ES2564557T3 - Separador vapor-agua - Google Patents
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Abstract
Un separador de vapor-agua (45) que comprende - un tubo elevador de vapor-agua (52) a través del cual sube un flujo bifásico de agua y vapor, incluyendo el tubo elevador de vapor-agua (52), una parte curva (54) en una parte inferior y una paleta giratoria (55) dispuesta dentro del tubo elevador de vapor-agua, entre la parte curva y un extremo superior del tubo elevador de vapor-agua; - un cilindro de bajada (56) dispuesto rodeando el tubo elevador de vapor-agua para formar un espacio de bajada anular (58); - una plataforma (60) que está dispuesta en el lado opuesto a los extremos superiores del tubo elevador de vapor10 agua y el cilindro de bajada, con un espacio predeterminado desde los mismos, y que incluye un orificio (61) dispuesto por encima del tubo elevador de vapor-agua; y - una unidad de ajuste de película líquida (63), caracterizada por que la unidad de ajuste de película líquida está dispuesta en una localización entre la parte curva (54) y la paleta giratoria (55), y ajusta un espesor de una película líquida formada en una cara interna del tubo elevador de vapor-agua.
Description
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agua ligera a alta presión y alta temperatura en el generador de vapor 13 se envía a la turbina 18 a través del tubo de agua de enfriamiento 20, y el vapor impulsa la turbina 18, de manera que el generador eléctrico 23 genera electricidad. El vapor, después de impulsar la turbina 18, se enfría mediante el condensador 19 y después se envía de vuelta al generador de vapor 13 a través del tubo de agua de enfriamiento 21.
En el generador de vapor 13 en las instalaciones de energía eléctrica que tienen el reactor de agua a presión, como se muestra en la Figura 4, se sella un cilindro 31, que tiene una forma cilíndrica hueca y tiene un diámetro algo menor en la parte inferior que en la parte superior. Dentro del cilindro 31, se dispone un cilindro externo del haz de tubos 32 de una forma cilíndrica con un espacio predeterminado desde la pared interna del cilindro 31, y su extremo inferior se extiende hacia la cercanía de una placa tubular 33. El cilindro externo del haz de tubos 32 está soportado por una pluralidad de miembros de soporte 34 en una posición con distancias predeterminadas desde el cilindro 31 en una dirección longitudinal y una dirección circunferencial.
En el cilindro externo del haz de tubos 32, una pluralidad de placas de soporte de tubo 35 está dispuesta a las alturas correspondientes a aquellas de los miembros de soporte 34 y están soportadas por una pluralidad de varillas de sujeción 36 que se extienden hacia arriba desde la placa tubular 33. Dentro del cilindro externo del haz de tubos 32, se dispone un grupo de tubos de transferencia de calor 38 que incluye una pluralidad de tubos de transferencia de calor 37 con forma de U invertida. Cada tubo de transferencia de calor 37 tiene su extremo expandido y soportado por una placa tubular 33 y su parte media soportada por la pluralidad de placas de soporte tubulares 35. En este caso, la placa de soporte tubular 35 tiene un gran número de orificios pasantes (no mostrados) formados, y cada tubo de transferencia de calor 37 discurre a través del orificio pasante en un estado sin contacto.
Se fija una cámara de agua 39 al extremo inferior del cilindro 31. La cámara de agua 39 está dividida en su interior en una cámara de entrada 41 y una cámara de salida 42 por un mamparo 40, e incluye una boquilla de entrada 43 y una boquilla de salida 44. Cada tubo de transferencia de calor 37 tiene un extremo conectado a la cámara de entrada 41 y el otro extremo conectado a la cámara de salida 42. El tubo de agua de enfriamiento 14 se conecta a la boquilla de entrada 43 mientras que el tubo de agua de enfriamiento 15 se conecta a la boquilla de salida 44.
