KR20010072462A

KR20010072462A - 물-증기 분리 장치용 분리기

Info

Publication number: KR20010072462A
Application number: KR1020017001877A
Authority: KR
Inventors: 홀거 슈미트; 에버하르트 비트차우
Original assignee: 칼 하인쯔 호르닝어; 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-07-31
Also published as: US6408800B2; RU2217655C2; JP2002523716A; EP1105675B1; WO2000011401A1; CN1312901A; US20010018897A1; CA2340674A1; EP1105675A1; CA2340674C; KR100626464B1; ES2178900T3; CN1178020C; DK1105675T3; DE19837250C1; JP4805454B2; ATE219228T1; DE59901751D1

Abstract

본 발명은 물-증기 분리 장치용 분리기에 관한 것이다. 증기측 배출관(2) 및 수분측 배출관(3) 및 다수의 유입관(5)과 상기 수분측 배출관(3)의 상류에 배치된 와류 파괴 장치(7) 간의 분리 챔버(10)를 갖는 물(\)과 증기(D)를 분리시키기 위한 분리기(1)에 의해, 높은 매체 유동량 및 효과적인 분리가 동시에 나타날 때 가능한한 적은 압력 손실을 달성하기 위해, 상기 분리 챔버(10)의 길이(A)는 그것의 내부 직경(DI)의 적어도 5 배이고, 상기 유입관(5)의 전체 흐름 단면(F[m²]) 대 상기 분리 챔버(10)의 내부 직경(DI[m])의 제곱의 비(K)는 0.2와 0.3 사이에 놓여있다. 물-증기 분리 장치(11)의 내에서 상기 분리기(1)는, 집수 탱크(15)의 상단부(OK)가 수분측 하단부(UE)가 상기 분리기(1)의 절반 길이(L) 보다 낮은 곳에 -그것의 수분측 하단부(UE)에 의해 결정될 때- 배치되도록 집수 탱크(15)에 연결된다.

Description

물-증기 분리 장치용 분리기 {SEPARATOR FOR A WATER-STEAM SEPARATING DEVICE}

DAS 1 081 474에는 원심력 수분 분리기가 공지되어 있으며, 여기서 직경 대 높이의 비는 대략 1:6 이상이어야만 한다. 또한 Technische UEberwachung 9(1968), 제 2권 46 내지 50 페이지에 실려있는 Juergen Vollrath의 논문 "Dampfabscheidung bei Siedewasser - und Siedeueberhitzerreaktoren"에는 분리기의 증기측 배출관의 직경이 분리기의 내부 직경의 52%로 선택된다는 것이 공지되어 있다. 또한 JP 1-31 23 04 A에는 물-증기 분리 장치가 공지되어 있으며, 수분측으로 볼 때 분리기에 연결된 집수 탱크는 수직 높이 내에 배치며, 상기 높이는 분리기의 수직 높이에 의해 결정된다.

독일 특허 출원 공개 제 DE 42 42 144 A1호에 공지되어 있는 분리기는 통상적으로 증기 발생기, 특히 연속 흐름 증기 발생기의 증발 시스템에서 사용된다.상기 문서에서, 증기 발생기 성능에 따라 물-증기 분리 장치 내에 평행하게 배치된 다수의 분리기는 공동 집수 탱크에 연결된다. 특히 상기와 같은 연속 흐름 증기 발생기의 시동 작동시 일반적으로 증발 시스템에서 많은 양의 물이 생성된다. 여기서, 하나 또는 전체 분리기는 물과 증기를 분리시키기 위해 사용되며, 물은 증발기 순환계로 리턴되고 증기는 가능한한 물방울 없이 과열 장치 내로 가이드된다.

연속 흐름 증기 발생기는 자연 순환 증기 발생기와 반대로 압력 제한을 받지 않고 신선한 증기압은 물(p_krit= 221 바아)의 입계 압력 보다 높게 나타날 수 있기 때문에, 현대의 화력 발전소는 250 내지 300 바아의 높은 증기압에 의해 작동될 수 있다. 높은 신선한 증기압은 높은 열적 효력 및 낮은 이산화탄소 방출을 달성하기 위해 필요하다. 여기서, 상기와 같은 높은 증기압에 의해 재차 온도 과도 현상을 감소시킬 수 있는 큰 벽 두께가 생성되기 때문에, 실행될 부분을 설계하는 것이 중요하다.

