert sein können (kombinierter Wasser-
BESTATIGUNGSKOPIE abscheider / Zwischenüberhitzer, kurz WaZu). Dabei wird gewöhnlich in einer ersten Komponente des Wasserabscheiders / Zwischenüberhitzers der Wasseranteil des Dampfes reduziert, bevor der nun im Wesentlichen gasförmige Anteil in eine zweite Komponente geführt wird, in der er überhitzt wird. Der somit überhitzte Dampf wird nun in die Niederdruckturbine eingeleitet, wo er entspannt wird und dadurch Arbeit verrichtet.
Zur Abscheidung des Wasseranteils können verschiedene Vorrichtungen verwendet werden. Dazu gehören beispielsweise Bleche, an denen der Dampfstrom entlang ge- leitet wird. Zur Abscheidung des Wasseranteils kann ferner auch ein sogenannter Zyklonabscheider oder Zyklon verwendet werden, in dessen im Wesentlichen rotationssymmetrisches Gehäuse der Dampfstrom tangential zur Gehäuseinnenseite eingeführt wird. Dadurch wird der schwerere Wasseranteil durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrängt, und der leichtere, im Wesentlichen gasförmige Anteil strömt aufgrund der sich im Zyklon ausbildenden Strömungsverhältnisse in das Innere des vom Gehäuse umgebenen Hohlraumes und sammelt sich dort. In beiden Fällen wird der gasförmige Anteil des Dampfes nun in eine strömungsmäßig nachgeschaltete und baulich / räumlich separierte zweite Komponente des WaZu geleitet, in der er überhitzt wird. Dies wird gewöhnlich dadurch erreicht, dass von dem Dampf Heizrohre angeströmt werden, die den Dampf durch Wärmeübertragung entsprechend erhitzen bzw. überhitzen.
Damit die Abscheidung von Wasser bzw. die Zwischenüberhitzung des Dampfes zufriedenstellend erfolgen können, müssen die jeweiligen Komponenten entsprechend großvolumig dimensioniert werden, woraus sich unmittelbar ein entsprechender Materialaufwand und räumlicher Platzbedarf ergibt. Andererseits sind bei der Konstruktion von Kraftwerken möglichst geringer Materialbedarf und Raumbedarf erstrebenswert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Phasensepara- tion eines Mehrphasen-Fluidstroms bereitzustellen, die sich zur Erhitzung des gasförmigen Anteils des Fluidstroms, z.B. Dampfes, eignet, und geringe Anforderungen an Material und Platzbedarf stellt. Weiterhin soll eine Dampfturbinenanlage mit einer Hochdruckturbine und einer Niederdruckturbine, in der eine derartige Vorrichtung be- sonders vorteilhaft verwendet werden kann, angegeben wenden. Ferner soll ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Dampfturbinenanlage angegeben werden.
Bezüglich der Vorrichtung zur Phasenseparation eines Mehrphasen-Fluidstroms wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem im Hohlraum zur Erhitzung des gasförmigen Anteils ausgelegte Heizelemente in einem konzentrisch um die Mittelachse gelegenen Ringraum angeordnet sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass der vergleichsweise große Raumbedarf herkömmlicher Wasserabscheider / Zwischenüberhitzer unter anderem darauf beruht, dass die Abscheidung von Wasser aus dem ursprünglich aus der Hochdruckturbine austretenden Dampf und die anschließende Überhitzung des separierten gas- förmigen Anteils zeitlich nacheinander in zwei räumlich voneinander getrennten Raumbereichen oder Gerätekomponenten erfolgt, die in der Art einer strömungsseitigen Reihenschaltung hintereinander angeordnet sind. Dadurch werden spezifische Anforderungen an die bauliche Konstruktion der Wasserabscheider / Zwischenüberhitzer gestellt, die systembedingt einen relativ großen Einbauraum benötigen.
Wie aber nun erkannt wurde, müssen diese zwei Raumbereiche nicht notwendigerweise baulich hintereinander in getrennten Gehäusen angeordnet sein. Geeignete Strömungsverhältnisse vorausgesetzt, lassen sich diese Raumbereiche nämlich auch in einem einzigen Gehäuse ineinander geschachtelt anordnen, wobei die Flüssigkeitsab- Scheidung und die Überhitzung des gasförmigen Fluidanteils für ein gegebenes Volumenelement des Fluids zeitlich gesehen im Wesentlichen simultan bzw. kurz nacheinander erfolgen.
Derartige geeignete Strömungsverhältnisse werden von einem Wasserabscheider in Zyklonbauweise geliefert. Durch das tangentiale Anströmen der Gehäuseinnenseite des Zyklons erfolgt durch die auf den Strom wirkende Zentrifugalkraft das Abscheiden der schweren Komponente, beispielsweise Wasser, im Außenbereich des vom Gehäuse umgebenen Hohlraums an der Gehäuseinnenseite. Der leichtere, gasförmige Anteil des ursprünglichen Fluidstroms, beispielsweise Wasserdampf, strömt dabei in das Innere des Hohlraums. Werden nun in einem inneren oder mittleren Bereich des Hohlraums, insbesondere in einem Ringraum, Heizelemente zur Erhitzung bzw. Überhitzung des gasförmigen Anteils derart angeordnet, dass der Übertritt der leichteren Phase in den Innenbereich weiterhin ermöglicht ist, so werden die gasförmigen Anteile direkt während ihres Übertritts in den Innenbereich erhitzt bzw. überhitzt. Dadurch entsteht im Inneren des zur Wasserabscheidung ausgelegten äußeren Raumbereiches ein innerer Raumbereich, der im Wesentlichen den überhitzten Dampf enthält. Der überhitzte, gasförmige Anteil kann dann aus dem inneren Raumbereich herausgeführt und bedarfsmäßig weiter verwendet werden. Durch diese Ineinanderschachtelung der zwei funktionell unterschiedlichen Raumbereiche kann ein kombinierter Wasserabscheider / Zwischenüberhitzer in ausgesprochen kompakter Bauweise realisiert werden. Zusätzlich dazu können Materialkosten eingespart werden, da für die beiden Prozesse nur ein einziges Gehäuse notwendig ist.
