RU2206023C2

RU2206023C2 - Centrifugal steam-water mixture separator

Info

Publication number: RU2206023C2
Application number: RU2001124089A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Орлик; А.А. Азнабаев; Л.Л. Вайнштейн; А.Н. Сергель
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-06-10

Abstract

FIELD: power-plant mechanical engineering; wet steam separation. SUBSTANCE: centrifugal separator has vertical cylindrical case, steam- water mixture feed pipes tangentially joined to case, steam and water discharge pipes connected to top and bottom walls, respectively; steam discharge pipe is disposed inside case and its bottom edge is arranged below steam-water mixture feed pipe by at least 0.2 diameter of the latter and above bottom butt-end wall by at least case diameter; in addition diaphragm is installed on bottom end of steam discharge pipe, its outer edge being separated from case by annular peripheral radial clearance. EFFECT: enhanced separation efficiency without complicating mechanical design or increasing loss. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для повышения эффективности сепарации влажного пара. The invention relates to the field of power engineering and can be used to increase the efficiency of separation of wet steam.

Известен центробежный сепаратор пароводяной смеси, включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми стенками, патрубки подвода пароводяной смеси и отвода пара и воды. Патрубки подвода и отвода пара расположены соответственно на верхней и нижней торцевых стенках, патрубок отвода воды присоединен к цилиндрическому корпусу, а закрутка подведенного потока осуществляется с помощью лопаточного аппарата (Кемельман Д.Н. Линейная сепарация влажного пара. М., Энергоиздат, 1982, стр.59, рис.3.14)
Недостатками известного центробежного сепаратора является наличие лопаточного аппарата, что усложняет конструкцию, а также попутное почти на всем протяжении движение пара (вниз по объему цилиндра) и воды (стекающей по внутренней поверхности), что увеличивает срыв и унос влаги, а следовательно, ухудшает эффективность работы сепаратора.Known centrifugal separator of steam-water mixture, comprising a vertical cylindrical body with upper and lower end walls, pipes for supplying steam-water mixture and the removal of steam and water. The steam inlet and outlet pipes are located respectively on the upper and lower end walls, the water outlet pipe is connected to the cylindrical body, and the flow inlet is swirled using a spatula (Kemelman D.N. Linear separation of wet steam. M., Energoizdat, 1982, p. .59, Fig. 3.14)
The disadvantages of the known centrifugal separator is the presence of a scapular apparatus, which complicates the design, as well as the movement along almost the entire length of the steam (down the cylinder volume) and water (flowing down the inner surface), which increases the stall and entrainment of moisture, and therefore worsens the efficiency separator.

Известен центробежный сепаратор пароводяной смеси, включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми стенками, патрубки подвода пароводяной смеси, присоединенные тангенциально к цилиндрическому корпусу, патрубки отвода пара и воды, соединенные соответственно с верхней и нижней стенками (Бузников Е.Ф. Циклонные сепараторы в паровых котлах. М., Энергия, 1969, стр.73, рис.3-9,б). Known centrifugal separator of steam-water mixture, comprising a vertical cylindrical body with upper and lower end walls, nozzles for supplying steam-water mixture tangentially attached to the cylindrical body, steam and water outlet pipes connected respectively to the upper and lower walls (Buznikov E.F. Cyclone separators in steam boilers. M., Energy, 1969, p. 73, Fig. 3-9, b).

По совокупности признаков это решение является наиболее близким к предложенному и принимается за прототип. By the totality of the features, this solution is the closest to the proposed one and is taken as a prototype.

Недостатком известного устройства является то, что сохраняется возможность срыва и уноса паром части пленки влаги, текущей вниз по внутренней поверхности корпуса. Кроме того, при больших тангенциальных скоростях пара сепарация резко ухудшается. Пониженная эффективность сепарации объясняет появление конструкций с двухступенчатой сепарацией с помощью сложных устройств - завихрителей, вставок и т. д. (Бузников Е.Ф., Верес А.А., Грибов В.В. Пароводогрейные котлы для электростанций и котельных. М., Энергоатомиздат, 1989, стр. 77-81, рис.5.10-5.13). Эти решения повышают эффективность сепарации, но за счет резкого усложнения конструкции с неизбежным ростом ее сопротивления и потерь давления. A disadvantage of the known device is that it remains possible to tear and steam away part of the film of moisture flowing down the inner surface of the housing. In addition, at high tangential steam velocities, separation sharply worsens. The reduced separation efficiency explains the appearance of structures with two-stage separation using complex devices - swirlers, inserts, etc. (Buznikov E.F., Veres A.A., Gribov V.V. Steam boilers for power plants and boiler houses. M., Energoatomizdat, 1989, pp. 77-81, Fig. 5.10-5.13). These solutions increase the separation efficiency, but due to a sharp complication of the structure with an inevitable increase in its resistance and pressure loss.

Заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность сепарации, избегая при этом усложнения конструкции и роста потерь давления, характерных для известных решений, связанных с применением специальных устройств для двухступенчатой сепарации (лопаточный завихритель, сферические вставки и т. д.)
Предложен центробежный сепаратор пароводяной смеси, включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми стенками, патрубки подвода парововодяной смеси, присоединенные тангенциально к цилиндрическому корпусу, патрубки отвода пара и воды, соединенные соответственно с верхней и нижней стенками, в котором патрубок отвода пара размещен внутри корпуса, при этом нижний край патрубка отвода пара с отверстием для приема пара расположен ниже патрубков подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков подвода пароводяной смеси и выше нижней торцевой стенки на величину не менее диаметра корпуса, кроме того, на нижнем крае патрубка отвода пара установлена диафрагма, внешний край которой расположен с кольцевым периферийным радиальным зазором относительно корпуса.The claimed invention allows to increase the separation efficiency, while avoiding the complexity of the design and the growth of pressure losses characteristic of known solutions associated with the use of special devices for two-stage separation (blade swirler, spherical inserts, etc.)
A centrifugal steam-water mixture separator is proposed, including a vertical cylindrical body with upper and lower end walls, steam-water mixture supply nozzles connected tangentially to the cylindrical body, steam and water outlet pipes connected respectively to the upper and lower walls, in which the steam outlet pipe is located inside the body the lower edge of the steam outlet pipe with a hole for receiving steam is located below the nozzles for supplying steam and water mixture by at least 0.2 diameter of the nozzles odvoda steam mixture and above the bottom end wall by an amount not less than the diameter of the housing, moreover, at the lower edge of steam outlet nozzle a diaphragm, the outer edge of which is located an annular peripheral radial clearance with respect to the housing.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1-3 где на фиг.1 показано сечение сепаратора вертикальной плоскостью; на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1; на фиг.3 представлены экспериментальные данные, характеризующие относительный унос G (с отводимым паром) влаги, поступающей в центробежный сепаратор, в зависимости от скорости С пароводяной смеси на входе для различных положений нижнего края патрубка отвода пара. Обозначения на фиг.1:
d - диаметр патрубка подвода пароводяной смеси;
D - диаметр цилиндрического корпуса;
h - расстояние по высоте от нижнего края патрубка подвода пароводяной смеси до нижнего края патрубка отвода пара;
H - расстояние по высоте от нижнего края патрубка отвода пара до нижней торцевой стенки.The invention is illustrated in FIG. 1-3 where in Fig.1 shows a cross section of the separator with a vertical plane; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 presents experimental data characterizing the relative ablation G (with steam) of the moisture entering the centrifugal separator, depending on the speed C of the steam-water mixture at the inlet for various positions of the lower edge of the steam outlet pipe. Designations in figure 1:
d is the diameter of the pipe for supplying the steam-water mixture;
D is the diameter of the cylindrical body;
h is the distance in height from the lower edge of the pipe for supplying steam-water mixture to the lower edge of the pipe for steam removal;
H is the height distance from the lower edge of the steam outlet pipe to the lower end wall.

Обозначения на фиг.3:
•h=0; H>D;

h≥0,2 d; H=0,5D;
■h≥0,2 d; H≥D.Designations in figure 3:
• h = 0; H>D;

h≥0.2 d; H = 0.5D;
■ h≥0.2 d; H≥D.

