DE7735187U1 - Zentrifugal-dampf-wasserabscheider fuer dampferzeuger - Google Patents

Description

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COMBUSTION ENGINEERING, INC. Mein Zeichen f.

VPA 76 G 8593 BRD J

Aktenzeichen G 77 35 187.2

Zentrifugal-Dampf-Wasserabscheider für Dampferzeuger

Die Neuerung bezieht sich auf einen Zentrifugal-Dampf-Wasserabscheider für Dampferzeuger gemäß Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Ein solcher Wasserabscheider ist durch die DE-OS 22 33 890 bekannt. Bei derartigen Wasserabscheidern besteht das Problem, den Abscheidegrad so hoch als möglich bzw. den den Abscheider verlassenden Dampf so trocken wie möglich zu machen, bevor er den nachgeschalteten Dampfturbinen zugeführt wird. Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Wasserabscheider so aus-

zubilde'n, daß er den einfachen Aufbau beibehält und trotzdem einen geringeren Druckverlust und einen höheren Abscheidegrad aufweist.

Die gestellte Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die im '3 Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die mit dem Gegenstand der Neuerung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß der Dlffusorteil des Venturi-Lochrohres als zusätzlich Abscheidestrecke und zum Druckrückgewinn ausgenutzt wird, was in Verbindung mit der Perforation einen besonders günstigen Abscheideeffekt erbringt. Der Abscheider nach der Neuerung ist deshalb insbesondere für Dampferzeuger hoher Leistung in Kernreaktoranlagen geeignet. Bei gegebenem Dampf-Mengenstrom läßt sich aufgrund der neuerungsgemäßen Ausbildung die Anzahl der erforderlichen Abscheider-Einheiten reduzieren.

Bu 2 Po/2.04.1980

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Zwar sind venturirohrartige Abscheiderausbildungen an sich bekannt, siehe z.B. GB-PS 884 750 und AT-PS 123 934, indessen erschöpft sich der Gegenstand der Neuerung nicht in der Anordnung eines Venturi-Lochrohres, vielmehr befaßt er sich auch damit, wie dieses Venturi-Lochrohr innerhalb des Abscheiders anzuordnen und zu befestigen ist, damit ein möglichst hoher Abscheidegrad erreicht werden kann. Hierzu liefern die genannten beiden Patentschriften weder Vorbild noch Anregung.

Im folgenden wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Gegenstand der Neuerung noch näher erläutert. Darin zeigt:

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·..··..' I. 3 1 ' ·',,' γ 5_{A 7}6 _{G 8595 BRD} Figs 1 einen Längsschnitt durch einen "Dampferzeuger für Druckwasserreaktoren, der mit einer Abscheideranordnung nach der Neuerung ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine einzelne Abscheidereinheit der in Fig. 1 dargestellten Abscheideranordnung, gleichfalls im Längsschnitt, und
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 nach Fig. 2.

Der in Fig. 1 vereinfacht dargestellte und als Ganzes mit DE bezeichnete Dampferzeuger weist ein im wesentlichen hohlzylindrisches, aufrechtstehendes Gehäuse 14 auf mit einer nicht näher bezeichneten Bodenkalotte, einem im Bereich der Abscheider vergrößerten Gehäusedurchmesser und einer diesen vergrößerten Durchmesserbereich nach oben abschließenden gewölbten Deckelkalotte. Das Speisewasser tritt durch den Speisewassereintrittsstutzen 16 ein, fließt in den als Einlaß . dienenden Ringraum 18 und von dort abwärts innerhalb des vom Mantel 24 und dem zylindrischen Gehäuse 14 gebildeten Fallraums. Der Mantel 24 imigibt die innerhalb des Verdampfungsraumes V angeordneten, mit ihren Enden im Rohrboden 20 gefaßten U-förmigen Wärmetauscherrohre u, wobei der Mantel zum Rohrboden 20 mit Abstand angeordnet und an seinem oberen Ende mit einer konischen Erweiterung und einer Abschlußplatte 36 versehen ist, an welch letzterer die einzelnen Abscheider 38 der Abscheideranordnung stehend aufrecht befestigt sind. Das Speisewasser strömt im Fallraum 10 nach unten in Richtung auf den Rohrboden, wo es die Unterkante des Mantels 24 umströmt und innerhalb des Verdampfungsraums V aufwärts strömt und im Wärmetausch mit den Wärmetaucherrohren u durch diese aufgeheizt und zur Verdampfung gebracht wird.