Eine derartige Konstruktion ist nicht auf die Behandlung von Wasserdampf beschränkt. Sie kann immer dann eingesetzt werden, wenn aus einem mehrkomponentigen Fluid- strom eine oder mehrere Phasen von schweren Teilchen bzw. Bestandteilen absepariert werden sollen, und der oder die leichten Anteile des ursprünglichen Fluid- Stroms erhitzt werden sollen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ringraum mit den Heizelementen für eine Durchströmung des gasförmigen Anteils des Fluidstroms ausgelegt. Dabei separiert er den Hohlraum in einen zwischen Gehäuseinnenseite und Ringraum liegenden Einströmraum und einen innerhalb des Ringraums liegenden Abströmraum. Eine klare Trennung der beiden Raumgebiete erlaubt in optimierter Weise eine Separation der beiden aufeinanderfolgenden Prozesse. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn der in den Einströmraum strömende Anteil des Fluidstroms einen möglichst geringen Anteil der schweren Komponente hat, um Energie für seine Erhitzung zu sparen. Bei einem Einsatz in einer Dampfturbinenanlage können dadurch Wirkungsgrad und Lebenszeit bzw. Wartungsintervalle der Turbine erhöht werden. Je nach Zusammensetzung des mehrkomponentigen Fluidstromes sind unterschiedliche Ausgestaltungen des rotationssymmetrischen Gehäuses vorteilhaft. Beispielsweise kann sich das Gehäuse zu einer Richtung hin, insbesondere in Richtung zur Abfuhrleitung (Strömungsauslass) hin in seinem Querschnitt verjüngen. Eine Abscheidung von Wasser aus einem Wasserdampf -/Wasser-Strom wird vorzugsweise in einem im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestalteten Gehäuse durchgeführt.
Um die Schwerkraft zur Abscheidung der schweren Komponente des Mehrphasen- Fluidstroms in optimierter Weise zu nutzen, hat die Mittelachse des Gehäuses vor- zugsweise eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung. Die schwere Komponente des Fluidstromes bewegt sich (fließt) dann an der Gehäuseinnenseite nach unten und kann dort gesammelt bzw. abgeführt werden. Generell ist eine Vertikalaufstellung des Zyklonabscheiders vorteilhaft, da in diesem Fall die Schwerkraft keine Unwucht in der Wirbelströmung hervorruft.
Für die Verwendung der Vorrichtung in einer Dampfturbinenanlage mit einer Hochdruckturbine und einer Niederdruckturbine sollte der der Hochdruckturbine entnommene Dampf der Niederdruckturbine im überhitzten Zustand zugeführt werden. Dazu sollten die Heizelemente hinsichtlich ihrer Heizleistung zur Überhitzung des gasförmi- gen Anteils des Fluidstromes, insbesondere Wasserdampfes, ausgelegt sein.
Eine möglichst effektive Nutzung der Vorrichtung wird erreicht, wenn der Mehrphasen- Fluidstrom durch mehrere Zufuhrleitungen zugeführt wird. Liegen die Zufuhrleitungen - jedenfalls im Bereich ihres Gehäuseanschlusses - in einer zur Mittelachse des Gehäu- ses im Wesentlichen senkrechten Ebene, sind sie vorteilhafterweise derart ausgelegt, dass der Geschwindigkeitsvektor des in den Hohlraum einströmenden Fluidstroms eine Komponente hat, die aus dieser Ebene heraus weist. Hierbei ist ein gemittelter Geschwindigkeitsvektor gemeint, der über die einzelnen Bestandteile des Fluidstroms ge- mittelt ist. Dadurch kann verhindert werden, dass die durch die verschiedenen Zufuhr- leitungen einströmenden Fluidströme miteinander kollidieren, und die Fluidströme erhalten eine Vorzugsrichtung in Richtung der Mittelachse. Vorteilhafterweise strömt dabei der Fluidstrom in einem Winkel zwischen 10° und 30°, insbesondere von etwa 15°, zu einer senkrecht zur Mittelachse stehenden Ebene ein. Das heißt, der sich infolge der Wandgeometrie einstellenden Wirbelströmung wird vorzugsweise eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Mittelachse überlagert, so dass sich insgesamt eine helixartige Strömung ausbildet. Bei einer Vertikalaufstellung der Separationsvorrichtung weist die in Richtung der Mittelachse gerichtete Geschwindigkeitskomponente vorteil- hafterweise nach unten.
Vorzugsweise werden für die Einströmung des Fluidstroms vier Zufuhrleitungen verwendet, die gleichmäßig und symmetrisch über den Umfang des Gehäuses verteilt angeordnet sind. Bei geeigneter Dimensionierung des Gehäuses kann auf diese Weise der einströmende Fluidstrom vorteilhaft auf vier gleich große Bereiche der
Gehäuseinnenseite aufgeteilt werden, ohne dass die einzelnen Ströme aufeinandertreffen und sich dabei stören.
Die sich im Gehäuse der Vorrichtung ausbildenden Strömungsverhältnisse sorgen da- für, dass der gasförmige Anteil des Fluidstroms in das Innere des vom Gehäuse umgebenen Hohlraums strömt. Dort strömt er die Heizelemente an und wird dabei erhitzt bzw. überhitzt. Die Richtung, mit der die Heizelemente angeströmt werden, kann durch im Einströmraum angeordnete Leitbleche bzw. Leitschaufeln optimiert werden. Zum Beispiel kann auf diese Weise erreicht werden, dass die Heizrohre im Wesentlichen frontal angeströmt werden, bzw. die tangentiale Komponente kann reduziert werden. Da andererseits diese Leitelemente den Einströmraum verkleinern, sollte je nach Anwendung entschieden werden, ob und mit welchen Abmessungen sie verwendet werden.