Центробежный сепаратор пароводяной смеси включает вертикальный цилиндрический корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 торцевыми стенками, патрубки 4 подвода пароводяной смеси, присоединенные тангенциально к цилиндрическому корпусу 1, патрубки отвода пара 5 и воды 6, соединенные соответственно с верхней 2 и нижней 3 стенками. Патрубок отвода пара 5 размещен внутри корпуса 1, при этом нижний край патрубка 5 с отверстием для приема пара 7 расположен ниже патрубков 4 подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков 4 и выше нижней торцевой стенки 3 на величину не менее диаметра корпуса 1, то есть обеспечены соотношения
h≥0,2 d; H≥D.The centrifugal separator of the steam-water mixture includes a vertical cylindrical body 1 with an upper 2 and lower 3 end walls, nozzles 4 for supplying a steam-water mixture connected tangentially to the cylindrical body 1, steam nozzles 5 and water 6 connected respectively to the upper 2 and lower 3 walls. A steam outlet 5 is placed inside the housing 1, while the lower edge of the nozzle 5 with an opening for receiving steam 7 is located below the nozzles 4 for supplying steam and water mixture by at least 0.2 diameters of the nozzles 4 and above the lower end wall 3 by an amount not less than the diameter of the housing 1, i.e., the relations
h≥0.2 d; H≥D.

Кроме того, на нижнем крае патрубка отвода пара 5 установлена диафрагма 8, внешний край которой расположен с кольцевым периферийным радиальным зазором 9 относительно корпуса 1. In addition, on the lower edge of the steam outlet 5 is installed a diaphragm 8, the outer edge of which is located with an annular peripheral radial clearance 9 relative to the housing 1.

Между патрубком 5 и диафрагмой 8 установлен конический обтекатель 10 для снижения потерь давления, а в нижней части сепаратора, над патрубком 6, расположен конический колпак 11, предотвращающий подсос потоком пара воды, скопившейся на дне сепаратора. A conical fairing 10 is installed between the nozzle 5 and the diaphragm 8 to reduce pressure losses, and in the lower part of the separator, above the nozzle 6, there is a conical cap 11, which prevents the flow of steam accumulated at the bottom of the separator.

Размещение патрубка отвода пара внутри корпуса с расположением его нижнего края с отверстием для приема пара ниже патрубков подвода пароводяной смеси создает дополнительный поворот (вираж) потока с окончательной его сепарацией, при этом расположение нижнего края патрубка отвода пара ниже патрубков подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков подвода и выше нижней торцевой стенки на величину не менее диаметра корпуса обеспечивает, согласно данным экспериментов, наилучшую эффективность сепарации, кроме того, диафрагма, установленная на нижнем крае патрубка отвода пара, с внешним краем, расположенным с кольцевым периферийным радиальным зазором относительно корпуса, позволяет отделить зону первичной сепарации (над диафрагмой) от основного объема корпуса (под диафрагмой), в котором происходит окончательная сепарация; это повышает эффективность сепарации. Placing the steam outlet pipe inside the casing with the location of its lower edge with the hole for receiving steam below the steam-water mixture supply pipes creates an additional turn (turn) of the flow with its final separation, while the lower edge of the steam removal pipe below the steam-water mixture supply pipes by at least 0.2 diameters of the supply nozzles and above the lower end wall by a value not less than the diameter of the casing provides, according to experiments, the best separation efficiency, in addition, Ragmi mounted on the lower edge of steam outlet pipe, with the outer edge, disposed with the annular peripheral radial clearance relative to the housing, separates the primary separation zone (above the diaphragm) from the main volume of the housing (below the diaphragm), in which the final separation; this improves separation efficiency.

На стендах АООТ "НПО ЦКТИ" были проведены испытания, в результате которых была выявлена зависимость относительного уноса "G" (с отводимым паром) влаги, поступающей в центробежный сепаратор, в зависимости от скорости "С" пароводяной смеси на входе для различных положений нижнего края патрубка отвода пара (фиг.3, акт испытаний). At the stands of NPO CKTI, OJSC, tests were carried out, as a result of which the dependence of the relative ablation "G" (with steam removed) of the moisture entering the centrifugal separator, depending on the speed "C" of the steam-water mixture at the inlet for various positions of the lower edge, was revealed steam outlet pipe (Fig. 3, test report).

Указанные соотношения размеров (h≥0,2d; H≥D) обеспечивают наименьший унос влаги, а значит, и наилучшую эффективность сепарации. Кроме того, по этим же экспериментальным данным ограничен прирост уноса влаги при росте скорости С подводимой пароводяной смеси - особенно по сравнению с резким приростом уноса при других соотношениях размеров. The indicated size ratios (h≥0.2d; H≥D) provide the smallest absorption of moisture, and, therefore, the best separation efficiency. In addition, according to the same experimental data, the increase in the ablation of moisture is limited with an increase in the speed C of the supplied steam-water mixture, especially in comparison with a sharp increase in the ablation at other size ratios.

