專利名稱：用于水－汽分離裝置的分離器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于分離水和蒸汽的分離器，在其水側和蒸汽側分別有一排出管。該分離器具有一個分離室，它位于一些輸入管和一個位于水側排出管之前的消渦器之間。本發(fā)明還涉及一種水-汽分離裝置，尤其是用于通流式蒸汽發(fā)生器的水-汽分離裝置。該分離裝置具有至少這樣一個上述類型的分離器，該分離器與一個集水容器相連接。
由專利文獻DAS 1081474已公知一種離心力水分離器，其直徑與高度的比例約為1∶6或更多。另外由Juergen Vollrath發(fā)表在《技術監(jiān)控》(Technische Ueberwachung)雜志第9期(1968年)，第2號，第46至50頁上的論文“在沸水-和沸騰過熱反應器中分離蒸汽”可知，一分離器的蒸汽側排出管的直徑與分離器的內徑的比例被選擇為52％。此外，由日本專利文獻JP 1-312304A已知另一種水-汽-分離裝置，其中，一個與分離器的水側相連接的集水容器設置在一定的垂直高度上，這一高度由分離器的垂直高度決定。
一個由德國專利文獻DE 42 42 144A1公開的分離器通常應用在一個蒸汽發(fā)生器，尤其是一個通流式蒸汽發(fā)生器的蒸發(fā)系統(tǒng)中。視蒸汽發(fā)生器的功率，通常有多個位于一個水-汽分離裝置內并列設置的分離器與一個總的集水容器相連接。尤其在這類通流式蒸汽發(fā)生器起動運行時，通常會在蒸發(fā)系統(tǒng)中產生大量的水。其中的分離器在此用于分離水和蒸汽，此時，水回流到蒸發(fā)器循環(huán)中，蒸汽在最大程度上與水滴分離被導入一個過熱器中。
由于一個通流式蒸汽發(fā)生器與一個自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器不同，它不承受壓力限制，新汽壓力因而可遠遠超過水(P臨界=221bar)的臨界壓力?，F(xiàn)代化的蒸汽發(fā)電廠可以250至300bar的高蒸汽壓力運行。高的新汽壓力是必需的，以便實現(xiàn)高的熱效率，進而實現(xiàn)低的二氧化碳排放。但在設計壓力傳導部件時存在一個特殊問題，亦即高的蒸汽壓力勢必導致厚壁，這又會顯著減小溫度熱傳遞過渡。
在一個通流式蒸汽發(fā)生器中，尤其會涉及分離器。因為在滑動壓力運行時，蒸汽壓力和每個分離器中的沸騰溫度隨負載線性變化，因此分離器在負載發(fā)生變化時會承受更大的溫度變化。由此在起動和負載變化時，許可的溫度變化速度會受到很大限制。這又可能導致所不期望的更長的起動時間，及隨之造成的更大的起動損失，從而使負載變化速度更慢。這些勢必會對通流式蒸汽發(fā)生器至少在高蒸汽壓力運行時具有特別高的靈活機動性構成限制。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于一個水-汽分離裝置的分離器，它在壓力損失比較低，分離度更高及壁厚盡可能小的同時，具有特別好的熱彈性。此外，本發(fā)明的目的在于還要提供一種適用于具有一些上述類型的分離器的水-汽分離裝置運行的方法，該水-汽分離裝置可用于一個通流式蒸汽發(fā)生器。
本發(fā)明有關分離器方面的目的是通過權利要求1所述特征來實現(xiàn)的。為此，該分離器的分離室長度至少為其內徑的5倍。在此，分離室的長度被限定為是在由分離器的輸入管決定的輸入平面和在其下方的消渦器的上邊緣之間的間距。輸入管的總通流橫截面與分離室的內徑平方的比例在0.2與0.3之間。
本發(fā)明基于如下的認知，即，令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，在一個分離器，尤其是一個旋流式分離器上采用一個消渦器時，分離室內的壓力損失還比較高，而同時因蒸汽側的排出管引起的壓力損失卻更低。這一特性在以往的文獻中沒有提到過。為此在一個沒有消渦器的旋流式分離器上對此進行了計算驗證，結果發(fā)現(xiàn)，在流入蒸汽側的排出管時和在排出管內時的壓力損失比較顯著，而在分離室內的壓力損失卻很低。
