DE2623293C2

DE2623293C2 - Vorrichtung zum Abscheiden von Wasser aus Naßdampf

Info

Publication number: DE2623293C2
Application number: DE2623293A
Authority: DE
Inventors: Josef Scotia N.Y. Herzog; William Schenck Gulfport Miss. Hubble; Kenneth Kittredge Cape Elizabeth Me. Woods
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-06-03
Filing date: 1976-05-25
Publication date: 1985-08-14
Also published as: US4019881A; CH600239A5; GB1543608A; DE2623293A1; CA1049864A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Wasser aus Naßdampf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In einem Kernkraftwerk werden große Mengen Dampf mit relativ niedrigem Ausgangsdruck und niedriger Ausgangstemperatur erzeugt im Vergleich zu dem Dampf, welcher in Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen erzeugt wird. Dies kann störend sein, da eine Erhöhung des Wassergehaltes des Dampfes in einer Turbine im allgemeinen ihren Wirkungsgrad und ihre zu erwartende Lebensdauer verringert Daher ist es in einem Kernkraftwerk nach der Expansion in der Hochdruckturbine erwünscht, das Wasser aus dem Dampf abzuscheiden, bevor dieser in die Niederdruckturbine geleitet wird,

Es ist zwar bekannt, zur Entfernung von Wasser aus dem Dampf vor der Expansion in der Niederdrückturbine eine Zwischenerhitzungsanlage zwischen der Hochdruckturbine und der Niederdruckturbine zu verwenden. Dies ist jedoch häufig nicht wirtschaftlich.

Die CH-PS 5 00 430 beschreibt eine zum Abscheiden von Wasser aus Naßdampf bestimmte Vorrichtung, die mindestens ein vom Dampf durchströmtes plattenförmiges Abscheiderelement aufweist, wobei stromaufwärts des Abscheiderelementes mindestens eine die Geschwindigkeitsverteilung über dem Querschnitt des Dampfstroms glättende, sich über den Strömungsquerschnitt erstreckende Drosselvorrichtung und dieser vorgeschaltet ein gitterrostartiges Richtelement vorgesehen sind. Hierbei wird der Naßdampf durch eine öffnung im stirnseitigen Ende im unteren Teil des zylindrischen Behälters zugeführt. Für die Verteilung des Naßdampfes muß sich die Drosselvorrichtung über die gesamte Länge des die Abscheiderelemente enthaltenden Behälters erstrecken. Dies führt insbesondere bei einer großen Anzahl von Abscheiderelementen zu einem komplexen und teuren Aufbau. Überdies entsteht ein wesentlicher Druckverlust durch die Drosselvorrichtung. Schließlich ist eine Abschirmung des abgeschiedenen Wassers gegenüber dem einströmenden Naßdampf nicht vorgesehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Abscheiden von Wasser aus Naßdampf dieser Art zu schaffen, die die aus einzelnen Naßdampfeinlässen eintretende Naßdampfströmung unter Abschirmung gegenüber dem abgeschiedenen Wasser auf die in dem zylindrischen Behälter mit axialem Abstand angeordneten Abscheiderelemente mit weniger Bauaufwand ebenfalls gleichmäßig verteilt urü die Abscheiderelemente in ihrer Funktion unterstützt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Prallbleche dem zuströmenden Dampf eine Wirbelströmung geben, welche den Dampf gleichmäßig auf die axial beabstandeten Abscheiderelemente verteilt. Zusätzlich wird der Dampfströmung eine Richtung erte '' welche die Entfernung des Wassers aus den Absehe iderelementen unterstützt. Die relative Anordnung und Größe der verschiedenen Bauteile der Abscheidevorrichtung stehen zwecks optimaler Leistungsfähigkeit der Vorrichtung in einer besonderen Beziehung zu dem inneren Durchmesser der Naßdampfeinlässe.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I einen Längsschnitt durch eine Abscheidevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig.l;

F i g. 3 einen Teil des Prallblechs entlang der Linie 3-3 in Fig.2, wobei eine Abwicklungsansicht des gleichen Teils des Prallbleches in gestrichelten Linien dargestellt ist;