연속 흐름 증기 발생기에서는 특히 분리기가 중요하다. 왜냐하면, 상기 분리기는 슬라이딩 압력 작동에서의 부하 변경시 상당한 온도 변화를 받기 때문이며, 여기서 부하에 의해 선형적으로 증기압 및 비등 온도는 하나 또는 다수의 분리기에서 변경된다. 이를 통해, 시동 및 부하 변경시 허용되는 온도 변경 속도는 매우 제한된다. 이는 재차 상응하는 높은 시동 손실에 의한 원치 않는 긴 시동 시간과 적은 부하 변경 속도를 야기하며, 이에 따라 재차 연속 흐름 증기 발생기의 특히 높은 가요성은 적어도 높은 증기압에 의한 작동시 제한된다.

본 발명은 증기측 배출관 및 수분측 배출관, 그리고 다수의 유입관과 수분측 배출관의 상류에 배치된 와류 파괴 장치 간의 분리 챔버를 갖는 물과 증기를 분리시키기 위한 분리기에 관한 것이다. 또한 집수 탱크에 연결된 적어도 하나의 상기 분리기를 갖는 특히 연속 흐름 증기 발생기용 물-증기 분리 장치에 관한 것이다.

도 1A는 와류 파괴 장치를 갖는 분리기의 종단면도,

도 1B는 도 1에 따른 분리기의 횡단면도, 및

도 2는 수분측에 연결된 집수 탱크를 갖는, 도 1에 따른 분리기를 갖는 물-증기 분리 장치.

도면에서 서로 상응하는 부분들은 동일한 도면 부호를 갖는다.

본 발명의 목적은 동시에 낮은 압력 손실 및 높은 분리율, 그리고 가능한한 적은 벽두께에서 특히 열탄성적인, 물-증기 분리 장치용 분리기를 제공하는데 있다. 또한 상기와 같은 다수의 분리기를 갖는 연속 흐름 증기 발생기용 물-증기 분리 장치를 작동하기 위한 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적은 분리기에 관련해서 볼 때, 본 발명에 따라 청구항 1항의 특징에 의해 달성된다. 이를 위해, 상기 분리기의 분리 챔버의 길이는 그것의 내부 직경의 적어도 5 배이다. 여기서, 상기 분리 챔버의 길이는 분리기의 유입관에 의해 정해진 유입면과 그 아래 배치된 와류 파괴 장치의 상부 에지 간의 간격에 의해 정해진다. 상기 유입관의 전체 횡단면과 분리 챔버의 내부 직경의 제곱과의 비는 0.2와 0.3 사이이다.

여기서, 본 발명은 놀라운 방식으로 분리기, 특히 사이클론 분리기에서 와류 파괴 장치에 의해 분리 챔버에서의 압력 손실이 비교적 높은 반면, 증기측 배출관에 의해 유발된 압력 손실은 오히려 낮다는 인식으로부터 출발한다. 이러한 특성이 문헌에서는 나타나지 않았지만, 와류 파괴 장치를 갖지 않는 사이클론 분리기에서는, 증기측 배출관 내로의 유입시 및 배출관 그 자체에서 압력 손실이 나타나는 한편, 분리기 챔버에서의 압력 손실은 단지 낮다는 것이 산술적으로 확인될 수 있을지도 모른다.

이러한 인식으로부터 출발하여, 본 발명은 분리기의 소정의 구조적 형성에 의해 분리기의 상이한 섹션에서 나타나는 압력 손실 부분은, 그것의 합계가 높은매체 유동량 및 효과적인 분리시 최대를 달성하는 방식으로 서로 매칭될 수 있다는 숙고로부터 출발한다. 여기서, 압력 손실은 분리기에서 나타나는 물-증기 혼합물의 하향 및 상향 흐름시 유입 압력 손실 부분 및 마찰 압력 손실 부분, 그리고 하향으로부터 상향으로의 편향 압력 손실 부분 및 증기측 배출관으로의 유입 압력 손실 부분으로 이루어진다.

분리기의 작동시 M > 800kg/m²s의 유입 매체의 높은 질량 흐름 밀도에서 조차도 특히 적은 압력 손실과 동시에 양호한 분리 효과가 달성된다. 여기서, 이러한 질량 흐름 밀도는 분리기 및 분리 챔버의 내부 직경[m]에 의해 정해진 횡단면[m²]으로 나누어진 유동량[kg/s]으로서 정해진다.

또한 가능한한 적은 압력 손실은 동시에 가능한한 높은 분리율에서, 유입관의 횡단면 또는 흐름 단면과 분리기 또는 분리 챔버의 내부 직경(DI[m])의 합에 의해 정해진 전체 횡단면(F[m²])이 관계식(F = K·DI²)에 따라 조절됨으로써 달성되며, 여기서 K = 0.2 내지 0.3이고, 바람직하게 K = 0.21 내지 0.26이다. 여기서, 증기측 배출관의 내부 직경(DA[m])은 바람직하게 분리기의 내부 직경의 40% 내지 60%이다.

