WO1994014001A1 - Wasserabscheider - Google Patents

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Eberhard Wittchow
Rudolf Kral
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/26—Steam-separating arrangements
    • F22B37/28—Steam-separating arrangements involving reversal of direction of flow

Definitions

  • the invention relates to a water separator for separating water from a water-steam mixture.
  • a water-steam separating device In the evaporation system of a once-through steam generator, a water-steam separating device is usually used in the flow direction of a water-steam circuit behind the evaporator heating surfaces, which, in particular during start-up operation, converts the water-steam mixture arriving there into a water stream and split a steam flow.
  • the invention has for its object to design a water separator such that water can be separated from it in a water-steam mixture, which is free of steam, and that the remaining wet steam undisturbed, for. B. can flow into subsequent heating surfaces.
  • a water separator with a number of inlet pipes distributed around the circumference of a container and arranged obliquely at an angle of inclination, and with an outlet opening for water provided below the mouths of the inlet pipes and with one above the mouths of the Inlet pipes provided outflow opening for wet steam.
  • the angle of inclination between the central axis of each inlet pipe and the vertical axis of the container is between 15 ° and 60 °, preferably 45 ° to 55 °. Due to the inclined arrangement of the inlet pipes, a water-steam mixture stream entering the water separator is initially directed downward.
  • the water is preferably collected in the lower part of the separating container, while the steam together with the water not discharged downward flows upwards after deflection in the axial direction and is discharged there via the outflow opening.
  • the number of inlet pipes can vary depending on the size of the separator, the inlet pipes being expediently arranged symmetrically in each case.
  • the central axes of the inlet pipes advantageously intersect at a point lying on the vertical axis of the container. It is thereby achieved that the water is led into the lower part of the separating tank due to the impact of the mixture flows.
  • a number of outlet pipes corresponding to the number of inlet pipes is provided as the outflow opening, which are distributed around the circumference in a manner offset from the inlet pipes and arranged radially.
  • internals are provided inside the tank for guiding the mixture flow downwards and deflecting the wet steam upwards .
  • the internals are designed in such a way that surface parts lying above the mouths of the inlet pipes and the center are covered in segments, so that the water-steam mixture flow is forced to be deflected.
  • the internals can have a ' above and / or extend the area lying below the mouths of the inlet pipes.
  • the internals advantageously comprise cover plates running at least approximately at right angles to the axis of the container and guide walls arranged parallel to the axis of the container. Due to a forced downward flow caused by this and a deflection of the mixture flow by 180 °, the water preferably reaches the lower part of the separating tank.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section I-I according to Figure 2 and
  • FIG. 2 shows a cross section II-II according to FIG. 1 of a water separator with inclined inlet pipes and radial outlet pipes and with internals for flow guidance
  • FIGS. 3 and 4 show a further embodiment of a water separator in longitudinal section according to III-III or in Cross section according to IV-IV.
  • the water separator 1 according to FIG. 1 comprises a closed container 2 with inlet pipes 4 arranged obliquely and radial outlet pipes 6 arranged and a coaxial water outlet 8.
  • a central exhaust pipe can also be provided instead of the outlet pipes 6.
  • the angle of inclination a between the vertical axis A of the container 2 and the central axis M of each inlet pipe 4 is between 15 ° and 60 °, eg. B. 45 ° according to this embodiment.
  • the extensions of the central axes M of the Step tubes 4 intersect at a point P, which lies on the vertical axis A of the container 2.
  • FIG. 2 shows, four inlet pipes 4 and four outlet pipes 6 are evenly distributed around the circumference of the container 2 and arranged offset from one another. Both the inlet pipes 4 and the outlet pipes 6 face each other in pairs.
  • a pipe 12 is installed in the central region of the container 2, which has a cover 14 which extends in a star or segment-like manner up to the container wall at the lower end and extends to the container lid 16 , so that built-in segments 18 are formed in front of the outlet pipes 6.
  • a water-steam mixture flows into the container 2 in the direction of the arrows 20 via the inclined inlet pipes 4. After the mixture flows have collided in the area of point P, wet steam deflected upwards flows through the segments 18 and over the outlet pipes 6, while water falling down flows out via the water outlet 8.
  • the internals again comprise a central tube 12 'and cover plates 14' running at right angles to the axis A of the container 2, which are connected to guide walls 22 running parallel to the axis A.
  • the guide walls 22 form segment-like guide spaces and delimit entry areas 24a and exit areas 24b in the container interior.
  • the water-steam mixture entering the container 2 via the inlet pipes 4 is first guided in the direction of arrow 25 into a settling chamber 26 and segregates into water and wet steam.
  • the wet steam is deflected by 180 ° and in Direction of arrow 27 through an outflow chamber 28 located above the internals 12 ', 14', 22 and via the outlet pipes 6 in the direction of the arrows 30 to downstream heating surfaces (not shown).
  • water separated from the water-steam mixture that is free of steam is discharged via the water outlet 8.