Durch die Wärmetauscherrohre u strömt das Primärmedium als Heizmittel, das durch den Einlaßstutzen 28 der Primärkammer ρ in den Primärkammerteil p1 eintritt, zunächst den sogenannten heißen Schenkel u1 des Rohrbündels der Wärmetauscherrohre u und anschließend deren sogenannten kalten Schenkel u2 durchströmt und nach Abgabe seiner Heizwärme den Dampferzeuger über

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■- den auslaßseitigen Primärkammerteil ρ2 und den Auslaßstutzen 32 wieder verläßt. Die beiden Kammerteile p1 und p2 der Primärkammer ρ sind durch eine Trennwand t voneinander getrennt. Der erzeugte Dampf, es handelt sich dabei um Naßdampf bzw. ein Dampf-Wasser-Gemisch, strömt durch in Fig. 1 nicht ersichtliche, jedoch in Fig. 2 dargestellte Einströmkanäle J>k in der Abschlußplatte 36 von unten in die Abscheider 38, in denen die im Dampf enthaltene Nässe abgeschieden und durch aus Fig. 1 nicht näher ersichtliche, Jedoch in Fig„ 2 dargestellte bodenseitige öffnungen 40 der Abscheider zur Oberseite der Abschlußplatte 36 strömt und von hier über deren Außenkante über den Ringraüm 18 in den Fallraum 10 und damit zurück in den Umlauf des Dampferzeugers. Der getrocknete Frischdampf gelangt über den Frischdampfleitungsstutzen 72 in die nicht dargestellte Frischdampfleitung und in die daran angeschlossenen Dampfturbinen.

Jeder der einzelnen in Fig. 2 und 3 im Detail dargestellten Abscheider der aus Fig. 1 ersichtlichen Abscheideranordnung weist ein im wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse 39 auf

mit einem'bodenseltigen Einlaßstutzen 42, mit denen die Abscheider an der Abschlußplatte 36 im Bereich des Innenumfanges der Öffnungen 34a befestigt sind. Im Inneren des Gehäuses 39 ist eine sich-in Ströiäungsrichtung konisch verengende Wirbelkammer W angeordnet. Der Einlaßstutzen 42 mündet über einen Drall-. f '; 25 schauf elkranz 66a in einen bodenseitigen Einlaßbereich der Wirbelkammer W. Der getrocknete Dampf wird über eine dem Gehäuse 39 und der Wirbelkammer W gemeinsamen Auslaß 70 an der Oberseite des Gehäuses herausgeführt. Das aus der Wirb elk a πιπί er W herausgeschleuderte Wasser wird im Bodenbereich des Gehäuses 39 über öffnungen 40 abgeführt.

Erfindungsgemäß ist die Wirbelkammer W von einem Venturi-Lochrohr 52 gebildet, das aus einem sich konisch verengenden Einlaufteil 56 und einem vom engsten Querschnitt 57 bis zum Wirbelkammer-Auslaß 70 sich konisch erweiternden Diffusorteil 52

besteht. Die ausgeschleuderte flüssige Phase und etwaige, darin enthaltene Festkörperteilchen bzw. Partikel werden durch die ^ Perforation54 in einen zwischen Venturi- Lochrohr 52 und Gehäuse 39 gebildeten Ringram':R·;gedeckt,"insbesondere zum Innenumfang

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des Gehäuses 39 geschleudert. Diese Wasser-Anteile wie auch am Außenumfang des Venturi-Lochrohres haftende Wasseranteile strömen innerhalb des Ringraumeg R abwärts und sammeln sich in dessen Bodenbereich. Hier ist ein vom Einlaßstutzen 42 durchdrungener, kreisringförmiger Gehäuseboden 41 vorgesehen mit den schon erwähnten Abflußöffnungen 40. Der zylindrische Gehäuseteil 39 und das Venturi-Lochrohr 52 sind im Bereich ihrer Oberkanten mit einer Abschluß-Ringwand 43 verbunden, die eine zentrale, mit dem Lochrohr koaxiale Auslaßöffnung aufweist. Diese Auslaßöffnung 70 ist bevorzugt von einem einwärts in den Diffusorteil 58 vorkragenden, mit der Abschluß-Ringwand 43 verbundenen Rohrstück 44 derart begrenzt, daß Rückhaltenischen N für das am obere Ende des Diffusorteils befindliche, abgeschiedene Wasser gebildet sind.

Der Drallschaufelkranz 66a umgibt den zentralen, mit dem Einlaßstutzen 42 fluchtenden Einströmkanal 34, wobei sich die Drall schaufeln 66 spiralig aufgefächert vom Außenumfang des Einströmkanals 34 nach außen erstrecken. Insbesondere weist der Drallschaufelkranz 66a, wie dargestellt, eine kegelstumpf förmige Kontur auf, wodurch trotz des sich verengenden Einströmteils 56 des Venturi-Lochrohres der erforderliche Abström-Freiraum zur Ausbildung des Zyklon-Fußes gegeben ist. Ferner ist der Drallschaufelkranz 66a an seinem in den Einströmteil 56 des Diffusor-Lochrohres 52 ragenden oberen Ende durch eine Prallplatte 46 abgeschlossen. Damit ist ein reines axiales Abströmen, das zur Abscheidung nicht beitragen würde, verhindert,