Таким образом, применение заявленной совокупности отличительных признаков повышает эффективность влагоудаления по сравнению с прототипом за счет недопущения срыва и уноса пленки воды потоком пара и организации сепарации остаточной влаги из потока при повороте его к патрубку 5. Этот эффект, максимальный при указанных соотношениях размеров, достигнут без применения сложных деталей (лопаточный завихритель и т.д.), увеличивающих потери давления. Thus, the use of the claimed combination of distinctive features increases the efficiency of moisture removal compared to the prototype due to the prevention of disruption and entrainment of the water film by the steam stream and the organization of separation of residual moisture from the stream when it is turned to the nozzle 5. This effect, the maximum with the specified size ratios, was achieved without the use of complex parts (blade swirl, etc.) that increase pressure loss.

При работе центробежного сепаратора пароводяная смесь подводится тангенциально к цилиндрическому корпусу 1 через патрубки 4 (фиг.2). Так обеспечивается вращение потока, при котором центробежные силы отбрасывают капли воды на внутреннюю поверхность корпуса 1, по которой она стекает вниз. Так осуществляется первичная сепарация. Основной поток спускается по спирали в камере, ограниченной корпусом 1, патрубком 5 и обтекателем 10. During operation of the centrifugal separator, the steam-water mixture is supplied tangentially to the cylindrical body 1 through the nozzles 4 (figure 2). This ensures the rotation of the flow, in which centrifugal forces drop drops of water on the inner surface of the housing 1, along which it flows down. This is the primary separation. The main stream descends in a spiral in the chamber bounded by the housing 1, pipe 5 and fairing 10.

Через кольцевой зазор 9 основной поток и вода попадают в пространство, отделенное диафрагмой 8 от верхней части сепаратора. Поток совершает еще один поворот от зазора 9 к входному отверстию 7 на нижнем крае патрубка 5, соединенного с верхней стенкой 2. При этом повороте, во-первых, пар разводится по направлениям со стекающей вниз по стенкам корпуса 1 пленкой уже отсепарированной воды (так устраняется опасность срыва и уноса пленки паром), а во-вторых, опять возникает центробежная сила, отбрасывающая вниз остаточную воду из потока. После этого осушенный пар отводится вверх через патрубок 5, а вода стекает вниз по стенкам корпуса 1 и колпаку 11 на дно сепаратора и отводится через патрубок 6 на нижней торцевой стенке 3. Through the annular gap 9, the main stream and water enter the space separated by the diaphragm 8 from the upper part of the separator. The flow makes another rotation from the gap 9 to the inlet 7 at the lower edge of the nozzle 5 connected to the upper wall 2. In this turn, firstly, the steam is diluted in directions with a film of already separated water flowing down the walls of the housing 1 (this is eliminated the risk of tearing and entrainment of the film by steam), and secondly, again there is a centrifugal force, throwing down residual water from the stream. After that, the dried steam is discharged upward through the pipe 5, and water flows down the walls of the housing 1 and the cap 11 to the bottom of the separator and is discharged through the pipe 6 on the lower end wall 3.

Claims

Центробежный сепаратор пароводяной смеси, включающий вертикальный цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми стенками, патрубки подвода пароводяной смеси, присоединенные тангенциально к цилиндрическому корпусу, патрубки отвода пара и воды, соединенные соответственно с верхней и нижней стенками, отличающийся тем, что патрубок отвода пара размещен внутри корпуса, при этом нижний край патрубка отвода пара с отверстием для приема пара расположен ниже патрубков подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков подвода пароводяной смеси и выше нижней торцевой стенки на величину не менее диаметра корпуса, кроме того, на нижнем крае патрубка отвода пара установлена диафрагма, внешний край которой расположен с кольцевым периферийным радиальным зазором относительно корпуса. A centrifugal steam-water mixture separator, comprising a vertical cylindrical body with upper and lower end walls, steam-water mixture supply nozzles connected tangentially to the cylindrical body, steam and water outlet pipes connected respectively to the upper and lower walls, characterized in that the steam outlet pipe is located inside case, while the lower edge of the steam outlet pipe with an opening for receiving steam is located below the nozzles for supplying steam and water mixture by at least 0.2 diameter of the nozzles water and steam mixture mixture and above the lower end wall by an amount not less than the diameter of the housing; in addition, a diaphragm is installed on the lower edge of the steam outlet pipe, the outer edge of which is located with an annular peripheral radial clearance relative to the housing.