Abstract

Ein Wasserabscheider (1) wird üblicherweise im Verdampfungssystem eines Dampferzeugers mit überlagertem Umlauf eingesetzt. Der Wasserabscheider (1) zum Abtrennen von Wasser aus einem Wasser-Dampf-Gemisch umfaßt eine Anzahl von am Umfang eines Behälters (2) verteilt und unter einem Neigungswinkel (a) schräg verlaufend angeordnete Einrittsrohre (4) und eine unterhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) vorgesehene Ablauföffnung (8) für Wasser sowie eine oberhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) vorgesehene Abströmöffnung (6) für Naßdampf. Erfindungsgemäß schneiden sich die Mittelachsen (M) der Eintrittsrohre (4) in einem unterhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) auf der vertikalen Achse (A) des Behälters (2) liegenden Punkt (P). Mit einem derartig ausgebildeten Wasserabscheider (1) wird erreicht, daß einerseits Wasser abgeschieden wird, das frei von Dampf ist, und daß andererseits der restliche Naßdampf ungestört abströmen kann.

Description

Wasserabscheider
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserabscheider zum Ab¬ trennen von Wasser aus einem Wasser-Dampf-Gemisch.
Im Verdampfungssystem eines Durchlaufdampferzeugers wird üb¬ licherweise in Strömungsrichtung eines Wasser-Dampf-Kreis¬ laufs hinter den Verdampferheizflächen eine Wasser-Dampf- Trenneinrichtung eingesetzt, die, insbesondere beim Anfahrbe- trieb, das dort ankommende Wasser-Dampf-Gemisch in einen Was¬ serstrom und einen Dampfström aufteil .
Bei einem Durchlaufdampferzeuger, bei dem einem ersten Ver¬ dampferteil ein Umlauf überlagert werden soll, wird hinter diesem ersten Verdampferteil lediglich ein Wasserteilstrom aus dem Wasser-Dampf-Gemisch abgezweigt und dem Verdampfer¬ eintritt zugeführt. Dabei soll dieser abgezweigte Wasserstrom möglichst vollständig frei von Dampf sein. Der verbleibende, einem dem ersten Verdampferteil nachgeschalteten zweiten Ver- dampferteil zugeführte Massenstrom ist dann im Gegensatz zu einem Durchlaufdampferzeuger ohne Umlaufsystem ein Gemisch aus Wasser und Dampf, sogenannter Naßdampf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wasserab- scheider derart zu gestalten, daß in ihm aus einem Wasser- Dampf-Gemisch Wasser abgeschieden werden kann, das frei von Dampf ist, und daß der verbleibende Naßdampf ungestört, z. B. in nachfolgende Heizflächen, abströmen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wasser¬ abscheider mit einer Anzahl von am Umfang eines Behälters verteilt und unter einem Neigungswinkel schräg verlaufend an¬ geordneten Eintrittsrohren und mit einer unterhalb der Ein¬ mündungen der Eintrittsrohre vorgesehenen Ablauföffnung für Wasser sowie mit einer oberhalb der Einmündungen der Ein¬ trittsrohre vorgesehenen Abströmöffnung für Naßdampf. Der Neigungswinkel zwischen der Mittelachse jedes Eintritts¬ rohres und der vertikalen Achse des Behälters beträgt zwi¬ schen 15° und 60°, vorzugsweise 45° bis 55°. Durch die schrä¬ ge Anordnung der Eintrittsrohre wird ein in den Wasserab- scheider eintretender Wasser-Dampf-Gemischstrom zunächst nach unten gelenkt. Dabei wird das Wasser bevorzugt im unteren Teil des Abscheidebehälters gesammelt, während der Dampf zu¬ sammen mit dem nicht nach unten abgeführten Wasser nach einer Umlenkung in axialer Richtung nach oben strömt und dort über die Abströmöffnung abgeführt wird.
