DE69013906T2 - Verfahren und vorrichtung zur regelung des flüssigkeitsstromes in einem senkrechten dampfgenerator. - Google Patents

Description

• 1. Fachgebiet der Erfindung: Diese Erfindung betrifft eine derartige Ausbildung der Strömung einer Flüssigkeit in einem senkrechten Wärmetauscher, daß die Bildung eines stillstehenden Volumens darin verhindert wird, und das lenken von in der Flüssigkeit auftretenden schlammbildenden Verunreinigungen an vorbestimmte Stellen zwecks Entnahme aus dem Wärmetauscher. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung in einem Dampfgenerator nützlich, in dem eine Vielzahl von Heizrohren von einer Rohrplatte wegragt und in welchem eine Rotationsströmung in der Dampferzeugungsflüssigkeit erzeugt wird, in dem die Flüssigkeit in einem Mittelabschnitt des Bodens des Dampfgenerators unmittelbar über der Rohrplatte eingeführt wird. Die Rotationsströmung spült über die Oberfläche der Rohrplatte radial nach außen, um Salze und/oder andere Verunreinigungen, die Schlamm bilden können, zu vorbestiinmten Sammel- und Abzugsstellen am Außenumfang der Rohrplatte zu befördern.
• 2. Beschreibung des Standes der Technik: Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, ist ein Dampfgenerator eine Form eines Wärmetauschers, wie er in Kraftwerken, insbesondere in Kernkraftwerken, zur Erzeugung von Dampf angewandt wird, der dazu benutzt wird, einen Turbinengenerator zur Erzeugung von elektrischer Energie anzutreiben. Ein Dampfgenerator dieses Typs enthält ein Bündel von vertikal angeordneten Rohren innerhalb eines zylindrischen Gehäuses. Bei bestimmten Dampfgeneratoren sind die Rohre U-förmig gebogen und in umgekehrter Stellung an einer Rohrplatte im unteren Teil eines Gehäuses angebracht. Bei anderen Typen von Dampfgeneratoren, die auch als "einmal durch" bezeichnet werden, sind die Rohre geradlinig und innerhalb des Gehäuses an oberen und unteren Rohrplatten angebracht. Bei beiden Typen von Dampfgeneratoren strömt das Primärkühlmittel des Kernreaktors im Inneren der Vertikal angeordneten Rohre, um ein flüssiges Medium aufzuheizen, das zur Dampferzeugung benutzt wird und in den Zwischenräumen zwischen den Rohren nach oben strömt. Die Rohre in der Bündelanordnung sind relativ lang, um eine erforderliche Verweilzeit für den Wärmetauschvorgang zu ermöglichen. Wenn die Flüssigkeit im Dampferzeuger entlang der Außenseiten des Rohrbündels nach oben steigt, wird sie in immer größerem Ausmaß in gasförmigen Dampf umgewandelt, so nach dem Verlassen des Wärmetauschers der Dampf von der Flüssigkeit getrennt ist und im oberen Teil des Dampfgenerators im wesentlichen nur Dampf entnommen wird, um einen Turbinengenerator anzutreiben.
• In dem Flüssigkeit-zu-Gas-Umwandlungsvorgang nimmt die Geschwindigkeit des nach oben gerichteten Volumenstroms immer mehr zu, während gleichzeitig die Dichte immer mehr abnimmt. Unter diesen Arbeitsbedingungen und den Arbeitsdrücken des Dampfgenerators nimmt die durchschnittliche Salzkonzentration im Flüssigkeitsvolumen wegen des oben erwähnten Verdampfungsvorgangs und wegen chemischer, thermischer und noch weiterer anderer Faktoren mit der Zeit zu. Wenn die Konzentration der Salzverunreinigung zu groß wird, beginnt das Salz, aus der Lösung auszufallen und Schlammablagerungen zu bilden.
• Durch Ausbildung eines teilweisen Abblasstroms und eines Überschusses an reiner Speisewasseraufnahme kann in dem Dampfgenerator eine Gleichgewichtskonzentration für das Salz erreicht werden. Dessen ungeachtet verhindert auch die richtige Wahl der Abblasgeschwindigkeit nicht die Ansammlung von Schlamm in einem herkömmlichen Dampfgenerator mit turbulentem Einlaß am Boden des Wärmetauschers. Dies deswegen, weil die geringe nach oben gerichtete Strömungsgeschwindigkeit zusammen mit der unkontrollierten Ausbildung von Strömungskanälen infolge der Umwandlung von Flüssigkeit in Dampf zur Ausbildung von stillstehenden Flüssigkeitsvolumina beiträgt. In diesen ruhenden Volumina kann das Absetzen von Salz sowohl in Form von Ionen als auch in Form von festen Teilchen als eine Mitursache für die Bildung von Schlamm angesehen werden. Die stagnierenden Bereiche befinden sich vorrangig in den kühleren Strömungsbereichen zwischen den Rohren im unteren Mittelteil eines Dampfgenerators.