Im Bedarfsfall, falls der durch die Zyklonwirkung erzielte Abscheidegrad zu schlecht ist und der in den Innenbereich übertretende gasförmige Anteil des Fluidstroms eine für die beabsichtigte Verwendung bzw. für die weitere Erhitzung zu große Menge der schwereren flüssigen Komponente mit sich trägt, können in dem Einströmraum zur weiteren Abscheidung Feinabscheider angeordnet werden. Das sich im Feinabscheider bildende Kondensat kann durch eine Kondensatableitung aus dem Hohlraum abgeführt werden. Die Vorrichtung eignet sich sowohl zur einstufigen als auch zur mehrstufigen (Zwischen-) Überhitzung. Zur zwei- bzw. mehrstufigen Überhitzung können beispielsweise im Ringraum in Richtung der Mittelachse gesehen zwei bzw. mehrere Gruppen von Heizelementen hintereinander angeordnet sein. Die den einzelnen Gruppen zugehöri- gen Heizelemente können dabei für jeweils unterschiedliche Heizleistungen bzw. Heiztemperaturen ausgelegt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung sind die Heizelemente rohrför- mig ausgestaltet. Zur Erhitzung bzw. Überhitzung des gasförmigen Anteils können die Heizelemente von einem fluiden Heizmedium, insbesondere Wasserdampf, durchströmt werden. Für eine mehrstufige Erhitzung kann dazu beispielsweise in unterschiedlichen Gruppen von Heizelementen Dampf mit unterschiedlichem Druck und/oder unterschiedlicher Temperatur verwendet werden.
Für eine möglichst effektive Erhitzung des gasförmigen Anteils werden als Heizelemente geradlinige Rohre verwendet, die parallel zur Mittelachse des Gebäudes ausgerichtet sind. Hierzu kann im Ringraum eine Mehrzahl von Rohren angeordnet sein, die je nach Anwendung unterschiedlich ausgestaltet sein können. Beispielsweise können Glattrohre oder Rippenrohre, oder günstige Kombinationen dieser Rohrtypen, verwen- det werden. Zweckmäßigerweise sind die einzelnen Rohre derart voneinander beabstandet, dass durch die verbleibenden Zwischenräume ein möglichst ungehinderter Übertritt der aus der Fluidströmung separierten gasförmigen Phase vom außen liegenden Einströmraum in den innen liegenden Abströmraum erfolgen kann. Andererseits ist natürlich eine gewisse „Dichte" von Rohren erforderlich, um die angestrebte Heizwirkung zu realisieren.
Die Heizrohre sind vorteilhafterweise zu Rohrbündeln zusammengefasst. Dabei können sogenannte Ringbündel eingesetzt werden, bei denen die Rohre mehr oder weniger gleichmäßig verteilt im Ringraum angeordnet sind. Alternativ oder in Kombination dazu können sogenannte Einzelbündel Verwendung finden. Dabei sind jeweils mehrere zueinander benachbarte Heizelemente zu einem Bündel zusammengefasst. Die Einzelbündel können vormontiert sein und lassen sich als Ganzes handhaben. Im Bedarfsfall lassen sie sich leichter montieren, demontieren bzw. austauschen als Einzelrohre. In einer bevorzugten Ausführungsform ist in das Gehäuse eine ringförmige, senkrecht zur Mittelachse ausgerichtete Trennplatte eingesetzt ist, die den Hohlraum in zwei Teilräume aufteilt, und deren Innenkreis im Wesentlichen mit dem Innenkreis des Ring- raums übereinstimmt, und deren Außenkreisradius etwas geringer als der Radius der Gehäuseinnenseite ist. Dadurch sind die beiden Teilräume strömungsmäßig nur durch einen im Innenkreis der Trennplatte und damit im Innern des Ringraums liegenden Durchgang miteinander verbunden. Vorteilhafterweise befinden sich die Zufuhrleitungen und die Abfuhrleitungen in jeweils unterschiedlichen Teilräumen. Der gasförmige Anteil des Fluidstroms kann auf diese Weise besonders günstig durch das Gehäuse geführt werden, wobei sicher gestellt wird, dass er den Ringraum zweimal, nämlich einmal von außen nach innen, und einmal von innen nach außen, durchströmt. Da die Trennplatte in radialer Richtung nicht bis zur Gehäuseinnenseite reicht, kann das Kondensat dort ungehindert abfließen.
Bezüglich der Dampfturbinenanlage wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem die Zufuhrleitung oder alle Zufuhrleitungen der oben beschriebenen Separationsvorrichtung mit dem Dampfauslass der Hochdruckturbine verbunden sind, und die Abfuhrleitung oder alle Abfuhrleitungen mit dem Dampfeinlass der Niederdrucktur- bine verbunden sind. Somit wird der Dampf aus der Hochdruckturbine in die Separationsvorrichtung eingeleitet, in der einerseits der Wasseranteil aus dem Dampf abgeschieden wird und anderseits der gasförmige Anteil überhitzt wird. Der überhitzte Dampf wird anschließend in die Niederdruckturbine eingeleitet, wo er zur weiteren Energiegewinnung verwendet wird.