基于上述認知，本發(fā)明考慮通過有針對性地對分離器的結構進行設計，來使在分離器的不同區(qū)段上產生的壓力損失分量相互匹配協(xié)調，從而使它們的壓力損失總和在流體介質通流量較高、分離效果更加有效的情況下達到一個最小值。在此，總的壓力損失由入口壓力損失、因流入分離器內的水-汽混合物上下流動引起的摩擦壓力損失及上下流動引起的轉向壓力損失和進入蒸汽側排出管內時的輸入壓力損失組成。
當分離器運行時，即使在流入分離器內的流體介質的質量流量密度M大于800kg/m2s的情況下，在保持良好分離效果的同時，壓力損失也特別低。此處的質量流量密度定義為質量流量(kg/s)除以由分離器、亦即其分離室的內徑(m)確定的橫截面積(m2)得到的值。
此外，在分離度盡可能高的同時，通過以下措施盡可能使壓力損失更低，即，使由輸入管的橫截面或流動斷面的總和確定的總橫截面F(m2)與分離器或其分離室的內徑DI(m)形成下列公式F=K·DI2，其中K=0.2～0.3，優(yōu)選K=0.21～0.26。在此，蒸汽側的排出管的內徑DA(m)優(yōu)選在分離器內徑的40％至60％之間。
對于這樣一些分離器在一個水-汽分離裝置中的布置可以這樣來進行，即，例如3個或4個分離器的水側與同一個集水容器連接，在高分離度及流體介質的質量流量密度大于800kg/m2s的同時，比較有利地通過以下措施來支持實現(xiàn)特別低的壓力損失，即，集水容器的上端不超過分離器軸向尺寸的一半。相對于分離器的水側下端，集水容器的上端或上邊應處于分離器的一半長度以下。
本發(fā)明關于方法方面的目的是通過權利要求5所述的特征來實現(xiàn)的。按照該方法，在一個具有至少一個分離器的通流式蒸汽發(fā)生器上，通過將通流式蒸汽發(fā)生器滿負荷運行時流過分離器的質量流量調節(jié)為大于分離室內徑平方的630倍，就能夠得到特別有利的結果。
下面借助附圖所示實施例對本發(fā)明予以詳細說明，附圖中

圖1a是具有消渦器的一個分離器的縱剖面圖；圖1b是圖1所示分離器的橫剖面圖；圖2示出一個具有圖1所示分離器的水-汽分離裝置，在圖示分離器的水側連接有一個集水容器。
在附圖中相互對應的部件具有相同的附圖標記。
圖1a示出一個分離器或旋流分離器1的縱向剖面，而圖1b則示出該分離器的橫剖面。分離器1具有一個位于上方的蒸汽排出管2和一個位于下方的水排出管3。在蒸汽排出管2的下方，在其流入口4附近的流入或輸入平面E內，沿分離器1的周邊分布地設有一些輸入管5，以供輸入有待分成水W和蒸汽D的水-汽混合物WD。在此，各輸入管5一方面相對于水平面H傾斜形成一個夾角α，另一方面與分離器切向相連。在輸入管5的輸入平面E的下方，在分離器1的壁8上設有支承夾頭7，它使分離器保持直立位置。
通過對輸入管5的設置，使流入分離器1內的水-汽混合物WD一方面向下流往分離器1的底部6，另一方面形成一旋流。水W和蒸汽D通過離心力分離，此時，蒸汽D位于中央并從上面排出，水W從下面排出。為了消除通過排出管3正排出的水W中的渦流，在分離器1的底部6設有一個消渦器9。該消渦器9阻止蒸汽D被帶入排出管3，并阻止已分離出的水W回流到分離器1中，亦即回流到分離室10中。
