DE1221241B - Vorrichtung zum Trennen von feuchtem Dampf - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F22g

Deutsche Kl.: 13 d - 26

1221241
S 819481 a/13 d
8. Oktober 1962
21. Juli 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen von feuchtem Dampf, der feste und teilweise gelöste Verunreinigungen enthält, in trockenen Dampf, reines Wasser und Verunreinigungen enthaltendes Wasser.

Die Bezeichnung »reines Wasser« bedeutet, daß das Wasser von suspendierten festen Teilchen, wie in Wasser unlöslichen Salzen oder Metalloxyden, frei ist, die z. B. während des Betriebs einer Dampferzeugungsanlage entstehen können.

Bekanntlich ist es erforderlich, für die Erzeugung des Dampfes für Dampfturbinen Wasser von hohem Reinheitsgrad zu verwenden; dies gilt insbesondere für mit hoher Drehzahl laufende Turbinen, denn das Vorhandensein von Verunreinigungen, insbesondere von Salzen, wirkt sich schädlich auf verschiedene Bauteile der Turbinen, z. B. die Turbinenschaufeln, aus, so daß nicht nur die Lebensdauer dieser Teile herabgesetzt wird, sondern auch schwerwiegende Betriebsstörungen eintreten können, die zu erheblichem Sachschaden und zu einer Gefährdung des Bedienungspersonals führen können.

Abgesehen von der Beseitigung fester Verunreinigungen, ist es wichtig, daß auch flüssige Teilchen rechtzeitig aus dem Dampf entfernt werden, und zwar auch dann, wenn der Dampf durch einen Überhitzer geleitet wird, denn auch wenn der letzte Rest des Wassers in dem Überhitzer verdampft wird, finden die Salze auf jeden Fall ihren Weg zurück in den Dampf, d. h., die Salze können von der Dampfphase mitgerissen werden. Noch nachteiliger ist die Erscheinung, daß sich Salze im Überhitzer ablagern, denn hierdurch wird der Wärmeübergang erheblich beeinträchtigt, und außerdem besteht die Gefahr einer Überhitzung der Rohre. Bei den hier in Betracht kommenden hohen Temperaturen verliert das Material seine Festigkeit, so daß die Rohre unter der Wirkung des Dampfdrucks zusammenbrechen. Es ist bekannt, daß sich bei einem bestimmten Gleichgewichtszustand zwischen der flüssigen Phase und der Dampfphase lösliche Salze und Oxyde, die immer noch im Speisewasser enthalten sind, hauptsächlich im flüssigen Zustand befinden bzw. daß das erreichte Gleichgewicht auf der Seite der flüssigen Phase liegt. Es ist daher erwünscht, daß der Dampf von flüssigen Bestandteilen vollständig oder im wesentlichen vollständig frei ist, bevor er in einen Überhitzer eintritt, um dann einer mit Dampf betriebenen Anlage zugeführt zu werden. Hierdurch wird außerdem gewährleistet, daß die Verunreinigungen und die Salze im wesentlichen vollständig zusammen mit der Flüssigkeit abgeführt werden.

Vorrichtung zum Trennen von feuchtem Dampf

Anmelder:

Shell Internationale Research Maatschappij N.V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte,
München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Jan Christiaan Koel, Den Haag;

Carolus Johannes Hoogendoorn, Amsterdam

(Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 10. Oktober 1961 (270 072) - -

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Reinigen von aus mehreren Bestandteilen bestehenden Strömungsmitteln bekannt, die ein senkrechtes zylindrisches Gefäß aufweist, welches mit einem Dampfeinlaß versehen ist, der zu einem mit einer Wascheinrichtung zusammenarbeitenden und in das Gefäß mündenden ersten Zyklonabscheider führt. Innerhalb dieses Gefäßes ist im oberen Teil vor dem Dampfauslaß ein zweiter Zyklonabscheider vorgesehen, von dem Wasserablaufleitungen über eine Wasservorlage in den unteren Teil des Behälters mit einem Wasserauslaß führen. Diese bekannte Vorrichtung ist nur zur Trennung des zugeführten Strömungsmittels in zwei Bestandteile, nämlich Dampf und Flüssigkeit, geeignet. Sie erlaubt nämlich nur die Behandlungsfolge Waschen—Zentrifugieren—Zentrifugieren und ist daher für die obengenannten Zwecke nicht geeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung

dieser Art so zu verbessern, daß der zugeführte zu trennende feuchte Dampf in drei Bestandteile getrennt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, ausgehend von einer Vorrichtung der oben bezeichneten Art, dadurch gelöst, daß oberhalb des in an sich bekannter Weise als tangential in die Wand des Gefäßes mündender Dampfeinlaß ausgebildeten ersten Zyklonabscheiders an der Innenwand des Gefäßes ein ringförmiger Verteilkanal mit einem Einlaß für reines

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Wasser und unterhalb des Dampfeinlasses an der ren Teil mit einer Wasserzone von ziemlich großem Innenwand des Gefäßes ein ringförmiger Sammel- Fassungsvermögen zu versehen, kann man das erkanal mit einem Auslaß für verunreinigtes Wasser forderliche Volumen dadurch bereitstellen, daß man vorgesehen ist, während der untere Teil des Behälters eine erhebliche Höhe des Gefäßes vorsieht,
reines Wasser aufnimmt. Vorzugsweise ist dabei der 5 Das Gefäß 1 ist mit einem tangentialen Einlaß 2 Verteilkanal als Überlaufrinne ausgebildet. für den zu behandelnden Dampf ausgerüstet. Inner-Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Be- halb des Gefäßes 1 sind oberhalb desDampfeinlasses2 handlungsfolge Zentrifugieren—Waschen—Zentrifu- ein ringförmiger Verteilkanal 3 für gereinigtes Wasser gieren, und es ist damit eine Dreiteilung des züge- und ein Zyklonabscheider 4 angeordnet. Innerhalb führten Gemisches in reinen trockenen Dampf, der io des Gefäßes sind unterhalb des Einlasses 2 ein ringkeine Salz- oder Oxyd-Verunreinigungen aufweist, förmiger Sammelkanal 5 für verunreinigtes Wasser sowie in reines Wasser, das wieder der Dampferzeu- und eine Wasservorlage 6 vorgesehen. Bei dem untegungsanlage zugeführt werden kann, und in verun- ren Teil 7 des Gefäßes handelt es sich um den reinigtes Wasser, das alle Verunreinigungen enthält, Wasserraum, an dessen unteres Ende sich eine Wasdie nicht in die Dampfturbine gelangen dürfen, mög- 15 serabgabeleitung 8 anschließt. Das obere Ende des lieh. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet mit Gefäßes 1 trägt einen Dampfauslaß 9, der an den gutem Wirkungsgrad über lange Zeit hindurch; Sie Zyklonabscheider 4 angeschlossen ist. Schließlich ist kann gedrängt aufgebaut werden und weist keine das Gefäß noch mit einem tangentialen Einlaß 10 bewegten Teile auf. Außerdem kann sie als gesonder- zum Zuführen gereinigten Wassers versehen; dieser tes Aggregat bei den verschiedensten bereits vorhan- 20 Einlaß ist an den Verteilkanal 3 angeschlossen, und denen Anlagen Anwendung finden. ferner ist ein mit dem Sammelkanal 5 verbundener Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn Auslaß 11 zum Abgeben verunreinigten Wassers vorgemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Zyklon- gesehen.