Se disponen un separador de vapor-agua 45, que separa el agua suministrada en vapor y agua caliente, y un separador de humedad 46, que retira la humedad del vapor separado de esta manera para llevarla a un estado cercano a un vapor seco, en la parte superior del cilindro 31. En el cilindro 31, se inserta un tubo de suministro de agua 47 para suministrar el agua de enfriamiento secundaria dentro del cilindro 31 entre el grupo de tubos de transferencia de calor 38 y el separador de vapor-agua 45, y la salida de vapor 48 se forma en el techo del cilindro
31. Se dispone un canal de suministro de agua 49 dentro del cilindro 31, a lo largo del cual el agua de enfriamiento secundaria suministrada desde el tubo de suministro de agua 47 dentro del cilindro 31 fluye hacia abajo entre el cilindro 31 y el cilindro externo del haz de tubos 32, circula hacia arriba en la placa tubular 33, y circula hacia arriba dentro del grupo de tubos de transferencia de calor 38, realizando de esta manera el intercambio de calor con el agua caliente (agua de enfriamiento primaria) que fluye dentro de cada tubo de transferencia de calor 37. El tubo de agua de enfriamiento 21 se conecta al tubo de suministro de agua 47, mientras que el tubo de agua de enfriamiento 20 se conecta a la salida del vapor 48.
Por lo tanto, el agua de enfriamiento primaria calentada por el reactor de agua a presión 12 se envía a la cámara de entrada 41 del generador de vapor 13 a través el tubo de agua de enfriamiento 14, circula a través de un gran número de tubos de transferencia de calor, y fluye a la cámara de salida 42. Por otro lado, el agua de enfriamiento secundaria enfriada por el condensador 19 se envía al tubo de suministro de agua 47 del generador de vapor 13 a través el tubo de agua de enfriamiento 21 y discurre a través del canal de suministro de agua 49, realizando el intercambio de calor con el agua caliente (agua de enfriamiento primaria) que fluye en los tubos de transferencia de calor 37. En concreto, dentro del cilindro 31, el intercambio de calor se realiza entre el agua de enfriamiento primaria a alta presión y alta temperatura y el agua de enfriamiento secundaria, y el agua de enfriamiento primaria enfriada se envía desde la cámara de salida 42 de vuelta al reactor de agua a presión 12 a través el tubo de agua de enfriamiento 15. Por otro lado, el agua de enfriamiento secundaria que ha realizado el intercambio de calor con el agua de enfriamiento primaria a alta presión y alta temperatura se dirige hacia arriba dentro del cilindro 31 y se separa por el separador de vapor-agua 45 en el vapor y el agua caliente, y el vapor se envía a la turbina 18 a través del tubo de agua de enfriamiento 20 después de que su humedad se haya retirado por el separador de humedad 46.
En el separador de vapor-agua 45 del generador de vapor 13 configurado como se ha descrito anteriormente, como se muestra en la Figura 5, una pluralidad de elevadores (tubos elevadores de vapor-agua) 51 de una forma vertical localizados en el centro y los elevadores (tubos elevadores de vapor-agua) 52 de una forma curva localizados en la periferia se disponen en la parte superior del cilindro externo del haz de tubos 32. En concreto, un trabajador requiere un espacio de trabajo para un trabajo de soldadura y similares en el momento de la producción, entre el elevador 52 localizado en la periferia del cilindro externo del haz de tubos 32 y el cilindro 31, y el extremo inferior del elevador 52 localizado en la periferia del cilindro externo del haz de tubos 32 tiene que tener una forma curva.
Sin embargo, en el separador de vapor-agua que tiene el elevador con forma curva 52, cuando un flujo bifásico del vapor y el agua caliente se dirige hacia arriba dentro del elevador 52, se provoca un desequilibrio en la corriente del flujo bifásico, y las gotas de líquido del flujo bifásico entran en contacto con la cara interna de la parte curva,
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una diferencia en la masa. El líquido de baja masa cuyo elemento principal es el vapor fluye hacia arriba dentro del elevador 52 mientras gira con un pequeño radio de giro centrado cerca del eje central del elevador 52, y se descarga por encima de la plataforma 60 a través del orificio 61 y las purgas 62. Por otro lado, el líquido de alta masa cuyo elemento principal es el agua caliente fluye hacia arriba dentro del elevador 52 mientras gira con un radio de giro mayor que el del líquido cuyo elemento principal es el vapor, y se introduce en el espacio de bajada 58 del cilindro de bajada 56 a través una abertura entre el elevador 52 y la plataforma 60.