• In einem typischen Dampfgenerator der beschriebenen Art wird eine Eintrittsströmung aus einem Gemisch von Speisewasser und Dampfgeneratorwasser durch eine dicht oberhalb der Rohrplatte angeordnete Umfangsöffnung, die mit einem Fallraum für die Strömung zwischen inneren und äußeren Gehäusen des Dampfgenerators in Verbindung steht, in einen unteren Abschnitt des Dampfgenerators geleitet. Wenn das Wassergemisch vom Fallraum aus in den Rohrzwischenraum eintritt, ist der durch den Wärmetauschvorgang bewirkte Zwischeneffekt eine induzierte, nach oben gerichtete Strömung der Flüssigkeit, wodurch die anfänglich horizontale Wasserströmung aus der Umfangsöffnung nach oben abgelenkt, die Bildung von Kanälen mit erhöhter Geschwindigkeit entsprechend örtlichen Aufheizgeschwindigkeiten verursacht und die kälteren Teile des Wärmetauschers isoliert werden, wodurch eine Stagnation der Flüssigkeitsströmung noch weiter gefördert wird. Eine Änderung in der Wahl des Ortes der Abblasleitung kann das Problem wegen der selbständigen Neuausbildung von Strömungen unter den unkontrollierten Strömungsbedingungen des normalen Betriebes ebenfalls nicht lösen.
• Das gestaute Volumen erlaubt es dem Schlamm, sich auf der Rohrplatte anzusammeln, entlang der Rohre aufzusteigen und in das kältere Volumen im Mittelteil zu gelangen. Unter diesen Umständen kommt es zu örtlicher Korrosion. Mit immer mehr zunehmender Ablagerung von Schlamm ergibt sich die Notwendigkeit zu häufigeren Stillstandszeiten für die Instandhaltung, insbesondere für Reinigungsarbeitsgänge. Infolgedessen werden gewöhnlich eng begrenzte und kostspielige Einschrkungen hinsichtlich der Qualität von Speisewasser, das in Dampfgeneratoren verwendet werden darf, erlassen.
• DE-B-22 17 575 offenbart einen Dampfgenerator, der in einem unteren Abschnitt mit Reinigungsrohren versehen ist, um schlammbildende Verunreinigungen aus diesem unteren Abschnitt des Dampfgenerators zu entfernen. DE-B-22 17 575 offenbart auch ein Verfahren zum Einbringen einer fallenden Flüssigkeitsströmung entlang eines Mittelabschnitts einer Rohrplatte.
• EP-A-0 126 801 offenbart einen Wassererhitzer mit einer Rührerbaugruppe, welche in der Lage ist, in einer horizontalen Ebene ganz dicht an der Oberfläche der Rohrplatte eine Rotationsströmung in der erhitzten Flüssigkeit zu erzeugen. Die Rotationsströmung verhindert zumindest teilweise das Absetzen schlammbildender Verunreinigungen am Boden.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einem vertikalen Dampfgenerator mit einer horizontal ausgerichteten Rohrplatte, von der ein Bündel von Wärmetauscherrohren absteht, die Strömung einer Dampferzeugungsflüssigkeit in einer solchen Weise zu lenken, daß in mittleren, kälteren, unteren Bereichen des flüssigen Mediums Stauzustände in der Flüssigkeitsströmung vermieden werden, indem diese einer gerichteten Strömung ausgesetzt werden, die allgemein parallel zur Rohrplatte gerichtet ist und ausreichende Geschwindigkeiten und Volumina aufweist, um in geringer Höhe, direkt über der Rohrplatte, eine Bewegung der Flüssigkeit sicherzustellen, die das Auftreten von ruhender Flüssigkeit an Stellen in der Mitte verhindert.
• Es ist ferner eine Aufgabe, die Abscheidung des Schlamms in den unteren Bereichen eines vertikalen Wärmetauschers zu verhindern, zu steuern und zu vermeiden.
• Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um eine Strömungskomponente in einer Rotationsrichtung unmittelbar über der Rohrplatte in ein flüssiges Medium eines vertikalen Wärmetauschers einzubringen und auf diese Weise in dem flüssigen Medium auftretende schlammbildende Verunreinigungen zu vorbestimmten Sammel- und Abzugsstellen am Außenumfang der Rohrplatte zu befördern, wodurch die schlammbildenden Verunreinigungen wirksam und effizient aus dem Wärmetauscher entfernt werden können.
• Figur 1 ist eine Querschnittsansicht eines Dampfgenerators mit darin eingebauten erfindungsgemäßen Einrichtungen zum Richten der Flüssigkeitsströmung.