abscheider einen zylindrischen Mantel und einen mit Der Zyklonabscheider 4 hat einen zylindrischen der Wasserablaufleitung versehenen flachen Boden 25 Mantel 12 und einen flachen Boden 13. Der tangenaufweist, auf dem über senkrechte Stützen in einem tiale Einlaß 14 führt zum oberen Teil des Gefäßes 1. gewissen Abstand ein oben offener Auffangtopf ab- Am oberen Ende des Zyklonabscheider 4 ist ein zengestützt ist, der einen nach außen gekrümmten oberen trales Rohr 15 zum Abgeben des Dampfes vorge-Rand und einen ebenen Boden aufweist, an den die sehen. Dieses Abgaberohr ist von einem Ring 16 weitere Wasserablaufleitung angeschlossen ist. Dabei 30 umgeben, der verhindert, daß ein Wasserfilm von kann sich der Auffangtopf in Richtung zum Boden außen her über die obere Wand des Zyklonabscheikegelförmig erweitern und in ihm unten mehrere ders fließt. Das Vorhandensein dieses Ringes ist jeradiale Wände vorgesehen sein. Eine derartige doch bei dieser Ausbildungsform nicht unbedingt Zyklonabscheiderausbildung ermöglicht eine beson- erforderlich, denn das Abgaberohr 15 mündet in ders gute Trennwirkung. Der Auffangtopf kann 35 eine zusätzliche Wasserabscheidekammer 17, in der schließlich an seiner Außenseite mit mehreren alle Wasserreste gesammelt werden können, die in radialen Wänden versehen sein, die in einem gewissen diese Kammer gelangen, z. B. in Form eines sich Abstand von dem zylindrischen Mantel des Zyklon- längs des Rohrs 15 bewegenden Wasserfilms. Der abscheiders enden. Damit wird der drehenden Be- Dampfauslaß 9 ist an die Kammer 17 angeschlossen, wegung des Dampes entgegenwirkt, und es wird 40 Ein Auffangtopf 18, dessen oberer Rand 19 nach ein geringer Druckabfall innerhalb des Zyklon- außen umgebogen ist, ist in einem gewissen Abstand abscheiders erreicht. Das Abgaberohr des Zyklon- vom Boden 13 des Mantels 12 angeordnet. Der Aufabscheiders kann auch mit dem Dampfauslaß des fangtopf 18 ist mit dem Boden des Zyklons durch Gefäßes über eine Wasserabscheidekammer in Ver- mehrere aufrecht stehende Stützen 25 verbunden. Der bindung stehen, die eine in die Wasservorlage mün- 45 Auffangtopf erweitert sich kegelförmig in Richtung dende Ablaufleitung besitzt. auf sein unteres Ende, das mit mehreren radialen Versuche haben gezeigt, daß ein Zyklonabscheider Trennwänden 21 versehen ist, die so angeordnet sind, dieser Bauart den wesentlichen Vorteil bietet, daß daß der Rand des Bodens frei bleibt,
der sowohl dem Wasser als auch dem Dampf ent- Eine Wasserablaufleitung 22 ist tangential an den gegengesetzte Widerstand vom Wassergehalt des 50 Boden 13 des Zyklons angeschlossen. Der Boden des Dampfes unabhängig ist. Außerdem ist der Druck- Auffangtopfes 18 besitzt eine Öffnung, mit der ebenabfall auf der Dampfseite niedriger als bei den be- falls eine tangentiale Wasserablaufleitung 23 verbunkannten Zyklonabscheidern, und der Abscheidungs- den ist. Auch an die Kammer 17 schließt sich eine wirkungsgrad ist noch etwas höher als bei den Wasserablaufleitung 24 an. Die Leitungen 22, 23 und bekannten Zyklonabscheidern. Dieser Vorteil tritt ins- 55 24 münden nahe dem Boden der am oberen Ende besondere bei hoher Wasserbelastung in Erscheinung. offenen Wasservorlage 6.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Nachstehend ist die Arbeitsweise der Einrichtung

schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbei- beschrieben. Der zu behandelnde Dampf tritt in die

spiel naher erläutert. Einrichtung über den tangentialen Einlaß 2 ein und

Die Zeichnung zeigt in einem schematischen Längs- 60 wegen der auftretenden Fliehkraftwirkung wird der-

schnitt eine Ausbildungsform der Erfindung. . jenige Teil des Wassers, welcher die höchste SaIz-

Die gezeigte Einrichtung besteht. aus einem auf- konzentration besitzt, zusammen mit den schwereren

recht stehenden zylindrischen Gefäß 1, dessen Höhe Verunreinigungen gegen die Wand des Gefäßes 1 ge-

etwa gleich dem Sechsfachen. seines Durchmessers schleudert, so daß sich diese Stoffe zusammen mit

ist. Das Verhältnis zwischen der Höhe und dem 65 Wasser längs der Wand nach unten bewegen und

Durchmesser des Gefäßes liegt gewöhnlich zwischen sich in dem Sammelkanal 5 sammeln. Der Dampf mit

4 und 8 und richtet sich nach den jeweiligen Betriebs- dem darin noch verbliebenen Wasser passiert dann

bedingungen. Wenn es z. B. erwünscht ist, den unte- den flüssigen Filter, der aus gereinigtem Wasser be-

steht, welches dem Verteilkanal 3 entnommen und über den Einlaß 10 zugeführt wird; bei der hier beschriebenen Ausbildungsform bildet der Kanal 3 eine offene kreisrunde Rinne, aus der das Wasser in Form eines Vorhangs längs der inneren Wand herabregnet.