Bezüglich des Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem der dem Dampfauslass der Hochdruckturbine entströmende Dampf in einen Hohlraum geleitet wird, der von einem im Wesentlichen um eine Mittelachse rotationssymmetrischen Gehäuse umschlossen ist, wodurch der Dampf in Rotation versetzt wird und sein gasförmiger Anteil vom flüssigen Anteil separiert und in einem innerem Bereich des vom Gehäuse umgebenen Hohlraumes gesammelt wird, und wobei der gasförmige Anteil bei seinem Übertritt in den inneren Bereich durch Heizelemente erhitzt wird und anschließend dem Dampfeinlass der Niederdruckturbine zugeführt wird. In einer bevorzugten Version des Verfahrens sind zumindest einige der Heizelemente rohrförmig ausgestaltet, bilden also Heizrohre. Der von einem Dampferzeuger erzeugte Frischdampf wird in zumindest einige der Heizrohe geleitet, wodurch der mit den Au- ßenseiten der Heizrohre im Kontakt tretende gasförmige Anteil des in die Separationsvorrichtung eingeleiteten Fluidstroms erhitzt bzw. überhitzt wird. Alternativ oder in Kombination dazu kann der Hochdruckturbine Anzapfdampf entnommen werden, der dann in zumindest einige der Heizelemente geleitet wird. Auf diese Weise kann insbesondere eine zwei- oder mehrstufige Überhitzung des gasförmigen Anteils des Fluidstroms erreicht werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch eine geschickte Anordnung von Heizelementen innerhalb eines Zyklonabscheiders eine Abscheidung einer schweren Komponente bzw. einer flüssigen Phase eines Mehrpha- sen-Fluidstroms bei gleichzeitiger Erhitzung bzw. Überhitzung des gasförmigen Anteils des Fluidstroms in ausgesprochen raumsparender und Material und Baukosten schonender Weise realisiert werden kann. Dadurch ist die Vorrichtung insbesondere für den Einsatz in Anlagen geeignet, die auf engem Raum gebaut werden müssen. Zur primären Abscheidung der schweren Komponente oder Phase des Fluidstroms wird dabei das Zyklonprinzip genutzt. Der Einbau von zusätzlichen Feinabscheidern erlaubt eine weitere Reduzierung der schweren Komponente. Die Anströmung der Heizelemente, die zur Erhitzung bzw. Überhitzung der leichten Phase des Fluidstroms ausgelegt sind, kann durch die Verwendung von Leitblechen, Leitschaufeln bzw. Lochblenden weiter verbessert werden.
Eine Dampfturbinenanlage, bei der eine derartige Separationsvorrichtung zwischen eine Hochdruckturbine und Niederdruckturbine geschaltet ist, kann in besonders kompakter und Material schonender Bauweise realisiert werden. Dabei kann die Vorrichtung im Wesentlichen in einem vertikal aufgestellten Gehäuse direkt unter der Hoch- druckturbine angebracht werden, so dass das Gas aus dem Dampfauslass der Hochdruckturbine am oberen Ende des Gehäuses in die Vorrichtung einströmen kann. Durch Abfuhrleitungen am unteren Ende des Gehäuses kann dann der überhitzte Dampf der Niederdruckturbine zugeführt werden. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
Fig. 1 vier verschiedene, aneinandergesetzte viertelkreisförmige Teilquerschnitte von vier verschiedenen möglichen Ausgestaltungen einer Vorrichtung zur Phasenseparation eines Mehrphasen-Fuidstroms mit einem im Wesentlichen um eine Mittelachse rotationssymmetrisch ausgestalteten Gehäuse, wobei die jeweilige Querschnittsebene senkrecht zur Mittelachse gewählt ist,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die linksseitige Hälfte einer Ausführungsform der
Vorrichtung gemäß Fig.1 ,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 1 im rechtsseitigen Längsschnitt,
Fig. 4 eine Mehrzahl von Heizelementen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 und von den Heizelementen zugeordneten Leitschaufeln, hier im Querschnitt mit Blickrichtung in Richtung der Mittelachse dargestellt,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch die linksseitige Hälfte einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 1 , und
Fig. 6 ein schematisiertes Blockschaltbild einer Dampfturbinenanlage mit einer
Hochdruckturbine, einer Niederdruckturbine, einem Frischdampferzeuger sowie mit einer Vorrichtung zur Phasenseparation eines Mehrphasen- Fluidstroms gemäß einer Ausführungsform nach Fig. 1 bis Fig. 5.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 zur Phasenseparation eines Mehrphasen-Fluid- stroms umfasst ein im Wesentlichen um eine Mittelachse M rotationssymmetrisch und hohlzylindrisch ausgestaltetes Gehäuse 2, das einen Hohlraum 3 umschließt und in das vier Zufuhrleitungen 6 eingelassen sind. Dabei entspricht jeder Quadrant der Fig. 1 ei- ner möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung, wobei in Wirklichkeit jeweils alle vier Quadranten in einer der hier gezeigten vier Weisen realisiert sind. Das Gehäuse 2 hat in einer bevorzugten Ausgestaltung einen Durchmesser von ca. 6 Metern.
Der Mehrphasen-Fluidstrom (nicht eingezeichnet) strömt dabei in Einströmrichtung 10 im Wesentlichen tangential zur Gehäuseinnenseite 11 in den vom Gehäuse 2 umgegeben Hohlraum 3 ein. Bei dem Fluidstrom kann es sich beispielsweise um Dampf handeln, der aus dem Dampfauslass einer in einer Dampfturbinenanlage installierten Hochdruckturbine durch die Zufuhrleitungen 6 in das Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 geleitet wird. Das Gehäuse 2 ist vorzugsweise aus Stahl bzw. Edelstahl angefertigt, wobei je nach Einsatzgebiet auch andere Materialien vorteilhaft sein können.