• Figur 2 ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie II-II von Figur 1, wobei aus Gründen der Deutlichkeit die Heizrohre entfernt sind.
• Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht der Einrichtung zum Richten der Strömung nach der vorliegenden Erfindung.
• Figur 4 ist eine Draufsicht im Schnitt entlang der Linie IV-IV von Figur 2 auf die Einrichtung zum Richten der Strömung nach der vorliegenden Erfindung.
• Figur 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht auf eine der Einrichtungen zum Richten der Strömung nach der vorliegenden Erfindung.
• Figur 6 ist eine Ansicht entlang der Linie VI-VI von Figur 5.
• Figur 7 ist eine Ansicht entlang der Linie VII-VII von Figur 6.
• Figur 8 beschreibt die Strömungsmuster einer Dampferzeugungsflüssigkeit in einem vertikalen Dampfgenerator ohne die Einrichtungen der vorliegenden Erfindung zum Richten der Strömung; und
• Figur 9 beschreibt die Strömungsmuster einer Dampferzeugungsflüssigkeit in einem vertikalen Dampfgenerator mit den Einrichtungen zum Richten der Strömung nach der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• In Figur 1 ist ein hülsenförmiger Wärmetauscher dargestellt, in welchem eine primäre Arbeitsflüssigkeit einem indirekten Wärmeaustausch mit einer sekundären Arbeitsflüssigkeit unterliegt. Der Wärmetauscher besteht aus einem Behälter 1 mit einer an seinem unteren Endabschnitt angeordneten Rohrplatte 2 und einem unter der Rohrplatte angebrachten Kopfteil 3. Das Kopfteil 3 weist einen Einlaß 3A und einen Auslaß 3B auf und begrenzt eine Arbeitsflüssigkeits-Einlaßkainmer 4 und eine Auslaßsammelkammer 5. Eine Vielzahl von im wesentlichen U-förmigen Rohren 6 ist mit ihren entsprechenden Endabschnitten in der Rohrplatte 2 befestigt, um die Flüssigkeit von Kammer 4 nach Kammer strömen zu lassen. Die primäre Arbeitsflüssigkeit ist durch Pfeile P gekennzeichnet. Der Behälter 1 bat einen Einlaß 1A und einen Auslaß 1B für die sekundäre Arbeitsflüssigkeit, die mit Pfeilen S gekennzeichnet ist. Es versteht sich, daß die Sekundärflüssigkeit S in wärmeaustauschender Beziehung mit der durch die Rohre 6 strömenden primären Arbeitsflüssigkeit P geleitet wird, um die Temperatur der Sekundärflüssigkeit in einem solchen Maße zu erhöhen, daß sie typischerweise von einer Flüssigkeit in Dampf umgewandelt wird. Bei der obigen Anordnung hat die Rohrplatte 2 grundsätzlich die Aufgabe, die Rohre 6 in ihrer Lage zu fixieren. Das Kopfteil 3 hat eine Halbkugelform mit einem Radius, der etwa das Dreifache der Breite der Rohrplatte beträgt. Das Sammelvolumen des Kopfteils 3 ist demzufolge relativ groß. Das Innere des Behälters weist eine zylindrische Umfangswand in Form einer ringförmigen Zwischenwand 10 auf, die nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen durchgehend an der Oberseite der Rohrplatte 2 befestigt ist und sich von dieser nach oben um den Außenumfang des Rohrbündels 6 bis über die Biegungen der Rohre hinaus erstreckt, wo die Zwischenwand 10 mit einer kegelstumpfförmigen Zwischenwand 12 verbunden ist. In bekannter Weise hält eine Vielzahl von vertikal beabstandeten Trägern 7, auch als Rohrträgerplatten bekannt, die Rohre 6 in genauer vertikaler Ausrichtung innerhalb der Zwischenwand 10. Die Zwischenwand 10 wird durch Träger (nicht dargestellt) in einem Abstand vom Gehäuse gehalten.
• Die Zwischenwand 10 bildet eine innere Verdampferkammer 14, und die Zwischenwand 12 bildet eine Sammelkammer 13, wo ein Dampf-Flüssigkeits-Gemisch behandelt wird.