예컨대 3 또는 4개의 분리기의 수분측은 공동의 집수 탱크에 연결되는, 물-증기 분리 장치 내에 상기와 같은 다수의 분리기를 배치하는 것과 관련해서 볼 때, 800 kg/m²s 이상의 매체의 높은 질량 흐름 밀도에서 특히 낮은 압력 손실과 동시에높은 분리율은 바람직하게 집수 탱크의 상단부가 분리기의 축방향 연장부의 절반을 넘지 않음으로써 지지된다. 여기서, 분리기의 수분측 하단부에 관련해서 볼 때, 집수 탱크의 상단부 또는 상단 에지는 상기 분리기의 절반 길이를 넘어서는 안된다.

본 방법에 관련해서 볼 때, 상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 5항의 특징에 의해 달성된다. 이에 따라, 분리기를 통한 유동량이 연속 흐름 증기 발생기의 전부하시 분리 챔버의 내부 직경의 제곱의 630배 보다 높게 설정될 경우, 적어도 하나의 분리기를 갖는 연속 흐름 증기 발생기에서 특히 바람직한 결과가 달성된다.

본 발명의 실시예는 도면에 의해 더 자세히 설명된다.

도 1은 분리기 또는 사이클론 분리기(1)의 종단면도(도 1A)를 도시하며, 상기 분리기(1)의 횡단면은 도 1B에 도시된다. 상기 분리기(1)는 상부 증기측 배출관(2) 및 하부 수분측 배출관(3)을 갖는다. 상기 증기측 배출관(2)의 하부에서, 유입구(4) 가까이에 놓인 유입면(E)에서 분리기(1)의 주변에는 물(W)과 증기(D)로분리될 물-증기 혼합물(WD)용 유입관(5)이 배열된다. 여기서, 상기 유입관(5)의 한 측면은 수평선 또는 수직선(H)에 대해 각도(α) 만큼 기울어지고, 다른 측면은 접선을 따라 연장된다. 상기 유입관(5)의 유입면(E)의 하부에서 지지 브래킷(7)이 분리기(1)의 벽(8)에 배치되며, 상기 벽(8)은 분리기(1)의 설치 위치를 고정한다.

상기 유입관(5)의 이러한 배치에 의해 상기 분리기(1) 내로 유입되는 물-증기 혼합물(WD)은 한편으로는 분리기(1)의 바닥 영역(6) 아래로 가이드되고 다른 한편으로는 와류를 일으킨다. 여기서, 물(W)과 증기(D)의 분리는 원심력에 의해 이루어지며, 상기 증기(D)는 중심에서 위쪽으로, 그리고 물은 아래쪽으로 배출된다. 배출관(3)을 통해 유출되는 물(W)에서 나타나는 와류를 파괴하기 위해, 상기 분리기(1)의 바닥 영역(6)에는 와류 파괴 장치(9)가 제공된다. 상기 와류 파괴 장치(9)는 증기(D)가 배출관(3) 내로 밀려들어가는 것을 막고 이미 분리된 물(W)이 분리기(1) 내로 공급되는 것, 다시 말해 분리 챔버(10)에서의 역류를 막는다.

높은 분리율에서 상기 분리기(1)의 벽(8)의 가능한한 적은 벽두께(d)를 달성하기 위해, 유입면(E)과 와류 파괴 장치(7)의 상부 에지(B) 사이에 배치된 분리기(1)의 분리 챔버(10)의 길이(A)는 상기 분리기(1)의 내부 직경(DI)의 적어도 5 배이다. 또한 유입관(5)의 전체 횡단면(F)과 분리기(1), 즉 분리 챔버(10)의 내부 직경(DI)의 제곱 간의 비(K)는 0.2 와 0.3 사이에, 바람직하게는 0.21과 0.26 사이이다. 여기서, 전체 횡단면(F)은 개별 흐름 횡단면(f₁내지 f_n)의 합 - 본 실시예에서 n=4 -에 의해 정해진다. 또한 증기측 배출관(2)은 바람직하게 내부직경(DA)을 가지며, 상기 내부 직경(DA)은 분리 챔버(10)의 내부 직경(DI)의 40% 와 60% 사이에 있다. 따라서, 상기 분리기(1) 또는 분리 챔버(10)의 전체 횡단면(F[m²]) 및 내부 직경(DI[m]), 그리고 증기측 배출관(2)의 내부 직경(DA[m])은 하기의 관계식을 갖는다. 즉,

K = 0.21 내지 0.26 일때, F = K·DI²이고,

DA = (0.5 ±0.1)·DI 이며, 그리고

A ≥ 5·DI 이다.