Die Anzahl der Eintrittsrohre kann je nach Abscheidergröße unterschiedlich sein, wobei die Eintrittsrohre zweckmäßiger¬ weise in jedem Fall symmetrisch angeordnet sind. Vorteilhaf- terweise schneiden sich die Mittelachsen der Eintrittsrohre in einem auf der vertikalen Achse des Behälters liegenden Punkt. Dadurch wird erreicht, daß aufgrund des Aufprallens der Gemischströme aufeinander das Wasser in den unteren Teil des Abscheidebehälters geführt wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Wasserabscheiders ist als Abströmöffnung eine der Anzahl der Eintrittsrohre entspre¬ chende Anzahl von Austrittsrohren vorgesehen, die gegenüber den Eintrittsrohren versetzt am Umfang verteilt und radial verlaufend angeordnet sind.
Um zu verhindern, daß ein über die Eintrittsrohre in den Ab¬ scheidebehälter eintretendes Wasser-Dampf-Gemisch als Kurz¬ schlußstrom direkt zu den Austrittsrohren gelangt, sind in- nerhalb des Behälters Einbauten zum Führen des Gemischstroms nach unten und Umlenken des Naßdampfes nach oben vorgesehen. Die Einbauten sind dabei zwechmäßigerweise derart gestaltet, daß oberhalb der Einmündungen der Eintrittsrohre liegende Flächenteile und das Zentrum segmentartig verdeckt sind, so daß der Wasser-Dampf-Gemischstrom zur Umlenkung gezwungen wird. Dabei können sich die Einbauten über einen' oberhalb und/oder unterhalb der Einmündungen der Eintrittsrohre lie¬ genden Bereich erstrecken.
Die Einbauten umfassen vorteilhafterweise mindestens annä- hernd rechtwinklig zur Achse des Behälters verlaufende Ab- deckplatten und parallel zur Achse des Behälters angeordnete Leitwände. Aufgrund einer dadurch bedingten ZwangsStrömung nach unten und einer Umlenkung des Gemischstroms um 180° ge¬ langt das Wasser bevorzugt in den unteren Teil des Abscheide- behälters.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich¬ nung näher erläutert; darin zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt I-I gemäß Fig.2 und
Figur 2 einen Querschnitt II-II gemäß Fig. 1 eines Wasser¬ abscheiders mit schräg verlaufenden Eintrittsrohren und radial verlaufenden Austrittsrohren sowie mit Einbauten zur Strömungsführung, und Figuren 3 und 4 eine weitere Ausführungsform eines Wasserab¬ scheiders im Längsschnitt gemäß III-III bzw. im Querschnitt gemäß IV-IV.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Wasserabscheider 1 gemäß Figur 1 umfaßt einen geschlosse¬ nen Behälter 2 mit schräg verlaufend angeordneten Eintritts¬ rohren 4 und radial verlaufend angeordneten Austrittsrohren 6 sowie einem koaxialen Wasserablauf 8 . Anstelle der Aus- trittsrohre 6 kann auch ein zentrales Abzugsrohr vorgesehen sein.
Der Neigungswinkel a zwischen der vertikalen Achse A des Be- hälters 2 und der Mittelachse M eines jeden Eintrittrohrs 4 beträgt zwischen 15° und 60°, z. B. gemäß diesem Ausführungs¬ beispiel 45°. Die Verlängerungen der Mittelachsen M der Ein- trittsrohre 4 schneiden sich in einem Punkt P, der auf der vertikalen Achse A des Behälters 2 liegt.
Wie Figur 2 zeigt, sind jeweils vier Eintrittsrohre 4 und vier Austrittsrohre 6 gleichmäßig am Umfang des Behälters 2 verteilt und gegeneinander versetzt angeordnet. Dabei stehen sich sowohl die Eintrittsrohre 4 als auch die Austrittsrohre 6 paarweise gegenüber.
Oberhalb der Einmündungen 10 der Eintrittsrohre 4 in den Be¬ hälter 2 ist im zentralen Bereich des Behälters 2 ein Rohr 12 eingebaut, das am Unterende eine sich sternförmig oder seg¬ mentartig bis an die Behälterwand erstreckende Abdeckung 14 trägt und sich bis zum Behälterdeckel 16 erstreckt, so daß vor den Austrittsrohren 6 einbautenfreie Segmente 18 gebildet sind.