• Von der Gemischsammeikammer 13 wird das Gemisch durch eine Dampf-Flüssigkeits-Trennvorrichtung geleitet, die eine Vielzahl von mit 13A bezeichneten Separatoren aufweist, die auf einer Leitplatte 12A befestigt sind und über Öffnungen 13B, die in der Platte 12A angebracht sind, mit der Kammer 13 in Verbindung stehen. Die Separatoren 13A können eine beliebige, bekannte Konstruktion haben und sind so angeordnet, daß die abgetrennte Flüssigkeit nach unten auf die Leitplatte 12A abgegeben wird, von wo aus sie in einen ringförmigen Failanal 16 zurückgeführt wird, um mit dem eingeleiteten Speisewasser S vermischt zu werden und wieder durch den Behälter zu zirkulieren. Der abgetrennte Dampf wird andererseits von den Separatoren nach oben abgegeben und durchläuft die Dampfauslaßdüse 1B in Richtung zu einem Einsatzort. Der ringförmige Fallkanal 16 ist zwischen dem Gehäuse des Behälters und der ringförmigen Zwischenwand 10 ausgebildet. Das bei 1A eintretende Speisewasser wird durch einen ringförmigen Verteiler 15 abgegeben und fließt entlang des Fallkanals 16 nach unten. Aufrechte Schlitze 18, die die einzigen Diskontinuitäten zwischen dem Anschluß der Zwischenwand 10 und der Rohrplatte 2 darstellen, sind in der Zwischenwand 10 an allgemein einander diametral gegenüberliegenden Stellen ausgebildet. Die Schlitze 18 sind strömungsmäßig mit Srömungsrichtflügeln in Gestalt von Injektorgehäusen 20 verbunden, die jeweils eine ausreichende Länge haben, um sich von der Zwischenwand 10 bis in die Nähe der geometrischen Mitte der Rohrplatte 2 zu erstrecken. Die Injektorgehäuse 20 sind an ihren beiden, in Längsrichtung entgegengesetzten Enden von Abstandsplatten 21 gehalten, die die untere Wand 22 jedes Gehäuses über die Rohrplatte 2 anheben, um in den dadurch unterhalb der Gehäuse 20 ausgebildeten Freiräumen 22A eine Wasserströmung zu ermöglichen.
• Wie in den Figuren 3, 5 und 7 dargestellt ist, weisen die Strömungsflügel oder Injektorgehäuse 20 jeweils eine obere Wand 24 und einander gegenüberliegende, im wesentlichen vertikale Seitenwände 26 und 28 auf, die sich von dort zur unteren Wand 22 erstrecken. Die radial am weitesten innen liegenden Abschnitte der oberen Wand 24, der Seitenwände 26 und 28 und der unteren Wand 22 sind durch die Abstandsplatte 21 verschlossen, die nahe dem Mittelabschnitt der Rohrplatte 2 angeordnet ist. Die obere Wand 24 ist im Querschnitt vorzugsweise halbkreisförmig und erstreckt sich von der in der Mitte gelegenen Abstandsplatte 21 in nach oben geneigter Weise zum Verbindungspunkt des Gehäuses 20 mit den in der Zwischenwand 10 ausgebildeten, aufrechten Schlitzen 18. Es kommt auch in Betracht, daß die obere Wand 24 eben, spitz oder von anderer Querschnittsform ist und sich horizontal und im allgemeinen parallel zur Rohrplatte 2 erstrecken kann, während die Seitenwände 26 und 28 von der oberen Wand 24 zur unteren Wand 22 auseinanderlaufen können. Die obere Wand 24, die Seitenwände 26 und 28 und die untere Wand 22 sind an den Schlitzen 18 derart an der Zwischenwand 10 befestigt, daß die fallende Strömung des Dampfgenerators nur durch die Gehäuse 20 in das umschlossene Volumen des Dampfgenerators eintreten kann. Die Verbindung jedes der beiden Gehäuse 20 mit der Zwischenwand 10 bildet somit einen Einlaßabschnitt 23 des Gehäuses 20. Im Einlaßabschnitt 23 ist ein Einlaß 23A vorgesehen. Gegenüber dem Einlaßabschnitt 23 ist durch die einen Auslaß 25A aufweisende Wand 26 ein Auslaßabschnitt 25 gebildet. Der Auslaß 25A erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zum Einlaß 23A. Bei der bevorzugten Ausführungsform, wie am besten in den Figuren 3 und 5 dargestellt ist, ist der Auslaßabschnitt 25 mit einem Auslaß 25A versehen, der eine dreieckige Form aufweist, wobei die Basis der Dreieckform an der innersten Abstandsplatte 21 gelegen ist und die Spitze der Dreieckform zur Zwischenwand 10 hin weist, aber vorzugsweise einen Abstand von dieser einhält.
• Wie deutlich zu erkennen ist, wird die Flüssigkeit bzw. das fallende Wasser, wenn sie durch die Strömungsflügel oder Injektorgehäuse 20 in das umschlossene Volumen des Leitbleches 10 eintreten, mit einem größten Volumen nahe der zentralen Abstandsplatte 21 zugeführt. Dies wird dadurch verursacht, daß die Größe des dreieckigen Auslasses 25A in der Nähe der Mitte der Rohrplatte 2 am größten ist. Daher wird das größte Volumen des fallenden Wassers nahe seiner der Mitte am nächsten gelegenen Bereiche in den Dampfgenerator eingeleitet, wobei mit zunehmendem Abstand von der Mitte abnehmende Volumina eingeleitet werden. Die relativen Volumina des eingeleiteten Speisewassers sind am besten in Figur 4 durch die entgegengesetzt gerichteten Pfeilgradienten dargestellt.