En este momento, el flujo bifásico del vapor y el agua caliente, introducido en la parte curva 54 del elevador 52 entra en contacto con la cara interna en el lado externo de la dirección de curvado de la parte curva 54, formando la película líquida allí. Sin embargo, debido a que la placa de resistencia 92 está fijada por encima de este lugar y restringe el crecimiento de la película líquida, la película líquida no aumenta de espesor. En concreto, aunque la película líquida se forma en la cara interna del elevador 52, su flujo hacia arriba está bloqueado por la placa de resistencia 92, de manera que el espesor de la película líquida en la dirección circunferencial en la parte vertical 53 del elevador 52 se ajusta para que sea uniforme. Por lo tanto, el agua caliente fluye apropiadamente dentro del espacio de bajada 58 del cilindro de bajada 56 y fluye hacia abajo sin rebosar a través del orificio 61. Por otro lado, el vapor fluye hacia arriba mientras gira en la parte superior del elevador 52 y se descarga apropiadamente por encima de la plataforma 60 a través del orificio 61 sin absorber el agua, porque no hay desequilibrio de la película líquida.
Como en el caso anterior, en el separador de vapor-agua de la cuarta realización, la paleta giratoria 55 se fija dentro del elevador 52 que tiene la parte vertical 53 y la parte curva 54, el espacio de bajada anular 58 se forma disponiendo el cilindro de bajada 56 fuera de la parte vertical 53 del elevador 52, la plataforma 60 se dispone por encima del elevador 52 y el cilindro de bajada 56 con un espacio predeterminado desde los mismos, se forman el orificio 61 y las purgas 62, y se fija la placa de resistencia 92 con el pasaje de flujo bifásico 91 formado en su centro, en la localización entre la parte curva 54 del elevador 52 y la paleta giratoria 55.
Por lo tanto, aunque el flujo bifásico del vapor y el agua caliente introducido en el elevador 52 entre en contacto con la cara interna en el lado externo de la dirección de curvado de la parte curva 54 y la película líquida se forme en la misma, la película líquida tiene su fluyo ascendente bloqueado por la placa de resistencia 92, de manera que el espesor de la película líquida en la dirección circunferencial en la parte vertical 53 del elevador 52 se ajusta para que sea uniforme. Por lo tanto, el agua caliente fluye apropiadamente dentro del espacio de bajada 58 del cilindro de bajada 56 y fluye hacia abajo sin rebosar a través del orificio 61. Además, no hay desequilibrio de la película líquida, de manera que el vapor que fluye hacia arriba mientras gira en la parte superior del elevador 52 se descarga apropiadamente por encima de la plataforma 60 a través del orificio 61 sin absorber el agua. Como resultado, puede mejorarse la eficacia de separación de vapor-agua.
En la presente realización, la unidad de ajuste de película líquida de la presente invención está compuesta por la placa de resistencia 92 con el pasaje de flujo bifásico 91 formado en su interior. Por lo tanto, es posible ajustar el espesor de la película líquida formada en la cara interna de la parte vertical 53 en el lado externo de la dirección de curvado y eliminar la descarga del vapor del flujo bifásico que se dirige hacia arriba dentro del elevador 52 hacia el exterior, con una configuración sencilla. De esta manera, puede conseguirse una eficacia mejorada del proceso de separación de vapor-agua.
Quinta realización
La Figura 9 es un diagrama esquemático de una parte relevante de un separador de vapor-agua de acuerdo con una quinta realización de la presente invención. Al miembro que tiene la misma función que la del miembro descrito en las realizaciones mencionadas anteriormente se le da el mismo número de referencia y se omite una explicación del mismo.