Über die schräg verlaufenden Eintrittsrohre 4 strömt in Rich¬ tung der Pfeile 20 ein Wasser-Dampf-Gemisch in den Behälter 2 ein. Nach erfolgtem Zusammenprall der Gemischströme im Be¬ reich des Punktes P strömt nach oben umgelenkter Naßdampf durch die Segmente 18 und über die Austrittsrohre 6 ab, wäh¬ rend nach unten fallendes Wasser über den Wasserablauf 8 ab¬ strömt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 und 4 umfas¬ sen die Einbauten wiederum ein zentrales Rohr 12 ' und zur Achse A des Behälters 2 rechtwinklig verlaufende Abdeckplat- ten 14' , die mit parallel zur Achse A verlaufenden Leitwänden 22 verbunden sind. Die Leitwände 22 bilden segmentartige Füh¬ rungsräume und begrenzen im Behälterinnenraum Eintrittsberei¬ che 24a und Austrittsbereiche 24b.
Das über die Eintrittsrohre 4 in den Behälter 2 eintretende Wasser-Dampf-Gemisch wird in Richtung des Pfeils 25 zunächst in einen Beruhigungsraum 26 geführt und entmischt in Wasser und Naßdampf. Der Naßdampf wird um 180° umgelenkt und in Richtung des Pfeils 27 durch einen oberhalb der Einbauten 12 ' , 14', 22 liegenden Abströmraum 28 und über die Austritts¬ rohre 6 in Richtung der Pfeile 30 zu nachgeschalteten Heiz¬ flächen (nicht dargestellt) geführt. Im Beruhigungsraum 26 aus dem Wasser-Dampf-Gemisch abgeschiedenes Wasser, das frei von Dampf ist, wird über den Wasserablauf 8 abgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Wasserabscheider (1) zum Abtrennen von Wasser aus einem Wasser-Dampf-Gemisch mit einer Anzahl von am Umfang eines Be- hälters (2) verteilt und unter einem Neigungswinkel (a) schräg verlaufend angeordneten Eintrittsrohren (4) und mit einer unterhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) vorgesehenen AblaufÖffnung (8) für Wasser sowie mit einer oberhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) vorge- sehenen Abströmöffnung (6) für Naßdampf, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Mittelachsen (M) der Eintrittsrohre (4) in einem unterhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) auf der vertika¬ len Achse (A) des Behälters (2) liegenden Punkt (P) schnei- den.
2. Wasserabscheider nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Nei¬ gungswinkel (a) zwischen der Mittelachse (M) jedes Eintritts- rohrs (4) und der vertikalen Achse (A) des Behälters (2) kleiner als 60° ist.
3. Wasserabscheider nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Ab- zugsöffnung eine der Anzahl der Eintrittsrohre (4) entspre¬ chende Anzahl von Austrittsrohren (6) vorgesehen ist, die ge¬ genüber den Eintrittsrohren (4) versetzt am Umfang des Behäl¬ ters (2) verteilt und radial verlaufend angeordnet sind.
4. Wasserabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Einbauten (12, 14; 12', 14', 22) zum Umlenken des Dampfes vorgesehen sind.
5. Wasserabscheider nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h'n e t , daß die Ein¬ bauten (12, 14; 12 ' , 14', 22) eine segmentartige Abtrennung von Eintrittsbereichen (24a) und Austrittsbereichen (24b) bilden.
6. Wasserabscheider nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die die Eintrittsbereiche (24a) bildenden Segmente oberhalb der Ein¬ mündungen (10) der Eintrittεrohre (4) abgedeckt sind.
7. Wasserabscheider nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich die Einbauten (12, 14) über einen oberhalb der Einmündungen (10) der Eintrittsrohre (4) liegenden Bereich erstrecken.
8. Wasserabscheider nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich die Einbauten (12', 14', 22) über einen unterhalb der Einmündun¬ gen (10) der Eintrittsrohre (4) liegenden Bereich erstrecken.
9. Wasserabscheider nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ein¬ bauten (12', 14', 22) mindestens annähernd rechtwinklig zur vertikalen Achse (A) des Behälters (2) verlaufende Abdeck- platten (14') und parallel zu dieser vertikalen Achse (A) verlaufende Leitwände (22) umfassen.
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