Der Fluidstrom wird dabei in Rotation versetzt, wobei die auf den Fluidstrom wirkende Zentrifugalkraft die schwere Komponente des Fluidstroms, in diesem Fall Wasser, nach außen an die Gehäuseinnenseite 11 zieht. Der gasförmige Anteil des Fluidstroms be- wegt sich aufgrund der sich im Hohlraum 3 ausbildenden Strömungsverhältnisse von dem Einströmraum 12 in den Ringraum 14. Der ringförmige Ringraum 14 schließt den im Inneren des Gehäuses 2 liegenden zylindrischen Abströmraum 16 räumlich ein. In dem Ringraum 14 sind Heizelemente, die hinsichtlich ihrer Heizleistung zur Überhitzung des gasförmigen Anteils des Fluidstroms ausgelegt sind, angeordnet. Dabei können einzelne Heizrohre 18 Verwendung finden, die in ihrer Gesamtheit gewissermaßen Ringbündel bilden. Bei einer Länge der im Ringbündel verwendeten Rohre von ca. 13 m und einem Gehäusedurchmesser von 6 m stehen bei einem Außendurchmesser des Bündels von ca. 3,5 m und einem Rohrdurchmesser von jeweils ca. 2,3 cm bei einer Gesamtanzahl von ca. 5000 Rohren ca. 16.000 m2 Heizfläche zur Verfügung. Alternativ dazu oder in Kombination mit den Heizrohren 18 können Einzelbündel 20 eingesetzt werden. Die Heizrohre 18 bzw. Einzelbündel 20 werden in Strömungsrichtung 22 von dem gasförmigen Anteil des Fluidstroms angeströmt. Der gasförmige Anteil wird im Ringraum 14 überhitzt, worauf er in den Abströmraum 16 weiterströmt. Von dort wird er durch Abfuhrleitungen 24 (in Fig. 1 nicht eingezeichnet) in die Niederdruckturbine weitergeleitet.
Bei einer direkten Anströmung der Heizelemente durch den Fluidstrom kann aufgrund früherer Erfahrungen ein Abscheidewirkungsgrad des Wassers von bis zu ca. 80% erreicht werden. Dies bedeutet, dass der die Heizrohre 18 bzw. Einzelbündel 20 anströmende Dampf noch ca. 2,6% Wasseranteil hat. Um im Bedarfsfall den Wasseranteil noch weiter zu reduzieren, können im Einströmraum 12 Feinabscheider 28 angebracht sein. Als Feinabscheider 28 können beispielsweise unterschiedlich ausgestaltete BIe- che Verwendung finden. Es können auch so genannte Rippenabscheider verwendet werden. Eine weitere Alternative besteht aus Paketen von gewellten Blechen. Gewöhnlich sind diese Abscheideelemente in einem Rahmen befestigt bzw. verankert. Unter Zuhilfenahme der Feinabscheider 28 kann der Wasseranteil auf ca. 0,5% bis 1 % reduziert werden. Allerdings geht mit dem Einbringen der Feinabscheider 28 in den Einströmraum 12 ein Druckverlust einher und der Einströmraum 12 wird verkleinert. Im Ausführungsbeispiel sind die Feinabscheider 28 auf einem um die Mittelachse M gelegenen Außenkreis mit ca. 4m Durchmesser angeordnet und stellen eine Anströmungs- fläche von ca. 70 m2 bereit.
Unter Berücksichtigung der gesamten Energiebilanz der Vorrichtung 1 wird die zusätzlich gebrauchte Wärme, die durch den erhöhten Wasseranteil von ca. 2,6 % (ohne Feinabscheider 28) im Vergleich zu 0,5 bis 1 % (mit Feinabscheidern 28) am Eintritt des Rohrbündels verursacht würde, durch den Wegfall des durch die Feinabscheider 28 verursachten Druckverlustes wahrscheinlich vernachlässigbar sein. Die Energiebi- lanz ergibt sich dabei wie folgt: Um bei einem Wasseranteil von 2,6 % auf denselben Austrittsdruck und dieselbe Austrittstemperatur des Dampfes an der Abfuhrleitung 24 zu kommen wie bei einem Wasseranteil von 0,5 bis 1 %, muss ca. 20 % mehr Frischdampf von der Frischdampfleitung bzw. von der Hochdruckturbine angezapft und in die Heizrohre eingeleitet werden. Wenn aber der rohrseitige Massenstrom durch die Heiz- röhre gleich bleibt, sinkt aufgrund des ca. 2 % höheren Wasseranteils die Austrittstemperatur um ca. 20 K. Pro Kelvin Temperaturverlust sinkt die Generatorleistung in einer typischen Kraftwerksturbine um ca. 0,2 MWe (Megawatt elektrisch). Dagegen gewinnt man pro bar weniger Druckverlust 10 MWe an Generatorleistung. Ein Austrittstempera- turverlust des überhitzten Dampfes von ca. 20 K lässt sich somit durch eine Verringerung des Austrittsdruckverlustes von ca. 400 mbar kompensieren.
Um die Anströmung der Heizelemente zu verbessern bzw. um die tangentiale Kompo- nente der AnStrömungsgeschwindigkeit zu reduzieren bzw. komplett auszuschließen, können Leitbleche 32, Lochbleche 34 bzw. Leitschaufeln 36 im Einströmraum 12 angeordnet sein. Durch diese Umlenkvorrichtungen wird allerdings der Einströmraum 12 in seiner Größe reduziert. Leitbleche 32, Lochbleche 34 und Leitschaufeln 36 können in der Vorrichtung 1 jeweils alleine oder in unterschiedlichen Kombinationen miteinander verwendet werden.
Als Heizelemente können Rohrbündel Verwendung finden, wie sie u.a. in Wärmetauschern verwendet werden. Um eine möglichst große Heizoberfläche zur Verfügung zu stellen, können dabei Rippenrohre bzw. geschlitzte Rippenrohre eingesetzt werden. Es können auch - gegebenenfalls in Kombination mit diesen - Glattrohre Verwendung finden. Die Rohre werden dabei beispielsweise von Frischdampf bei ca. 70 bar und/oder - bei mehrstufiger Erhitzung - von Anzapfdampf der Hochdruckturbine bei ca. 30 bar durchströmt. Die Heizrohre 18 weisen vorzugsweise an der Außenseite ein rundes Querschnittsprofil auf, um dem zu erhitzenden Fluidstrom möglichst wenig Strö- mungswiderstand entgegenzusetzen.