Die Perforation 54 des Venturi-Lochrohres 52 ist insbesondere gleichmäßig über letzteres verteilt. Der Durchmesser und der Abstand der einzelnen öffnungen der Perforation werden so gewähl· daß ein ausreichender Durchflußquerschnitt für die abgeschiedene flüssige Phase einerseits gegeben ist, andererseits jedoch die Drehströmung des Dampf -Wasser-Gemisches innerhalb der Wirbelkammer nicht unterbrochen bzw. behindert wird und auch keine wesentlichen Leckmengen getrockneten Dampfes durch diese öffnungen entweichen können. Wenn sich die Drehströmung bzw. der

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Zyklon aufwärts innerhalb des sich in Strömungsrichtung verengenden Einlaufteils bewegt, wird die Umfangsgeschwindigkeitskomponente vergrößert, wodurch die Zentrifugalkräfte und damit der Abscheideeffekt ebenfalls vergrößert werden. Hierbei ist also ein bestimmtes Druckgefälle in axiale und tangentiale Geschwindigkeitsvergrößerung der Strömung umgesetzt worden. Beginnend bei der Engstelle 57 nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches ab, und der Druck steigt an, bis der getrocknete Dampf durch die Wirbelkammer-Auslaßöffnung in den Frischdampf raum des Dampferzeugers und von hier in die Frischdampfleitung übertritt. Da der getrocknete Dampf eine geringere Dichte als die flüssige Phase hat, sind die auf ihn wirkenden Zentrifugalkräfte aufgrund dar Drehströmung wesentlich geringer, 'so daß er praktisch axial abströmen kann.

Vie bereits erwähnt, durchquert die ausgeschleuderte flüssige Phase die Perforation 54 des Lochrohres 52 und wird im wesentlichen gegen den Innenumfang der Gehäusewand 39 geschleudert und strömt an dieser Wand innerhalb des Ringraumes R abwärts in Richtung* auf die Abflußöffnungen 40, fließt durch diese öffnungen auf die Oberseite der Abschlußplatte 36 und von hier zum Fallraum des Dampferzeugers.

Claims (4)

- 7 - VPA 76 G 8593 BRD Schutzansprüche

1. Zentrifugal-Dampf-Wasserabscheider für Dampferzeuger, insbesondere für Naturumlauf-Dampferzeuger von Kernreaktοranlagen, mit einem im wesentlichen hohlzylindrischen Gehäuse, einer im Inneren des Gehäuses angeordneten, als Lochrohr ausgeführten Wirbelkammer, einem über einen Drallschaufelkranz in einen bodenseitigen Einlaßbereich der Wirbelkammer mündenden Einlaßstutzen, einem deckseitigen, aus dem Gehäuse herausführenden Auslaß der Wirbelkammer für den entwässerten Dampf, einem zwischen Wirbelkammer und Gehäuse gebildeten Ringraum sowie mit einem vom Einlaßstutzen durchdrungenen, kreisringförmigen Gehäuseboden im Bodenbereich des Ringraumes mit Abflußöffnungen für das ausgeschleuderte Wasser, dadurch gekennzeichnet , daß die Wirbelkammer von einem Venturi-Lochrohr (52), bestehend aus einem sich konisch verengenden Einlaufteil (56) und einem vom engsten Querschnitt (57) bis zum Wirbelkammer-Auslaß (70)

ίθ sich konisch erweiternden Diffusorteil (52) gebildet ist, so daß die ausgeschleuderte flüssige Phase und etwaige, darin enthaltende Festkörperteilchen durch die Perforation (54) in den Ringraum (R) gelangen, daß der zylindrische Gehäuseteil (39) und das Venturi-Lochrohr (52)

!5 im Bereich ihrer Oberkante mit einer Abschluß-Ringwand (43) verbunden sind, die eine zentrale, lait dem Lochrohr koaxiale Auslaßöffnung (70) aufweist, und daß die Auslaßöffnung (70) von einem einwärts in den Diffusorteil (58) vorkragenden, mit der Abschluß-Ringwand (43) verbundenen Rohrstück (44) derart begrenzt ist, daß Rückhalte-Nischen (N) für das am oberen Ende des Diffusorteils (58) befindliche abgeschiedene Wasser gebildet sind.

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2. Abscheider nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Drallschaufelkranz (66a) einen zentralen, mit dem Einlaßstutzen (42) fluchtenden Einströmkanal (34) umgibt und die Drallschaufeln

(66) sich spiralförmig aufgefächert vom Außenumfang des Einströmkanals (34) nach außen erstrecken.

3. Abscheider nach Anspruch 2,dadur ch gekennzeichnet , daß der Drallschaufelkranz (66a) eine kegelstumpfförmige Kontur aufweist.

4. Abscheider nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Drallschaufelkranz (66a) an seinem in den Einströmteil (56) des Diffusor-Lochrohres (52) ragenden oberen Ende durch eine Prallplatte (46) abgeschlossen ist.