• Unter Bezugnahme auf Figur 3 ist zu erkennen, daß das Speisewasser durch die Gehäuse in entgegengesetzten Richtungen eingeleitet wird, wie durch Pfeile 30 angedeutet ist. Da die Abstandsplatten 21 die Strömungsflügel oder Injektorgehäuse 20 etwa 2,5 cm (1 Zoll) oberhalb der Oberseite der Rohrplatte 2 halten, wird das Speisewasser in einer im wesentlichen horizontalen Richtung nahe an und im wesentlichen parallel zu der Rohrplatte 2 eingeleitet. Das entgegengesetzt eingeleitete Speisewasser erzeugt somit in der Flüssigkeit, die im unteren Abschnitt des Dampfgenerators enthalten ist, ein Kräftepaar, um dadurch in der enthaltenen Flüssigkeit eine beginnende Rotationsströmung zu induzieren. Diese Situation ist in Figur 3 durch den Rotationspfeil 32 dargestellt. Diese erzeugte Rotationsströmung führt zu einer horizontalen Strömungskomponente in der natürlichen, vertikalen Strömmung der im Dampfgenerator enthaltenen Flüssigkeit. Und weil die erzeugte Rotationsströmung in den mittleren Bereichen des Dampfgenerators am stärksten ist, werden zumindest drei wichtige Vorteile erreicht.
• Zum ersten wird die Ausbildung stillstehender Volumina des Wassers in den Mittelabschnitten des Dampfgenerators vermieden. Bekanntlich sind solche ruhenden Volumina verantwortlich für die Ausfallung von Schlammablagerungen in Form von Salzen und/oder anderen Verunreinigungen, die normalerweise im Generatorspeisewasser enthalten sind. Wenn in den Mittelabschnitten des Generators ruhende Volumina auftreten, so bilden sich Schlammablagerungen, die nicht zufriedenstellend durch Abblasen des Generators zu entfernen sind. Unter "Abblasen" wird allgemein eine Reinigung von Verunreinigungen durch einen Arbeitsgang verstanden, bei dem das Speisewasser in überschüssigen Mengen gegenüber derjenigen Menge zugeführt wird, die dem Dampfauslaß entnommen wird. Die Überschußströmung wird dann aus den unteren Teilen des Flüssigkeitsvolumens des Dampfgenerators durch eine vorgesehene Abblas-Rohrleitung ausgeschleust. Jedoch hat sich früher der Schlamm in solchen Mengen in einem einzigen Mittelabschnitt des Generators angesammelt, daß sogar in solchen Fällen, wo ein Abblas-Ablaßloch in einem Mittelabschnitt der Rohrplatte angebracht war, nicht aller Schlamm aus dem Generator entfernt werden konnte. Die durch die Strömungsflügel 20 der vorliegenden Erfindung ausgelöste Rotationsströmung verhindert, wie oben erwähnt, das Stagnieren von Wasservolumina im Mittelbereich des Generators und verhindert dadurch auch die Ausbildung von einzelnen Schlamm-Massen in der Mitte des Generators.
• Zum zweiten vermindert die durch die Strömungsflügel oder Injektorgehäuse 20 erzeugte Rotationsströmung den Schlammanteil, der ausfallen kann, beträchtlich, weil der aufgewirbelte Schlamm unter dem Einfluß von drehenden (horizontal), vertikalen (einschließlich Schwerkraft) und radialen Kraftvektoren steht, die in der Weise zusammenwirken, daß die schwereren und dichteren, schlammbildenden Verunreinigungen zum Außenumfang des Generators hin abgetrennt werden.
• Zum dritten kann durch die einzigartige Konstruktion der Strömungsflügel und die dadurch erzeugte, einzigartige, abgestufte Rotationsströmung die Stelle, an der die schwereren schlammbildenden Verunreinigungen von größerem spezifischem Gewicht konzentriert werden, sorgfältig und in vorteilhalter Weise so beeinflußt werden, daß sich die Verunreinigungen an vorbestimmten Stellen nahe der Zwischenwand ansammeln, um durch den Abblasarbeitsgang wirksam und vollständig entfernt zu werden.