Die Vorrichtung 1 ist in Fig. 2 in einem linksseitigen Längsschnitt in einer möglichen Ausführungsform dargestellt. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 im Wesentlichen senkrecht aufgestellt. Das Gehäuse 2 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet und rotationssymmetrisch um die Mittelachse M. In den Ringraum 14 sind Heizrohre 18 in Form eines Ringbündels montiert. Zur Überhitzung des gasförmigen Anteils wird den Heizrohren 18 Frischdampf durch die Frischdampfzuleitung 38 zugeführt. Auf etwa halber Höhe des Gehäuses 2 wird der Hohlraum 3 durch eine horizontal ausgerichtete, ringförmige Trennplatte 37 in einen oberen und einen unteren Teilraum aufgeteilt. Die Trennplatte 37 erstreckt sich in radialer Richtung vom Innendurchmesser des Ringraumes 14 bzw. Ringbündels bis fast zur Gehäuseinnenseite 11. Der obere und der untere Teilraum sind auf diese Weise strömungsmäßig nur über den innerhalb der Trennplatte 37 liegenden Verbindungsab- schnitt des Abströmraums 16 verbunden. Diese Ausführung kann (jedenfalls im oberen Teilraum) mit allen vier in Fig. 1 dargestellten Varianten kombiniert werden.
Die Heizrohre 18 können durch die Trennplatte 37 durchgeführt werden und sich über beide Teilräume erstrecken. Alternativ dazu - insbesondere bei zweistufiger Erhitzung - können zwei Gruppen von Heizrohren 18, nämlich eine Gruppe im oberen und eine Gruppe im unteren Teilraum, verwendet werden. Dabei können die Heizrohre 18 der beiden Gruppen für jeweils unterschiedliche Heizleistungen ausgelegt sein.
Der aus der Hochdruckturbine austretende Dampf wird durch die Zufuhrleitungen 6 in das Gehäuse 2 in den oberen Teilraum geleitet und strömt die Gehäuseinnenseite 11 in tangentialer Richtung an. Hierbei wird der Wasseranteil des Dampfes an der Gehäuseinnenseite 11 abgeschieden. Aufgrund der sich im Zyklon ausbildenden Strömungsverhältnisse und gegebenenfalls mit Hilfe von Leitblechen 32, Leitschaufeln 36 bzw. Lochblechen 34 strömt der gasförmige Anteil des Dampfes in den Abströmraum 16 und durchquert den im Innern der Trennplatte 37 gelegenen Übergang zum unteren Teilraum. Der gasförmige Anteil ändert nach Passieren des Übergangs seine Richtung und wird wieder nach außen durch den Ringraum 14 in Richtung der Gehäuseinnenseite 11 gelenkt, wobei eine erneute Erhitzung durch die im Ringraum 14 angeordneten Heizrohre 18 erfolgt. Anschließend strömt der erhitzte, gasförmige Anteil in die seitlich am Gehäuse 2 angebrachten Abfuhrleitungen 24 und weiter in die Niederdruckturbine.
Da die Trennplatte 37 nicht ganz bis an die Gehäuseinnenseite 11 heranreicht, sondern dort ein Ringspalt verbleibt, kann das an der Gehäuseinnenseite 11 herunter fließende Kondensat, hier Wasser, in den Kondensatablauf 42 im unteren Teilraum eintreten. Darüber hinaus ist ein zweiter Kondensatablauf 43 im vertieften Bodenbereich des Gehäuses 2 vorgesehen, über den das in unteren Teilraum sich sammelnde Kondensat durch eine Kondensatableitung 46 ablaufen kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung 1 , die mit den bislang gezeigten Ausführungen kombiniert werden kann, ist in Fig. 3 zu sehen. Auch hier ist die Mittelachse M des Gehäuses 2 im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet. Die Zufuhrleitungen 6 mün- den in das Gehäuse 2 derart, dass der Fluidstrom mit einem Gefälle von ca. 15° die Innenseite des Gehäuses 2 anströmt. Dadurch wird der Wirbelströmung im Inneren des Hohlraumes eine - über die Schwerkraftwirkung hinaus gehende - nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente überlagert, wodurch die gewünschte, im Wesentli- che spiral- oder helixartige Strömungsführung unterstützt wird.
Darüber hinaus sind bei der in Fig. 3 dargestellten Variante im Einströmraum 12 zur verstärkten Abscheidung von Wasser Feinabscheider 28 angebracht. Das sich in den Feinabscheidern 28 sammelnde Kondensat wird durch eine Feinabschei- derkondensatableitung 50 in den Kondensatablauf 42 geleitet. Das Kondensat, in diesem Falle Wasser, wird durch die Kondensatableitungen 46 aus dem Gehäuse geleitet.
