Höyrystin

Höyrystin on lämmönsiirrin, jossa kuumennettava neste muutetaan kaasumaiseen olomuotoon. Tavallisesti höyrystintä käytetään keittämään vettä höyryksi voimalaitoksissa. Voimalaitoksessa korkeapaineinen syöttövesi höyrystetään kylläiseksi höyryksi energialähteestä vapautetulla lämpöenergialla, jonka jälkeen se useimmissa voimalaitoksissa vielä tulistetetaan erillisissä tulistimissa. Sitten höyry johdetaan turpiiniin, joka muuttaa höyryn energiaa mekaaniseksi energiaksi. Lämmityshöyrynä sen sijaan käytetään kylläistä höyryä, koska se luovuttaa runsaasti energiaa tiivistyessään. Muita höyrystimen sisältäviä laitteita ovat esimerkiksi kompressorikylmäkoneet, kuten jääkaappi.

Höyrykattiloiden höyrystimet
Höyrykattiloissa höyrystin- tai toiselta nimeltään keittoputkisto koostuu tulipesän seinämän muodostavista yhteen hitsatuista pystyputkista. Luonnonkierto- ja pakkokiertokattilan yläosassa on lieriö, jonka alaosasta putket alkavat ja jonne kuumennut kylläisen veden ja höyryn seos palaa kierrettyään putkissa. Lieriön yläosassa on höyryä ja alaosassa kylläistä vettä. Kylläinen vesi joutuu yhä uudelleen höyrystinputkiin ja vain höyryksi muuttunut osa ohjataan lieriön yläosasta tulistimille. Uutta vettä lieriöön syötetään syöttöveden esilämmittimestä. Lieriö ja höyrystinputket muodostavat tällaisissa voimalaitoksissa höyrystimen. Läpivirtauskattiloissa höyrystin on epämääräisempi, koska lieriötä ei ole vaan kaikki syöttöveden esilämmittimestä tullut vesi pumpataan höyrystinputkiin. Vesi kuumenee, höyrystyy ja jatkaa suoraan tulistimille. Höyrystyminen tapahtuu suurimmaksi osaksi kuitenkin samassa osassa kattilaa kuin muissakin kattilatyypeissä.

Ydinvoimalaitosten höyrystimet
Ydinvoimalaitoksissa höyrystimiä käytetään siirtämään primääripiirin lämpöenergiaa sekundääripiiriin, jossa olevaa nestettä höyrystetään. Maailman yleisin reaktorityyppi, painevesireaktori, sisältää aina höyrystimet. Laitos sisältää myös aina höyrystimet, jos reaktorin jäähdyte on muuta kuin vettä turpiinin kuitenkin toimiessa höyryllä. Kiehutusvesireaktoreissa erillisiä höyrystimiä ei tarvita, koska reaktori voi tuottaa höyryä suoraan. Vanhoissa kiehutuslaitoksissa saattoi olla erilliset höyrystimet.

Vesi-vesi höyrystimet
Reaktorin jäähdytteenä oleva vesi pidetään korkeassa paineessa ja vesi ei kiehu, joten sitä ei voida käyttää turbiinin pyörittämiseen. Primääripuolella oleva lämpötila on enimmillään noin 330 °C paine 120-155 baaria laitoksesta riippuen. Muita rajoituksia suunnittelulle asettaa se, ettei lämpötilaero voi olla oikeastaan 30 °C pienempi, jotta massavirta ei kasva liian suureksi. Tästä seuraa edelleen se, ettei höyrynpaine ole kovin korkea (45-70 bar) ja voimalaitoksen hyötysuhde jää heikoksi. Höyrystimien putkien määrät ovat ylimitoitettuja, jotta putkia ei tarvitse vaihtaa vaan tarkastuksessa havaitun vian sattuessa ne tulpataan umpeen. Putkien tarkastus on tärkeää, koska primääripuolella kiertävä radioaktiivinen vesi ei saa sekoittua sekundääripuolen puhtaaseen veteen. Höyrystimiä on laitoksesta riippuen tyypillisesti 2-6 kappaletta.

Pystyhöyrystimet

U-putki höyrystimet
U-putki höyrystimissä reaktorissa kuumentunut vesi tuodaan alaosan puolikkaasta sisään ja se kiertää ylösalaisin olevan U:n muotoisen putkiston kautta takaisin alaosan toiseen puoliskoon. Syöttövesi tuodaan yläosaan, josta se vaippaa pitkin tulee alas ja pääsee kosketuksiin U-putkiston kanssa alkaen kuumeta ja kiehua. U-putkien yläpuolella on kosteudenerottimet ja höyrynkuivaimet, joilla tuorehöyryn vesipitoisuus saadaan pieneksi. U-putkihöyrystin ei ole toiminnaltaan optimaalinen, koska se ei toimi täysin vastavirtaperiaatteella.

Once-Through höyrystimet
Once-through höyrystimissä primääripiirin putket kulkevat suoraan ylhäältä alas ja sekundääripiirin vesi kulkee alaosasta ylöspäin. Tämän höyrystintyypin etuja ovat tehokkuus, koska päätylevyihin tulee puolet vähemmän putkia U-putkihöyrystimeen verrattuna. Lisäksi höyryä saadaan hieman tulistettua, joka taas eliminoi kosteudenerottimien ja höyrynkuivaimen tarpeen, sekä auttaa turpiinin suunnittelussa. Heikkoutena on pieni veden määrä höyrystimessä, joka aiheuttaa syöttöveden menetyksen yhteydessä nopean kuivaksi kiehumisen.

Vaakahöyrystimet
VVER-laitosten höyrystimissä lämmönvaihdinputket kulkevat vaakasuorassa kiertäen kuumalta kokoajalta kylmälle. Höyrystimet ovat vaakasuorassa olevan lieriön muotoisia. Höyry kuivaa yläosan höyrytilassa painovoiman vaikutuksesta ja sitä lisäkuivataan kosteudenerottimien avulla. Höyry menee viiden yhteen kautta yläpuolella olevaan höyrykollektoriin, josta se johdetaan turpiinille.

Natrium-vesi höyrystimet
Natriumjäähdytetyissä reaktoreissa joudutaan käyttämään erityisen luotettavia höyrystimiä johtuen natriumin kemiallisesta reaktiosta veden kanssa. Kaikki natrium-jäähdytettyjen reaktorien höyrystinratkaisut ovat olleet erilaisia ja mitään selkeitä tiettyjä rakenneratkaisuja ei ole syntynyt.

Kylmälaitteiden höyrystimet
Jääkaapin höyrystimessä korkeapaineinen kylmäaine johdetaan paisuntaventtiilin läpi matalampipaineiseen höyrystimeen, jossa kylmäaine ottaa höyrystymisenergiansa jääkaapin sisältä, siten jäähdyttäen sitä. Jääkaapin höyrystin on jääkaapin sisällä näkyvä huurretta keräävä osa.

Lähteet

Lämmönsiirtimet
Voimalaitos