• Wie in den Figuren 2 bis 7 am deutlichsten zu erkennen ist, enthält jeder der Strömungsflügel bzw. jedes der Injektorgehäuse 20 ein Rohr- oder Leitungsmittel 34, das im allgemeinen parallel zur Oberfläche der Rohrplatte 2 verläuft und Öffnungen 36 und 38 mit einander verbindet, die in den Seitenwänden 26 und 28 etwa in Höhe der untersten Rohrträgerplatte 7 vorgesehen sind. Das Rohrtnittel 34 gestattet einem Teil der Strömung, die eine hohe Konzentration an schlammbildenden Verunreinigungen hat, von der Seite der Injektorgehäuse-Seitenwand 28 durch das Rohr 34 hindurch auf die Seite der Injektorgehäuse-Seitenwand 26 zu gelangen. Das Vorhandensein des Rohrmittels 34 erleichtert gemeinsam mit den Freiräumen 22A die Aufrechterhaltung der durch die Inektorgehäuse induzierten Rotationsströmung, indem es der Flüssigkeit mit den darin suspendierten Verunreinigungen gestattet, durch die und unter den Injektorgehäusen hindurchzuströmen, damit sich die Verunreinigungen unter der untersten Rohrträgerplatte absetzen können. Ohne die Rohre 34 und Freiräume 22A würde die Flüssigkeit blockiert oder zumindest stark dabei behindert, von einer Seite des Injektorgehäuses zur anderen zu strömen, was die vorteilhafte, durch das Gehäuse induzierte Rotationsströmung im wesentlichen zunichte machen würde. Jedoch ist, wie weiter unten beschrieben wird, ein gewisser Grad einer solchen Flüssigkeitsblockierung unerläßlich, um Schlammansammlungs- und Abzugsstellen in der Nähe des Außenumfangs des Rohrplattenendes an der stromauf gelegenen Seite 28 eines jeden Gehäuses 20 hervorzurufen.
• Der Durchmesser des Rohrmittels 34 und der zugehörigen Öffnungen 36 und 38 ist in geeigneter Weise gewählt, so daß nur ein Teil der Strömung durch das Rohrmittel 34 von einer Seite 28 zur anderen Seite 26 strömt, um die Rotationsströmung aufrechtzuerhalten. Jedoch muß der Durchmesser des Rohrmittels 34 so gewählt werden, daß ein Teil des Speisewassers auf der stromauf gelegenen Seite 28 eines jeden Gehäuses 20 "aufgestaut" wird. Dieses "Aufstauen" von Wasser auf der Seite 28 eines jeden Gehäuses 20 schafft kleine, kontrollierte, aber unerläßliche Volumina ruhender Flüssigkeit, die es gestatten, daß sich konzentrierte schlammbildende Verunreinigungen 40, die in den Figuren 3 und 4 mit Umrißlinien gekennzeichnet sind, sich unterhalb eines Auslasses 38 eines jeden Gehäuses auf der Rohrplatte 2 und der angrenzenden Zwischenwand 10 ansammeln. Es wird angemerkt, daß die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Situation eine solche ist, in der das Abblasrohr über einen langen Zeitraum geschlossen würde.
• Wie in Figur 4 dargestellt, sind unmittelbar an der stromauf gelegenen Seite 28 eines jeden Injektorgehäuses 20 Schlammfangkästen 42 in der Zwischenwand 10 vorgesehen. Zu Zeitpunkten, zu denen sich konzentrierte schlammbildende Verunreinigungen 40 an den stromauf gelegenen Seiten 28 derart angesammelt haben, daß ein Abblasvorgang mit erhöhter Geschwindigkeit notwendig wird, kann die an den Schlammfangkkästen 42 angesammelte konzentrierte Flüssigkeit wirksam entfernt werden, wenn die erhöhte Abblasgeschwindigkeit veranlaßt wird und die schlammbildenden Verunreinigungen 40 durch die Schlammfangkästen 42 entfernt werden. Während des periodischen Hochgeschwindigkeits-Abblasens können die entfernten schlammbildenden Verunreinigungen/konzentrierte Flüssigkeit in geeigneter Weise durch Abblasrohrleitungen 44 geleitet werden (Figur 2), die im unteren Abschnitt des Gehäuses in der Nähe der Schlammfangkästen 42 vorgesehen sind. Infolge der durch die vorliegende Erfindung geschaffenen einzigartigen Strömungsverhältnisse wird der Schlamm unter Nutzung derselben Abblasgeschwindigkeit wie bei Dampfgeneratoren nach dem Stand der Technik aus dem Dampfgenerator entnommen. Dies hat seinen Grund darin, daß bei der Konstruktion nach der vorliegenden Erfindung die konzentrierten Flüssigkeiten/Verunreinigungen wirksam entfernt werden.