Eine mögliche Ausführungsform der optional vorgesehenen Leitschaufeln 36 ist in Fig. 4 in einem Querschnitt dargestellt. Die gewählte Querschnittsebene liegt senkrecht zur Mittelachse M der Vorrichtung 1. Dabei sind die Leitschaufeln 36 zwischen einer gedachten inneren Umrandung 54 und einer äußeren Umrandung 58 montiert. Die Umrandungen 54 und 58 sind in Wirklichkeit kreisförmig, was aber in der ganz und gar schematischen und nicht maßstabsgerechten Fig. 4 nicht erkennbar ist. Die Leitschaufeln 36 haben dabei ein gekrümmtes, sich in Richtung der Heizrohre 18 verjüngendes Profil (es sind nur die außen liegenden Heizrohre 18 des von den Leitschaufeln 36 umgebenen Ringbündels dargestellt). Die Leitschaufeln 36 beeinflussen die Strömungsrichtung 22 des Fluidstroms. Durch geeignete Form und Positionierung der Leitschaufeln 36 kann erreicht werden, dass die Heizrohre 18 im Wesentlichen frontal angeströmt werden. Eine tangentiale oder schräge Anströmung der Heizrohre 18 kann da- durch stark vermindert bzw. vermieden werden.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit im Wesentlichen vertikaler Ausrichtung der Mittelachse M ist für eine zweistufige Erhitzung bzw. Überhitzung des Fluidstroms ausgelegt. Dazu wird eine im äußeren Bereich des Ringraums 14 ge- legene Gruppe von Heizrohren 18 über eine Anzapfdampfzuleitung 40 mit dem beispielsweise einer Hochdruckturbine entnommenen Anzapfdampf bei ca. 30 bar versorgt. Einer inneren Gruppe von Heizrohren 18 wird über die Frischdampfzuleitung 38 Frischdampf bei ca. 70 bar zugeleitet. Das sich im Ringraum 14 bildende Kondensat kann über die Kondensatableitungen 46 aus der Vorrichtung 1 abgeleitet werden. Zwischen den Eintrittssammlern für die mit unterschiedlichem Dampf versorgten Gruppen von Heizrohren 18 können zur Trennung der jeweiligen Dämpfe Trennbleche 82 vorgesehen sein. Dies gilt ebenso für die Austrittssammler.
Von dem durch die Zufuhrleitung 6 in das Gehäuse 2 einströmenden Fluidstrom wird an der Gehäuseinnenseite 11 und ggf. zusätzlich an im Einströmraum 12 angeordneten Feinabscheidern 28 der Wasseranteil abgeschieden, während der gasförmige Anteil in den Ringraum 14 strömt. Der gasförmige Anteil umströmt dabei erst die äußere, mit Anzapfdampf versorgte Gruppe von Heizrohren 18 und danach auf seinem Weg ins Innere des Abströmraums 16 die innere Gruppe von Heizrohren 18 an. Der gasförmige Anteil wird so auf seinem Weg ins Innere des Abströmraums 16 sukzessive erhitzt. Diese Art der zweistufigen Erhitzung kann auf eine mehrstufige Erhitzung mit Hilfe von zusätzlichen Dampfzuleitungen und Rohrgruppen in offensichtlicher weise verallge- meinert werden. Ferner kann diese Form der zweistufigen oder mehrstufigen Erhitzung mit der Variante, in der in Richtung der Mittelachse M des Gehäuses 2 gesehen mehrere, auf unterschiedliche Heizleistung ausgelegte Gruppen von Heizrohren 18 hinter- bzw- übereinander angeordnet sind, kombiniert werden.
In der in Fig. 5 gezeigten Variante der Vorrichtung 1 führt die Abfuhrleitung 24 in vertikaler Richtung nach unten aus dem Abströmraum 16 heraus. Diese Ausgestaltung der Abfuhrleitung 24 und die damit verbundene, vertikal nach unten gerichtete Abführung des erhitzten Dampfes kann auch mit einer einstufigen Erhitzung kombiniert werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Dampfturbinenanlage 62 ist in Fig. 6 gezeigt. Sie umfasst einen Frischdampferzeuger 66, eine Hochdruckturbine 70, sowie eine Niederdruckturbine 74. Die Vorrichtung 1 ist strömungsseitig zwischen die Hochdruckturbine 70 und die Niederdruckturbine 74 geschaltet. Der im Frischdampferzeuger 66 erzeugte Frischdampf wird zur Verrichtung von Arbeit in die Hochdruckturbine 70 ge- leitet. Unter Verrichtung von Arbeit entspannt sich der Dampf in der Hochdruckturbine 70, wodurch sich sein Wasseranteil erhöht. Damit der Dampf in der Niederdruckturbine 74 möglichst effizient zur Energieerzeugung verwendet werden kann, muss er in geeigneter Weise aufbereitet werden. Dazu muss sein Wasseranteil reduziert werden, bevor er anschließend in einen überhitzten Zustand überführt wird. Aus diesem Grunde wird der aus dem Dampfauslass der Hochdruckturbine 70 austretende Dampf über einen Verteiler durch Zufuhrleitungen 6 in das Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 geleitet. Dort strömt der Dampf tangential zur Gehäuseinnenseite 11 ein und wird dadurch in Rotation versetzt. Der gasförmige Anteil des Dampfes strömt in das Gehäuseinnere, wo er durch Heizelemente, insbesondere Heizrohre, in einen überhitzten Zustand versetzt wird. Von dort wird der überhitzte Dampf durch Abfuhrleitungen 24 in den Dampfeinlass der Niederdruckturbine 74 geleitet. Dort kann der auf diese Weise aufbereitete Dampf weiter zur Energiegewinnung verwendet werden. Die Heizrohre (hier nicht eingezeich- net) der Vorrichtung 1 werden in diesem Ausführungsbeispiel durch die Heizzuleitung 78 mit Frischdampf aus dem Frischdampferzeuger 66 versorgt. Alternativ oder zusätzlich könnte der Hochdruckturbine 70 zu diesem Zweck Anzapfdampf entnommen werden.