Innerhalb dieses Wasservorhangs vereinigen sich die kleinsten Wasserteilchen zu größeren Wasserteilchen, und die noch verbliebenen Verunreinigungen werden gesammelt. Wenn sich das Wasser weiter nach unten bewegt, wird ihm eine drehende Bewegungskomponente verliehen, so daß in diesem Falle auch die Wassertropfen, die jetzt die festen Verunreinigungen enthalten, nach außen geschleudert werden und schließlich ebenfalls in den Sammelkanal 5 gelangen. Ein Teil des in dem Kanal 5 gesammelten Materials wird über den Auslaß 11 abgezogen, während das von Verunreinigungen befreite Wasser über den oberen Rand des Kanals 5 läuft, den zentralen Kanal innerhalb des Kanals 5 passiert und schließlich in den unteren Teil 7 des Gefäßes gelangt.

Es ist nicht wichtig, daß der Wasservorhang mit Hilfe eines Kanals erzeugt wird, der als offene ringförmige Rinne gebildet ist. Es ist z. B. möglich, den Einlaß 10 an eine Ringleitung anzuschließen, die die Form eines geschlossenen kreisrunden Rohrs besitzt, welches mit einer großen Zahl von über seinen Umfang in regelmäßigen Abbständen verteilten Spritzöffnungen versehen ist. In diesem Falle ist es auch möglich, den Wasservorhang etwas nach innen oder außen zu richten, wenn die jeweilige Konstruktion dies als wünschenswert erscheinen läßt, so daß der Wasservorhang die Form einer Kegelstumpffläche erhält.

Der vom größten Teil des darin enthaltenen Wassers befreite Dampf steigt in dem Gefäß 1 nach oben und tritt über den tangentialen Einlaß 14 in den Zyklonabscheider 4 ein, wo im wesentlichen das ganze noch vorhandene Wasser zurückgehalten wird. In diesem Zyklon wird das Wasser von dem Dampf in bekannter Weise getrennt. Der Auffangtopf 18 hat folgende Aufgabe: Der größte Teil des Wassers, das sich wegen des nach innen gerichteten sekundären Dampfstroms nahe dem Boden des Zyklons an diesem Punkt vom Umfang des Zyklons z. B. in Form kleiner Tröpfchen weg bewegt, gelangt zum Rand 19 des Auffangtopfes 18. Das über den Rand 19 krie-. chende Wasser gelangt in das Innere des Auffangtopfes und kann daher nicht mehr durch den sich nach oben bewegenden Dampfstrom zerstäubt und mitgerissen werden. Ein Teil dieses Wassers bewegt sich von dem Rand 19 weg und gelangt erneut in Form von Tropfen in den Dampfstrom. Form und Lage des Randes 19 sind so gewählt, daß die Tropfen durch Fliehkräfte erneut gegen die Zyklonwand geschleudert werden, denn sowohl die Drehbewegung als auch der senkrechte Dampfstrom in dem Auffangtopf sind erheblich weniger kräftig als in dem darüberliegenden eigentlichen Zyklonraum, was darauf zurückzuführen ist, daß sich der Auffangtopf nach unten erweitert und daß die Trennwände 21 vorhanden sind.

Die Trennwände 20 auf der Außenseite des Auffangtopfes sind ebenfalls dazu bestimmt, einer drehenden Bewegung des Dampfes entgegenzuwirken, und sie ermöglichen es dem Wasser, ungehindert längs der Wand nach unten zu strömen.

Alle Wasserreste, die immer noch von dem Dampfstrom mitgerissen werden können oder in Form eines Wasserfilms über die Wand des Rohrs 15 kriechen, werden schließlich in der Kammer 17 gesammelt.