• Die Figuren 8 und 9 illustrieren und vergleichen graphisch die Geschwindigkeitskomponenten der in Dampfgeneratoren auftretenden Fallwasserströme mit und ohne Flügeleinrichtungen oder Injektorgehäuse 20, wie sie hier offenbart wurden. Figur 8 stellt die Geschwindigkeitskomponenten der Strömung in einem Dampfgenerator nach dem Stand der Technik dar, bei dem das Fallwasser durch einen durchgehenden Umfangsraum zwischen der Zwischenwand und der Rohrplatte eingeleitet wird, und Figur 9 illustriert die Geschwindigkeitskomponenten der Strömung in einem Dampfgenerator, der nach der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, d.h. bei dem die fallende Strömung ausschließlich an diskreten Mittelabschnitten des Dampfgenerators eingeleitet wird.
• In den beiden Figuren 8 und 9 illustriert jeweils der obere Graph die vertikale Strömungskomponente, der mittlere Graph die radiale Strömungskomponente und der untere Graph die Rotations-Strömungskomponente. Wie aus Figur 8 deutlich wird, ist die vertikale Strömung im Mittelbereich annähernd gleich Null, was das Vorhandensein ruhender Volumina in diesem Bereich anzeigt. Gleichzeitig zeigt der Graph der Strömung im Mittelbereich von Figur 9 eine stark positive vertikale Strömung im Mittelabschnitt und eine negative vertikale Strömung im Bereich nahe der Zwischenwand an. Dies zeigt an, daß der Schlamm nahe den Außenumfangsbereichen des Dampfgenerators von Figur 9 ausgefällt werden muß. Ein Vergleich der radialen Strömungskomponenten der Figuren 8 und 9 offenbart eine ähnliche Situation. Wie aus Figur 8 ersichtlich ist, ist die radiale Strömung in den äußeren Bereichen des Generators negativ, d.h. nach innen gerichtet, und in seinem Mittelbereich gleich Null. Auch dies zeigt wiederum, daß der Schlamm nach innen in den Mittelbereich des Generators befördert und dort infolge des ruhenden Wasservolumens im Mittelbereich abgelagert wird. Die graphische Darstellung der radialen Komponente der Strömung von Figur 9 zeigt andererseits, daß die radiale Strömung in den meisten Bereichen des Dampfgenerators positiv, d.h. nach außen gerichtet ist, was eine nach außen gerichtete Strömung anzeigt, die den Schlamm in die Außenumfangsbereiche der Rohrplatte befördert. Ein kleiner Mittelbereich der graphischen Darstellung der radialen Strömung von Figur 9 zeigt eine negative oder nach innen gerichtete radiale Strömung, was das Vorhandensein des Injektorgehäuses 20 anzeigt.
• Der Graph der Rotationsströmung von Figur 8 zeigt, daß bei den Dampfgeneratorkonstruktionen nach dem Stand der Technik die Rotationsströmung im wesentlichen gleich Null ist. Hingegen zeigt der Graph der Rotationsströmung von Figur 9 eine positive Rotationsströmung in praktisch allen Bereichen des entsprechend der vorliegenden Effindung aufgebauten Dampfgenerators. Die Anwendung der positiven Rotationsströmung beeinflußt die vertikalen und radialen Strömungskomponenten in vorteilhafter Weise, so daß ein nach der vorliegenden Erfindung aufgebauter Dampfgenerator die schwereren schlammbildenden Ionen und Teilchen abscheiden und leichter als Dampfgeneratoren nach dem Stand der Technik zu bedienen und instandzuhalten sein wird.

Claims (17)

1. Verfahren zur Beeinflussung der vertikalen Strömung einer Dampferzeugungsflüssigkeit in einem vertikalen Dampfgenerator, wobei der vertikale Dampfgenerator ein eingeschlossenes Volumen hat, das von einer zylindrischen Wand (10) und einer unteren Rohrplatte (2) begrenzt wird, wobei die Rohrplatte (2) eine Anordnung von Heizrohren (6) aufweist, die von ihr wegragen, um die Dampferzeugungsflüssigkeit zu erhitzen und aus ihr Dampf zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

a) Erzeugung einer Rotationsströmung (32) in der Dampferzeugungsflüssigkeit in einer horizontalen Ebene, die im allgemeinen parallel zu und eng benachbart von einer Oberfläche der Rohrplatte (2) ist, wobei die Rotationsströmung eine horizontale Strömungskomponente in die vertikal im Dampfgenerator strömende Dampferzeugungsflüssigkeit einbringt wobei die Rotationsströmung durch Einleiten einer fallenden Flüssigkeitsströmung an mindestens einer Steile (20) längs eines Mittelabschnitts der Rohrplatte (2) in das eingeschlossene Volumen erzeugt wird und wobei die größten Mengen dieser fallenden Flüssigkeitsströmung in größter Nähe zum Mittelabschnitt der Rohrplatte eingeleitet werden;

b) Einrichten von vorgegebenen Reinigungsstellen (42) für schlammbildende Verunreinigungen durch Abdämmen eines Teiles der Dampferzeugungsflüssigkeit, um deren Rotationsströmung zu verhindern und die Ausfällung der schlammbildenden Verunreinigungen m einem unteren Abschnitt des Dampfgenerators zu verstärken;