Die Vorrichtung 1 ist selbstverständlich nicht auf den Einsatz in Dampfturbinenanlagen beschränkt. Sie kann im Wesentlichen immer dort eingesetzt werden, wo aus einem Mehrphasen-Fluidstrom die schwerere Komponente oder Phase abgeschieden werden soll und der gasförmige Anteil erhitzt bzw. überhitzt werden soll. Die schwere Komponente des Fluidstroms kann dabei wie oben erläutert Wasser sein. Es sind aber auch Anwendungen denkbar, in denen die schwere Komponente aus festen Teilchen besteht. Dabei könnte es sich beispielsweise um Ruß oder Schmutzpartikel handeln.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung M Mittelachse
Gehäuse
Hohlraum
Zufuhrleitung
Einströmrichtung
Gehäuseinnenseite
Einströmraum
Ringraum
Abströmraum
Heizrohr
Einzelbündel
Strömungsrichtung
Abfuhrleitung
Feinabscheider
Leitblech
Lochblech
Leitschaufel
Trennplatte
Frischdampfzuleitung
Anzapfdampfzuleitung Kondensatablauf
Kondensatableitung
Feinabscheiderkondensatableitung innere Umrandung äußere Umrandung
Dampfturbinenanlage
Frischdampferzeuger
Hochdruckturbine
Niederdruckturbine
Heizzuleitung
Trennblech

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Phasenseparation eines Mehrphasen-Fluidstroms mit einem im Wesentlichen um eine Mittelachse (M) rotationssymmetrisch ausgestalteten, einen Hohlraum (3) umschließenden Gehäuse (2), mit wenigstens einer Zufuhrleitung (6) für den Fluidstrom, die für eine im Wesentlichen tangential zur Gehäuseinnenseite (11) gerichtete Einströmung des Fluidstroms ausgelegt ist, und mit wenigstens einer Abfuhrleitung (24) für den separierten gasförmigen Anteil des Fluidstroms, wobei im Hohlraum (3) zur Erhitzung des gasförmigen Anteils ausgelegte Heizelemente in einem konzentrisch um die Mittelachse (M) gelegenen Ringraum (14) angeordnet sind.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , wobei der Ringraum (14) mit den Heizelementen für eine Durchströmung des gasförmigen Anteils des Fluidstroms ausgelegt ist und den Hohlraum (3) in einen zwischen Gehäuseinnenseite (11) und Ringraum (14) liegenden Einströmraum (12) und einen innerhalb des Ringraums
(14) liegenden Abströmraum (16) aufteilt.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (2) im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet ist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit im Wesentlichen vertikaler Ausrichtung der Mittelachse (M).
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Heizelemente hinsichtlich Ihrer Heizleistung zur Überhitzung des gasförmigen Anteils des Fluidstroms, insbesondere Wasserdampfes, ausgelegt sind.
6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die oder jede Zufuhrlei- tung (6) derart ausgelegt ist, dass der Geschwindigkeitsvektor des in den Hohlraum (3) einströmenden Fluidstromes eine Komponente in Richtung der Mittelachse (M) des Gehäuses (2) aufweist.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die jeweilige Zufuhrleitung (6) derart ausgestaltet ist, dass der Geschwindigkeitsvektor des in den Hohlraum (3) ein- strömenden Fluidstromes um 10 bis 30 Grad, insbesondere 15 Grad, bezüglich einer senkrecht zur Mittelachse (M) stehenden Ebene geneigt ist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit vier Zufuhrieitungen (6), die gleichmäßig über den Umfang des Gehäuses (2) verteilt angeordnet sind.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei im Einströmraum (12)
Leitbleche (32) und/oder Leitschaufeln (36) angeordnet sind, die den gasförmigen Anteil des Fluidstroms in den Ringraum (14) lenken.
10.Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei im Einströmraum (12) Feinabscheider (28) angeordnet sind, und wobei in den Einströmraum (12) eine Feinabscheiderkondensatableitung (50) eingesetzt ist, durch den das sich im
Betriebszustand im Feinabscheider (28) bildende Kondensat aus dem Hohlraum (3) abgeführt wird.
11.Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei im Ringraum (14) in
Richtung der Mittelachse (M) gesehen zwei oder mehr Gruppen von Heizele- menten hintereinander angeordnet sind, deren Heizelemente für jeweils unterschiedliche Heizleistungen ausgelegt sind.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Heizelemente rohrförmig ausgestaltet sind und dazu ausgelegt sind, von einem fluiden Heizmedium, insbesondere Wasserdampf, durchströmt zu werden.
13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, wobei die Heizelemente jeweils als geradlinige Rohre ausgebildet sind, die parallel zur Mittelachse (M) ausgerichtet sind.
14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12 oder 13, wobei jeweils mehrere zueinander benachbarte Heizelemente zu einem Bündel zusammengefasst sind.
15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei in das Gehäuse (2) eine ringförmige, senkrecht zur Mittelachse (M) ausgerichtete Trennplatte (37) eingesetzt ist, die den Hohlraum (3) in zwei Teilräume aufteilt, und deren Innenkreis im Wesentlichen mit dem Innenkreis des Ringraums (14) übereinstimmt, und deren Außenkreisradius geringer als der Radius der Gehäuseinnenseite (11) ist.
16. Dampfturbinenanlage (62) mit einer Hochdruckturbine (70) und einer Niederdruckturbine (74) und einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die wenigstens eine Zufuhrleitung (6) mit dem Dampfauslass der Hochdruckturbine (70) verbunden ist, und wobei die wenigstens eine Abfuhrleitung s (24) mit dem Dampfeinlass der Niederdruckturbine (74) verbunden ist.
17. Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbinenanlage (62) mit einer Hochdruckturbine (70) und einer Niederdruckturbine (74), wobei der dem Dampfauslass der Hochdruckturbine (70) entströmende Dampf in einen Hohlraum (3) geleitet wird, der von einem im Wesentlichen um eine Mittelachse (M) rotations-o symmetrischen Gehäuse (2) umschlossen ist, wodurch der Dampf in Rotation versetzt wird und sein gasförmiger Anteil vom flüssigen Anteil separiert und in einem inneren Bereich des Gehäuses (2) gesammelt wird, und wobei der gasförmige Anteil bei seinem Übertritt in den inneren Bereich durch Heizelemente erhitzt wird und anschließend dem Dampfeinlass der Niederdruckturbine (74)5 zugeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei zumindest einige der Heizelemente rohrför- mig ausgestaltet sind und von in einem Dampferzeuger (66) erzeugten Frischdampf durchströmt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei zumindest einige der Heizelemente rohrförmig ausgestaltet sind, und wobei der Hochdruckturbine (70) Anzapfdampf entnommen und in diese Heizelemente geleitet wird.
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