F i g. 4 eine Teilseitenansicht des in F i g. 3 gezeigten j

Prallblechs und

Fig.5 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In F i g. 1 ist die Wasserabscheidevorrichtung in einem zylindrischen Druckbehälter 1 mit dem Innendurchmesser D, einer wirksamen Länge L und mit verschlossenen Enden 2 und 3 dargestellt Innerhalb des Behälters 1 befinden sich Sätze von plattenförmigen Abscheiderelementen 4. Der Behälter 1 ist am Boden mit zwei Naßdampfeinlässen 6 und 7 versehen, die jeweils einen Innendurchmesser D₂ besitzen und in axialer Richtung im Abstand L₂ voneinander angeordnet sind. Drei Trockendampfauslässp 8, 9 und 10 sind oben am Behälter 1 vorgesehen, wobei jeder Trockendampfauslaß gegenüber den vertikalen Mittenlinien der Naßdampfeinlässe 6 und 7 versetzt ist. Es kann auch eine größere Anzahl von Naßdampfeinlässen vorgesehen sein. Die Anzahl der Trockendampfauslässe ist nicht wichtig, so lange diese groß und zahlreich genug sind, um den Dampfstrom aus dem Abscheider nicht zu behindern. Prallbleche 12 und 13 von allgemein kreisförmiger Gestalt sind vorgesehen, um die durch die Naßdampfeinlässe 6 und 7 eintretende Dampiströmung zu verteilen. Das Wasser fließt aus den Abscheiderelementen 4 nach unten in Richtung der Pfeile 14 ab. Eine axial verlaufende Abflußwanne 17, 18 sammelt das Wasser, das von den Abscheiderelementen 4 abtropft, und leitet es in einen Wasserkasten 16. Die Abflußwanne weist zwei Abschnitte 17 und 18 auf, welche sich zu dem in der Mitte angeordneten Wasserkasten 16 erstrecken. Der Abscheider kann auch mit einer durchgehenden Abflußwanne versehen sein, die sich über die Länge des Abscheiders zu einem Wasserkasten an einem Ende erstreckt, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besitzen die Abschnitte 17 und 18 ein Gefälle von etwa 1 :96, um das Abfließen des Wassers zu dem Wasserkasten 16 zu unterstützen. Die Abschnitte 17 und 18 verlaufen über den Naßdampfeinlässen 6 und 7 und bilden dort vorteilhafterweise einen Teil der Prallbleche 12 und 13. Eine Vielzahl von Stützelementen 21 bis 23 in Form eines umgekehrten V sind vorgesehen, um die Abscheiderelemente 4, die Prallbleche 12 und 13 und die Abschnitte 17 und 18 der Abflußwanne im Abstand zueinander zu halten.

Es wurde gefunden, daß es für die Auslegung einer derartigen Wasserabscheidevorrichtung wichtig ist, daß der Abstand L₂ zwischen den Naßdampfeinlässen 6 und 7 gleich oder kleiner ist als das Doppelte des Innendurchmessers D des Druckbehälters 1, d. h. es gilt die Beziehung:

L₂ < 2D.

Dies ist wichtig, da sich die Strömungsverteilung auf die Abscheiderelemente für größere Werte von L₂ID verschlechtert.

In Fig. 2 ist die Anordnung und Form der Abscheiderelemente 4, der Abfiußwannenabschniite 17 und 18 und der Prallbleche 12 und 13 deutlicher dargestellt. Das Stützelement 23 ist in Form eines umgekehrten V ausgeführt, dessen divergente Enden 24, 25 an der Innenwand 26 des Behälters ΐ befestigt sind und dessen konvergentes Ende 28 an den Abscheiderelementen 4 angebracht ist. Eine zusätzliche Abstützung der Abflußwannenabschnitte 17 und 18 und der Abscheiderelemente 4 wird durch ein vertikales Teil 30 erhalten, in dem sich Schlitze 31 befinden und welches sich über die Länge des Behälters 1 erstreckt. Neben der Abstützung der Abflußwanne 17,18 und der Abscheiderelemente 4 verhindert das vertikale Teil 30, daß das von den Abscheiderelementen 4 durch Öffnungen 29 tropfende Wasser vom Dampfstrom aufgenommen wird. Die Abflußwannenabschnitte 17 und 18 und die Verkleidungsplatten 32 bilden zusammen eine axial verlaufende Wassersammeikammer 33, welche das Wasser von den ebenfalls axial verlaufenden Öffnungen 29 erhält und es dem Wasserkasten 16 zuführt. Die Abflußwanne 17, 18 ist

to dabei praktisch von den Platten 32 umschlossen, um ein Eintreten von Wasser in den Dampf zu verhindern. Die V-förmige Anordnung der Abscheiderelemente 4 dient zur Unterteilung des Behälters 1 in drei längliche Sammelräume 34,35 und 36. Die Prallbleche 12 und 13 verteilen den zuströmenden Naßdampf in die beiden Naßdampfsammelräume 34 und 35, die unter einem höheren Druck stehen als der Trockendampfsammelraum 36.