En el separador de vapor-agua 45 de la quinta realización, como se muestra en la Figura 9, el elevador 52 se configura de manera que la parte curva 54 se une integralmente a la parte inferior de la parte vertical 53, posibilitando que el flujo bifásico del vapor y el agua caliente se introduzca desde la parte inferior de la parte curva 54, y el elevador 52 tiene la paleta giratoria 55 fijada dentro de la parte vertical 53. Disponiendo el cilindro de bajada 56 para rodear la parte vertical 53 del elevador 52, el espacio de bajada anular 58 se forma entre el elevador 52 y el cilindro de bajada 56. La plataforma 60 está dispuesta por encima del elevador 52 y el cilindro de bajada 56 con un espacio predeterminado desde los mismos, y se forman el orificio 61 y las purgas 62 en la plataforma 60.
El elevador 52 tiene unidades de descarga de flujo de película líquida 101 y 102 formadas, como una unidad de ajuste de película líquida, en la localización por encima de la paleta giratoria 55. Las unidades de descarga de flujo de película líquida 101 y 102 están localizadas en el lado externo y el lado interno de la dirección de curvado de la parte curva 54, respectivamente, y se ajusta un área de abertura de la unidad de descarga de flujo de película líquida 101 para que sea mayor que el de la unidad de descarga de flujo de película líquida 102. En la presente realización, las unidades de descarga de flujo de película líquida 101 y 102 están compuestas de una pluralidad de rendijas 103 y 104 formadas horizontalmente en el extremo superior de la parte vertical 53, cinco rendijas 103 para la unidad de descarga de flujo de película líquida 101 y tres rendijas 104 para las unidades de descarga de flujo de
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película líquida 102.
Se explica ahora el funcionamiento del separador de vapor-agua 45 de la presente invención, configurado como se ha descrito anteriormente.
El flujo bifásico del vapor y el agua caliente se introduce en el elevador 52 desde su parte inferior, fluye hacia arriba mediante una potencia de giro por la paleta giratoria 55, y se separa en el líquido cuyo elemento principal es el agua caliente y el líquido cuyo elemento principal es el vapor debido a una diferencia en el radio de giro, dependiendo de una diferencia en la masa. El líquido de baja masa cuyo elemento principal es el vapor fluye hacia arriba dentro del elevador 52 mientras que gira con un pequeño radio de giro centrado cerca del eje central del elevador 52, y se descarga por encima de la plataforma 60 a través del orificio 61 y las purgas 62. Por otro lado, el líquido de alta masa cuyo elemento principal es el agua caliente fluye hacia arriba dentro del elevador 52 mientras gira con un radio de giro mayor que el del líquido cuyo elemento principal es el vapor, y se introduce en el espacio de bajada 58 del cilindro de bajada 56 a través de una abertura entre el elevador 52 y la plataforma 60.
En este momento, el flujo bifásico del vapor y el agua caliente, introducido en la parte curva 54 del elevador 52 entra en contacto con la cara interna en el lado externo de la dirección de curvado de la parte curva 54, formando la película líquida allí. Aunque la película líquida fluye hacia arriba mientras su espesor crece, incluso después de que una potencia de giro dada por la paleta giratoria 55, debida a las rendijas 103, se forma en la parte superior de la parte vertical 53, parte del flujo de película líquida se descarga al exterior a través de las rendijas 103. Por lo tanto, la película líquida no aumenta su espesor. En concreto, aunque la película líquida se forma en la cara interna del elevador 52, las rendijas 103 y 104, como las unidades de descarga de flujo de película líquida 101 y 102, se forman en el extremo superior de la parte vertical 53, el área de abertura de la unidad de descarga de flujo de película líquida 101 localizada en el lado externo de la dirección de curvado de la parte curva 54 se ajusta para que sea mayor que el de la unidad de descarga de flujo de película líquida 102 localizada en el lado interno de la dirección de curvado de la parte curva 54, de manera que parte del flujo de la película líquida fina formada en el lado interno de la dirección de curvado se descarga a través de las rendijas 104, y la mayor parte del flujo de la película líquida gruesa formada en el lado externo de la dirección de cargado se descarga a través de las rendijas 103. Por esta razón, el espesor de la película líquida en la dirección circunferencial en la parte superior de la parte vertical 53 se ajusta para que sea uniforme, de manera que el agua caliente fluye apropiadamente dentro del espacio de bajada 58 del cilindro de bajada 56 y fluye hacia abajo sin rebosar a través del orificio 61. Por otro lado, el vapor fluye hacia arriba mientras gira en la parte superior del elevador 52 y se descarga apropiadamente por encima de la plataforma 60 a través del orificio 61 sin absorber el agua, porque no hay desequilibrio de la película líquida.