도 2는 연속 흐름 증기 발생기의 물-증기 분리 장치(11)를 도시하며, 여기서는 연속 흐름 발생기의 증발기(12) 및 과열 장치(13) 만이 개략적으로 도시된다. 물-증기 분리 장치(11)는 도 1에 따른 하나 또는 다수의 분리기(1)를 포함한다. 각각의 분리기(1)의 수분측은 배출관(3)에 연결된 연결관(14)에 의해 집수 탱크(15)에 연결된다. 여기서, 상기 연결관(14)이 분리기(1)로부터 집수 탱크(15) 내로 삽입되는 것은 바람직하게 그것의 수위(WS) 보다 낮은 곳에서 이루어짐으로써, 고요한 수면이 보장된다.

여기서, 상기 물-증기 분리 장치(11)의 내부에서 바람직하게 하나 또는 전체의 분리기(1) 및 집수 탱크(15)는 상기 집수 탱크(15)의 상단부 또는 상단 에지(OK)가 최대한 분리기(1)의 절반 길이(L)에 미치도록 배치된다. 여기서, 상기 분리기(1)의 상단부(OE)와 하단부(UE) 간의 길이(L)가 측정된다. 절반 길이(1/2 L)는 그것의 하단부(UE)에 관계되기 때문에, 하단부로부터 측정된다.

연속 흐름 증기 발생기의 물-증기 분리 장치(11)의 작동시 그것의 증발기(12) 내에서 생성된 물-증기 혼합물(WD)은 유입관(5)을 통해 분리기(1) 내로 유입되어, 거기서 적어도 거의 접선에 따른 유입에 의해 와류와 혼합된다. 이에 따른 원심력에 따라 물(W)과 증기(D)는 서로 분리된다. 분리된 증기(D)는 증기측 배출관(2) 및 상기 배출관(2)에 연결된 증기관(16)을 통해 연속 흐름 증기 발생기(14)의 과열 장치(13) 내로 유입되는 동안, 분리된 물(W)은 와류 파괴 장치(9) 및 연결관(14)을 통해 집수 탱크(15) 내로 흐른다. 여기서, 상기 연속 흐름 증기 발생기의 전부하에 관련된 분리기(1)를 통한 유동량(M[kg/s])은 분리 챔버(10)의 내부 직경(DI)에 관련하여 관계식 M ≥ 630·DI²에 따라 조절된다.

상기와 같은 구조로 형성된 분리기(1)에 의해, 그리고 상기 분리기(1)가 연속 흐름 증기 발생기의 물-증기 분리 장치(11) 내에 배치됨으로써, 250 내지 300 바아의 증기 또는 신선한 증기압은 적은 압력 손실 및 높은 매체 유동량, 그리고 특히 효과적인 분리가 동시에 구현될 수 있다. 전체적으로 상기와 같은 분리 장치(11)에 의해 작동되는 화력 발전소에서 특히 높은 효력이 달성된다.

Claims

증기측 배출관(2) 및 수분측 배출관(3), 그리고 다수의 유입관(5)과 수분측 배출관(3)의 상류에 배치된 와류 파괴 장치(9)간의 분리 챔버(10)를 갖는 물과 증기를 분리시키기 위한 분리기에 있어서,

분리 챔버(10)의 길이(A)가 그것의 내부 직경(DI)의 적어도 5배이고, 그리고 상기 유입관(5)의 전체 흐름 단면(F[m²]) 대 상기 분리 챔버(10)의 내부 직경(DI[m])의 제곱의 비(K)는 0.2와 0.3 사이인 것을 특징으로 하는 분리기.
제 1항에 있어서,

상기 증기측 배출관(2)이 상기 분리 챔버(10)의 내부 직경(DI)의 40% 내지 60% 인 내부 직경(DA)을 갖는 것을 특징으로 하는 분리기.
제 1항 또는 2항에 따른, 적어도 하나의 분리기를 갖는 물-증기 분리 장치에 있어서,

상기 분리기(1)의 수분측에 연결된 집수 탱크(15)가 제공되며, 상기 집수 탱크(15)의 상단부(OK)는 상기 분리기(1)의 절반 길이(L) 보다 낮은 곳에 - 수분측 하단부(UE)로부터- 놓여있는 것을 특징으로 하는 분리기.
적어도 하나의 연속 흐름 증기 발생기용 분리기(1)를 갖는 물-증기 분리 장치의 작동 방법에 있어서,

상기 분리기(1)를 통한 유동량(M[Kg/s])이 연속 흐름 증기 발생기의 전부하시 상기 분리 챔버(10)의 내부 직경(DI[m])과 M≥630·DI²의 연관 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.