c) Befördern der schlammbildenden Verunreinigungen (40), die in einem unteren Abschnitt des Dampfgenerators auftreten, durch die erzeugte Rotationsströmung zu den vorgegebenen Reinigungssteflen (42) in der Nähe der zylindrischen Wand;

d) Entfernen der konzentrierten, schlammbildenden Verunreinigungen (40) von diesen Reinigungsstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fallende Flüssigkeitsströmung an zwei Stellen (20) längs und an diametral gegenüberliegenden Seiten des Mittelabschnitts des Rohrbodens eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fallende Flüssigkeitsströmung von einer ersten der beiden Stellen (20) her in einer ersten Richtung (30) und gleichzeitig von einer zweiten der beiden Stellen her in einer zweiten Richtung (30) eingeleitet wird, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fallende Flüssigkeits-Strömung von den beiden Stellen (20) her mit größten Mengen in größter Nähe zum Mittelabschnitt der Rohrplatte (2) und mit abnehmenden Mengen bei zunehmendem radialem Abstand davon eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsschritt durch Ausblasen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin enthält die Einrichtung der Reinigungsstellen (42) in der zylindrischen Wand (10) in der Nähe von Ausblassleitungen (44), die in einem die zylindrische Wand (10) umgebenden Mantel des Dampfgenerators vorgesehen sind, und den Abzug der konzentrierten, schlammbildenden Verunreinigungen von den Reinigungsstellen durch die Ausblasleitungen.

7. Vorrichtung zur Beeinflussung der vertikalen Strömung einer Dampferzeugungsflüssigkeit in einem vertikalen Dampfgenerator, wobei der vertikale Dampfgenerator ein eingeschlossenes Volumen hat, das von einer zylindrischen Wand (10) begrenzt wird, die am unteren Ende an einer Rohrplatte (2) befestigt ist, und wobei die Rohrplatte eine Anordnung von Heizrohren (6) aufweist, die von ihr wegragen, um die Flüssigkeit zu erhitzen und Dampf aus ihr zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält: mindestens einen Strömungsrichtflügel (20), der sich von der zylindrischen Wand radial nach innen erstreckt, wobei ein unteres Ende der zylindrischen Wand durchgehend an der Rohiplatte befestigt ist und wobei der Strömungsrichtflügel einen Einlaßabschnitt (23) und einen Auslaßabschnitt (25) aufweist, der Einlaßabschnitt eine Einlaßöffnung (25A) bildet und die Auslaßöffnung im wesentlichen senkrecht zur Einlaßöffnung angeordnet ist, und mindestens einen Durchlaß (18), der angrenzend an den Strömungsrichtflügel in der zylindrischen Wand ausgebildet ist, wobei der Strömungsrichtflügel (20) in dichter Nähe zu einer Oberfläche der Rohrplatte (2) angeordnet ist, der Einlaßabschnitt an der zylindrischen Wand (10) befestigt ist und der Auslaßbereich (25) so angeordnet ist, daß er sich vom Einlaßbereich (23) radial nach innen erstreckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (25A) des Strömungsrichtflügels (20) von der zylindrischen Wand beabstandet und in der Nähe eines Mittelabschnitts der Rohrplatte angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Strömungsrichtflügel (20) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsrichtflügel (20) einen veränderlichen Querschnitt aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Strömungsrichtflügels (20) vom Einlaßabschnitt (23) zum Auslaßabschnitt (25) hin abnimmt.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Auslaßöffnung (25A) jedes Strömungsrichtflügels von einem radial am weitesten innen gelegenen Bereich zu einem radial am weitesten außen gelegenen Bereich desselben hin abnimmt.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strömungsrichtflügel (20) eine erste und eine zweite Seite (28) aufweist und eine der vorgegebenen Sammelstellen (42) an der zweiten Seite (28) jedes Strömungsrichtflügels in der Nähe des Außenumfangs der Rohrplatte gelegen ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein kommunizierendes Gehäuse (20) aufweist, das dem Strömungsrichtflügel zugeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kommunizierende Gehäuse (20) einen Strömungsfreiraum (22A) zwischen dem Strömungsrichtflügel und der Rohrplatte (2) aufweist und dieser Strömungsfreiraum durch ein vom Strömungsrichtflügel herabhängendes Fußteil (21) gebildet ist, um diesen Strömungsrichtflügel in einem Abstand vom Rohrboden (2) zu halten.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kommunizierende Gehäuse weiterhin eine Öffnung (36,38), die in einander gegenüberliegenden, beabstandeten Wänden des Strömungsrichtflügels ausgebildet ist, und ein Verbindungsteil (34) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil ein Rohr (34) aufweist.