Como en el caso anterior, en el separador de vapor-agua de la quinta realización, la paleta giratoria 55 se fija dentro del elevador 52 que tiene la parte vertical 53 y la parte curva 54, el espacio de bajada anular 58 se forma disponiendo el cilindro de bajada 56 fuera de la parte vertical 53 del elevador 52, la plataforma 60 se dispone por encima del elevador 52 y el cilindro de bajada 56 con un espacio predeterminado desde los mismos, se forman el orificio 61 y las purgas 62, las rendijas 103 y 104, como las unidades de descarga de flujo de película líquida 101 y 102, se forman en la localización por encima de la paleta giratoria 55 en el elevador 52, y el área de abertura de la unidad de descarga de flujo de película líquida 101 localizada en el lado externo de la dirección de curvado de la parte curva 54 se ajusta para que sea mayor que la de la unidad de descarga de flujo de película líquida 102 localizada en el lado interno de la dirección de curvado de la parte curva 54.
Por lo tanto, aunque el flujo bifásico del vapor y el agua caliente introducido en el elevador 52 entra en contacto con la cara interna en el lado externo de la dirección de curvado de la parte curva 54 para formar la película líquida allí, y la película líquida formada fluye hacia arriba hacia la parte vertical 53 mientras crece, la mayor parte del flujo de la película líquida gruesa formada en el lado externo de la dirección de curvado se descarga a través de las rendijas
103. Por lo tanto, el espesor de la película líquida en la dirección circunferencial en la parte superior del elevador 52 se ajusta para que sea uniforme, de manera que el agua caliente fluye apropiadamente dentro del espacio de bajada 58 del cilindro de bajada 56 y fluye hacia abajo sin rebosar a través del orificio 61. Además, no hay desequilibrio de la película líquida, de manera que el vapor que fluye hacia arriba mientras gira en la parte superior del elevador 52 se descarga apropiadamente por encima de la plataforma 60 a través del orificio 61 sin absorber el agua. Como resultado, puede mejorarse la eficacia de separación de vapor-agua.
Sexta realización
La Figura 10 es un diagrama esquemático de una parte relevante de un separador de vapor-agua de acuerdo con una sexta realización de la presente invención. Al miembro que tiene la misma función que la del miembro descrito en las realizaciones mencionadas anteriormente se le da el mismo número de referencia y se omite la explicación del mismo.
En el separador de vapor-agua 45 de la sexta realización, como se muestra en la Figura 10, el elevador 52 está configurado de manera que la parte curva 54 está unida integralmente a la parte inferior de la parte vertical 53, posibilitando que el flujo bifásico del vapor y el agua caliente se introduzca desde la parte inferior de la parte curva 54, y el elevador 52 tiene la paleta giratoria 55 fijada dentro de la parte vertical 53. Disponiendo el cilindro de bajada
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El orificio 61 está provisto con su centro O2 descentrado en una cantidad predeterminada d hacia el lado interior de la dirección de curvado de la parte curva 54, respecto al centro O1 del elevador 52.
Se explica ahora el funcionamiento del separador de vapor-agua 45 de la presente realización, configurado como se ha descrito anteriormente.