Die Prallbleche 12 und 13 sind so ausgebildet, daß sie in den Naßdaaipfsammelräumen 34 und 35 einen Wirbel 37 erzeugen. Der im zuströmenden Na^r vampf durch die Prallbleche 12 und 13 erzeugte Wirbel S7 verteilt den Naßdampf gleichmäßig über den axial langgestreckten Bereich der Abscheiderelemente 4. Neben der Verteilung des Naßdampfes unterstützt der Wirbel 37 noch das Austr iben des Wassers aus den Abscheiderelementen 4 in die Abflußwanne 17, 18. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Wasserabscheidung verbessert

Die Prallbleche 12 und 13 bestehen aus einem bogenförmigen Abschnitt 38 und zwei geraden Abschnitten 39 und 40. Der Abstand zwischen dem bogenförmigen Abschnitt 38 der Prallbleche und der Innenwand 26 des Behälters 1 ist wichtig für den Betrieb des Abscheiders. Wenn der Radius des bogenförmigen Abschnittes 38 R₂ beträgt so kann der Abstand zwischen dem bogenförmigen Abschnitt 38 der Prallbleche und der Innenwand 26 des Behälters ausgedrückt werden als Funktion des inneren Radius R\ des Behälters und des Innendurchmessers D₂ des Naßdampfeinlasses 7 durch die folgende Beziehung:

-R₂S 0,2 D₂.

Dabei kann der Abschnitt 18 der Abflußwanti? als bogenförmiger Abschnitt 38 des Prallbleches verwendet

werden. Hierbei weist der Abschnitt 18 einen Bogenabschnitt von 90° mit einem Krümmungsradius R₂ auf. Die Form der beiden geraden Abschnitte 39 und 40 des Prallbleches wird aus Fi g. 3 und 4 deutlich. Jeder Abschnitt 39 und 40 ist mit einem bogenförmigen Teil 42 von 10° versehen, der einen solchen Krümmungsradius besitzt, daß ein glatter Übergang vom Radius R₂ zu dem geraden Teil des Prallbleches vorhanden ist. Vor der Ki-i'mruüng besteht jeder der geraden Abschnitte 39 und 40 aus einem 120° -Abschnitt eines Kreises, definiert durch einen Radius Kj und eine Basislinie 44. Fs wurde gefunden, daß es für eine optimale Gestaltung des Prallbleches wichtig ist, daß der Radius Rj die folgende Beziehung zu dem Durchmessers D₂ des Naßdampfeinlasses 7 besitzt:

R₃ « 1,3 D₂.

Gemäß Fig.2 sind die geraden Abschnitte 39 und 40 des Prallbleches an d".r Innenwand 26 des Behälters 1 durch Tragteile 47 und 48 befestigt, welche zur Abstützung der Abschnitte 39 und 40 in einem Abstand zur Innenwand 26 des Behälters 1 dienen. Eine zusätzliche Abstützung der Abschnitte 39 und 40 wird durch verti-

kale Stützteile 49 sowie durch Prallblech-Versteifungsteile 50 erhalten. Der radiale Abstand zwischen dem Prallblech und der Innenwand 26 des Behälters 1 bestimmt einen örtlichen Spitzenwert der Strömungsgeschwindigkeit in dem Bereich zwischen der Spitze 51 des Prallbleches und der Innenwand 26 des Behälters 1. Diese Spitzengeschwindigkeit ist wichtig für die Erzeugung des Wirbels 37. Es wurde gefunden, daß der radiale Abstand 5 zwischen der Innenwand 26 des Behälters 1 und der Spitze 51 des Prallbleches die folgende Beziehung zu dem Durchmesser D₂ des Naßdampfeinlasses 7 erfüllen sollte:

S a 0,07 D₂.

15

Bei einer wirksamen Länge L des Behälters 1 ist es notwendig, den Querschnitt der Abscheiderelemente 4 für eine optimale Strömung und Abscheidung auszulegen. Hierzu wird die Höhe //der Abscheiderelemente 4 durch die folgende Beziehung zu dem Durchmesser D₂ für den Naßdampfeinlaß festgelegt:

Hs KD₂,

wobei die Konstante IC - 1,1 bis 1,5 ist.