為了使分離器1在具有高分離度的同時，其壁8厚d盡可能小，分離器1的分離室10在流入平面E和消渦器7的上邊緣B之間的長度A至少為分離器1的內徑DI的5倍。此外，在輸入管5的總橫截面F與分離器1、亦即分離室10的內徑DI平方之間的比例在0.2和0.3之間，優(yōu)選在0.21和0.26之間。在此，總橫截面F為各流動橫截面積f1至fn(在本實施例中n=4)的總和。此外，蒸汽側的排出管2相宜地具有一個內徑DA，它的值在分離室10內徑DI值的40％至60％之間。在總橫截面積F(單位為m2)與分離器1或分離室10的內徑DI(單位為m)以及蒸汽排出管2的內徑DA(單位為m)之間，優(yōu)選存在下列函數關系F=K·DI2，其中K=0.21至0.26DA=(0.5±0.1)·DI其中A≥5·DI圖2示出一通流式蒸汽發(fā)生器的水-汽分離裝置11，其中僅僅示出它的蒸發(fā)器12和過熱器13。該水-汽分離裝置11包括一個或多個圖1所示分離器1。該分離器或每個分離器1在其水側通過一根連接在其排出管3上的連接管14與一個集水容器15相連接。連接管14從分離器1引出，并相宜地在集水容器15的水平面WS下方通入該集水容器15中，這樣可保證有安靜的水表面。
在水-汽分離裝置11中，優(yōu)選使分離器1與集水容器15這樣相互匹配設置，即，集水容器15的頂端OK最大只達到分離器1的一半高度L位置處。在此，分離器1的高度L指的是分離器1的頂端OE與底端UE之間的距離。一半高度L位置(1/2L)是指從底端UE處開始起算。
在通流式蒸汽發(fā)生器的水-汽分離裝置11運行時，在其蒸發(fā)器12中產生的水-汽混合物WD通過輸入管5流入分離器1中，并通過其至少近似于切向的流入產生旋流。由此產生的離心力會導致水W和蒸汽D相互分離。分離出的蒸汽D通過蒸汽排出管2排出，并通過與該排出管2連接的蒸汽管16流入通流式蒸汽發(fā)生器的過熱器13中；而分離出的水W則通過消渦器9和連接管14流入集水容器15內。在此，當通流式蒸汽發(fā)生器滿負荷運行時，流過分離器1的質量流量M(kg/s)相對于工作介質10的內徑DI按照公式M≥630·DI2進行調節(jié)。
通過對分離器1的結構進行改造設計，并將其布置在通流式蒸汽發(fā)生器的水-汽分離裝置11中，可以在保持較小壓力損失、高的流體介質質量流量以及特別有效的分離效果的同時，實現(xiàn)高達250至300bar的蒸汽或新汽壓力。總之，將上述類型的分離裝置11用在蒸汽發(fā)電廠內，可以獲得特別高的效率。
權利要求
1．一種用于分離水和蒸汽的分離器，它具有一根蒸汽排出管(2)和一根水排出管(3)以及一個分離室(10)，該分離室(10)位于一些輸入管(5)和一個設在水排出管(3)之前的消渦器(9)之間，其特征在于，工作室(10)的長度(A)至少等于其內徑(DI)的5倍，所有輸入管(5)的總流動橫截面積(F，單位為m2)與分離室(10)的內徑(DI，單位為m)平方的比例在0.2與0.3之間。
2．如權利要求1所述的分離器，其特征在于，蒸汽排出管(2)具有一內徑(DA)，它的大小在分離室(10)的內徑(DI)的40％至60％之間。
3．一種具有至少一個如權利要求1或2所述的分離器的水-汽分離裝置，它還具有一個與分離器(1)的水側相連通的集水容器(15)，該集水容器的頂端(OK)位于從分離器(1)的水側底端(UE)起算、分離器(1)的一半高度(L)位置以下。
4．一種用在通流式蒸汽發(fā)生器上并具有至少一個分離器(1)的水-汽分離裝置的運行方法，其中，在通流式蒸汽發(fā)生器滿負荷運行時，流過分離器(1)的質量流量(M，單位為kg/s)與分離室(10)的內徑(DI，單位為m)有如下關系M≥630·DI2。
全文摘要
一種用于分離水(W)和蒸汽(D)的分離器(1),它具有一根蒸汽排出管(2)和一根水排出管(3)以及一個分離室(10)。該分離室(10)位于一些輸入管(5)和一個設在水排出管(3)之前的消渦器(9)之間。為了在盡可能保持高的流體介質質量流量和有效分離效果的同時,實現(xiàn)盡可能低的壓力損失,工作室(10)的長度(A)至少等于其內徑(DI)的5倍,所有輸入管(5)的總流動橫截面積(F,單位為m
文檔編號B01D45/12GK1312901SQ99809738
公開日2001年9月12日 申請日期1999年8月5日 優(yōu)先權日1998年8月17日
發(fā)明者霍爾格·施米特, 埃伯哈德·威特喬 申請人:西門子公司