El flujo bifásico del vapor y el agua caliente se introduce en el elevador 52 desde su parte inferior, fluye hacia arriba mediante una potencia de giro por la paleta giratoria 55, y se separa en el líquido cuyo elemento principal es el agua caliente y el líquido cuyo elemento principal es el vapor debido a una diferencia en el radio de giro, dependiendo de una diferencia en la masa. El líquido de baja masa cuyo elemento principal es el vapor fluye hacia arriba dentro del elevador 52 mientras gira con un pequeño radio de giro centrado cerca del eje central del elevador 52, y se descarga por encima de la plataforma 60 a través del orificio 61 y las purgas 62. Por otro lado, el líquido de alta masa cuyo elemento principal es el agua caliente fluye hacia arriba dentro del elevador 52 mientras gira con un radio de giro mayor que el del líquido cuyo elemento principal es el vapor, y se introduce en el espacio de bajada 58 del cilindro de bajada 56 a través una abertura entre el elevador 52 y la plataforma 60.
En este momento, el flujo bifásico del vapor y el agua caliente, introducido en la parte curva 54 del elevador 52 entra en contacto con la cara interna del lado externo de la dirección de curvado de la parte curva 54, formando la película líquida allí. Aunque la película líquida fluye hacia arriba mientras su espesor crece, incluso después de una potencia de giro dada por la paleta giratoria 55, debido a que el orificio 61 está descentrado hacia el lado interno de la dirección de curvado respecto al elevador 52, el flujo de película líquida no rebosa a través del orificio 61. En concreto, aunque la película líquida se forme en la cara interna del elevador 52 y crezca por encima de la paleta giratoria 55, la plataforma 60 está situada opuesta a la película líquida gruesa formada en el lado externo de la dirección de curvado en el elevador 52 y, por lo tanto, el flujo de película líquida, guiado por la plataforma 60, se introduce en el espacio de bajada 58 del cilindro de bajada 56, sin rebosar a través del orificio 61.
Como en el caso anterior, en el separador de vapor-agua de la sexta realización, la paleta giratoria 55 se fija dentro del elevador 52 que tiene la parte vertical 53 y la parte curva 54, el espacio de bajada anular 58 se forma disponiendo el cilindro de bajada 56 fuera de la parte vertical 53 del elevador 52, la plataforma 60 se dispone por encima del elevador 52 y el cilindro de bajada 56 con un espacio predeterminado desde los mismos, y el orificio 61 está dispuesto en una posición descentrada hacia el lado interno de la dirección de curvado de la parte curva 54, respecto al elevador 52.
Por lo tanto, aunque el flujo bifásico del vapor y el agua caliente introducido en el elevador 52 entre en contacto con la cara interna del lado externo de la dirección de curvado de la parte curva 54 para formar la película líquida allí, y la película líquida formada fluya hacia arriba por la parte vertical 53 mientras crece, el orificio 61 se forma desviado del elevador 52. Por lo tanto, la película líquida gruesa formada en el lado externo de la dirección de curvado se guía mediante la plataforma 60, y se introduce en el espacio de bajada 58 del cilindro de bajada 56. De esta manera, puede evitarse el rebosamiento del agua caliente a través del orificio 61.
El orificio 61 está dispuesto en una posición descentrada respecto al elevador 52 hacia el lado interno de la dirección de curvado de la parte curva 54 en la sexta realización, que puede aplicarse a la primera a quinta realizaciones mencionadas anteriormente.
Aunque en cada una de las realizaciones descritas anteriormente, el separador de vapor-agua de la presente invención se explica aplicándolo al separador de vapor-agua instalado en el generador de vapor del reactor de agua a presión, la presente invención no se limita a este campo, sino que puede aplicarse al separador de vapor-agua usado en otros campos.
Aplicabilidad industrial
El separador de vapor-agua de acuerdo con la presente invención mejora la eficacia de separación de vapor-agua haciendo que el espesor de la película líquida formada dentro del tubo elevador de vapor-agua sea uniforme y evitando que el flujo de película líquida rebose, y puede aplicarse a cualquier clase de separador de vapor-agua.
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