Es wurde ferner gefunden, daß es zur Erzielung einer glatten Strömung des Naßdampfes durch den Naßdampfeinlaß 7 und unter dem Prallblech vorteilhaft ist, daß ein gekrümmtes Gehäuseteil 52 mit dem Radius r vorgesehen ist, wobei r in folgender Beziehung zu dem Durchmesser D₂ des Naßdampfeinlasses 7 steht:

r > 0,06 D₂.

In Fig.5 ist bei einer ungeraden Anzahl von Naßdampfeinlässen 54 der Abscheider mit einem an einem Ende angeordneten Wasserkasten 55 versehen. Die Abflußwanne 56 erstreckt sich dann über die gesamte Länge des Behälters 1, der eine Neigung von etwa 1 :96 aufweist, um den Abfluß des Wassers zu erleichtern.

Im Betrieb der Wasserabscheidevorrichtung tritt Naßdampf mit relativ hohem Druck aus der Hochdruckturbine in den Abscheider durch die Naßdampfeinlässe 6 und 7 ein und trifft auf die Prallbleche 12 und 13. Die Prallbleche erzeugen einen Wirbel 37 in dem zuströmenden Dampf zu beiden Seiten der Prallbleche in den Naßdampfsammeiräumen 34 und 35. Diese Wirbel dienen dazu, den Dampfstrom gleichmäßig auf die Abscheiderelemente 4 /.a verteilen, welche den Naßdampfsammeiräumen 34 und 35 zugeordnet sind. Zusätzlich unterstützen sie auch das Austreiben des Wassers aus den Abscheiderelementen 4 in die Abflußwanne 17,18 bzw. 56. Die Abflußwanne verhindert die Aufnahme des Wassers in den Dampfstrom, indem sie einen praktisch geschlossenen Bereich für das abfließende Wasser bildet, das somit vom Dampfstrom abgeschirmt ist Der aus den Abscheiderelementen 4 in den Trockendampfsammelraum 36 austretende getrocknete Dampf strömt dann durch die Trockendampfauslässe 8, 9 und 10 zur Niederdruckturbine.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Wasser aus Naßdampf in einem an beiden Enden verschlössenen, liegend angeordneten, zylindrischen Behälter, in dessen unteren Teil mindestens ein Naßdampfeinlaß einmündet und aus dessen oberem Teil mehrere Trockendampfauslässe austreten, mit mehreren plattenförmigen Abscheiderelementen, die in Längsrichtung des Behälters in Gruppen im Strömungsweg des Dampfes zwischen den Naßdampfeinlässen und den Trockendampfauslässen angeordnet sind, sowie mit einem unterhalb der Abscheiderelemente an dem Behälter angebrachten Wasserkasten zum Sammeln und Abführen des abgeschiedenen Wassers und mit Einbauten in dem Behälter zum Aufteilen des Naßdampfes auf mindestens zwei parallele Strömung?wege und zum Verteilen des Naßdampfes über die Gruppen der Abscheiderelemente, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Abscheiderelemente (4) eine kreisbogenförmige Abflußwanne (17, 18) zum Sammeln und Leiten des abgeschiedenen Wassers zu dem Wasserkasten (16) im radialen Abstand von der Innenwand (26) des Behälters (1) angeordnet ist, welche Wanne zusammen mit den Abscheidereiementen (4) mittels mehrerer Stützelemente (21, 22, 23) über die Länge des Behälters (1) abgestützt ist, wobei an jedem der axial versetzten Naßdampfeinlässe (6 und 7) die Abflußwanne (17,18) den kreisbogenförmigen Teil (38) eines Prallbleches (12 und 13) Vildet, an den sich gerade Abschnitte (39 und«10) derart anschließen, daß ihr kleinster radialer Abstand (i zur Innenwand (26) des Behälters (1) zu dem Innendurchmesser Eh des zugeordneten Naßdampfeinlasses (6 und 7) in der Beziehung

S s 0,07 D₂

40

steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheiderelemente (4) in V-Form angeordnet sind, wobei ihre divergenten Enden an der Innenv/and (26) des Behälters (1) und ihre konvergenten Enden an den Stützelementen (21,22,23) in Form eines umgekehrten V angeordnet sind, deren divergente Erden an der Innenwand (26) des Behälters (1) und deren konvergente Enden an den Abscheiderelementen (4) befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stützelementen (21, 22, 23) Verkleidungsplatten (32) angeordnet sind, welche die Abflußwanne (17,18) abdecken.

55