Dort, wo das Wasser gesammelt wird, d. h. am Boden des Zyklons, am Boden des Auffangtopfes 18 sowie am Boden der Kammer 17, wird das Wasser über die Leitungen 22, 23 und 24 abgezogen und der als Flüssigkeitsdichtung dienenden Wasservorlage 6 zugeführt.

Es ist nicht wichtig, eine Wasservorlage 6 dieser Bauart vorzusehen, denn die Leitungen können ebensogut bis in den unteren Teil 7 hinein verlängert werden, der ebenfalls als Flüssigkeitsdichtung wirken kann. Die Standhöhe des Wassers kann jedoch in dem unteren Teil 7 in weiten Grenzen variieren, denn dieser Teil eignet sich sehr gut zur Verwendung als Pufferraum für das der Dampferzeugungsanlage zuzuführende Wasser, und in der Praxis erfüllt der Teil

ao diese Aufgabe. In diesem Falle wäre es erforderlich, die Leitungen bis nahe an den Boden des Gefäßes zu verlängern. Dies ist jedoch nicht notwendig, wenn die Wasservorlage 6 vorhanden ist, und außerdem kann der untere Teil 7 in diesem Falle ohne weiteres zeitweilig von Wasser freigehalten werden. Da der Druckabfall des beschriebenen Zyklons auf der Dampfseite so günstig ist, besteht kaum eine Gefahr, daß Wasser über die Leitung 24 nach oben gesaugt wird, wenn kein statisches Gefälle vorhanden ist, so daß man die Länge der Leitung 24 verringern kann. Dieser Vorteil wirkt sich ebenfalls günstig auf die Gesamtlänge der Einrichtung aus, die daher kleiner sein kann als bei der Verwendung eines Zyklons einer anderen Bauart in Verbindung mit der Kammer 17.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Trennen von feuchtem Dampf, der feste und teilweise gelöste Verunreinigungen enthält, in trockenen Dampf, reines Wasser und Verunreinigungen enthaltendes Wasser, mit einem senkrechten zylindrischen Gefäß, das einen Dampfeinlaß aufweist, der zu einem mit einer Wascheinrichtung zusammenarbeitenden und in das Gefäß mündenden ersten Zyklonabscheider führt, und mit einem im oberen Teil des Gefäßes vor dem Dampfauslaß angeordneten zweiten Zyklonabsdheider, von dem Wasserablaufleitungen über eine Wasservorlage in den unteren Teil des Behälters mit einem Wasserauslaß führen, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des in an sich bekannter Weise als tangential in die Wand des Gefäßes (1) mündender Dampf einlaß (2) ausgebildeten ersten Zyklonabscheiders an der Innenwand des Gefäßes (1) ein ringförmiger Verteilkanal (3) mit einem Einlaß (10) für reines Wasser und unterhalb des Dampfeinlasses (2) an der Innenwand des Gefäßes (1) ein ringförmiger Sammelkanal (5) mit einem Auslaß (11) für verunreinigtes Wasser vorgesehen ist, während der untere Teil (7) des Behälters reines Wasser aufnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilkanal (3) als Uberlaufrinne ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonabscheider (4) einen zylindrischen Mantel (12) und einen

mit der Wasserablaufleitung (22) versehenen flachen Boden (13) aufweist, auf dem über senkrechte Stützen (25) in einem gewissen Abstand ein oben offener Auffangtopf (18) abgestützt ist, der einen nach außen gekrümmten oberen Rand (19) und einen ebenen Boden aufweist, an den die weitere Wasserablaufleitung (23) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Auffangtopf (18) in Richtung zum Boden kegelförmig erweitert und in ihm unten mehrere radiale Wände (21) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangtopf (18)

an seiner Außenseite mit mehreren radialen Wänden (20) versehen ist, die in einem gewissen Abstand von dem zylindrischen Mantel (12) des Zyklonabscheiders (4) enden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgaberohr (15) des Zyklonabscheiders (4) mit dem Dampfauslaß (9) des Gefäßes (1) über eine Wasserabscheidekammer (17) in Verbindung stein", die eine in die Wasservorlage (6) mündende Ablaufleitung (24) besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 821388;
USA.-Patentschrift Nr. 2297704.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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