СЕПАРАТОР-ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ
SEPARATOR-SUPERHEATER

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в турбоустановках атомных электростанций.
Известен сепаратор-пароперегреватель, содержащий вертикальный корпус с верхним сепаратором влаги и нижним трубчатым пароперегревателем, причем сепаратор влаги выполнен в виде сепарационного блока, установленного над трубами пароперегревателя (SU 600352. 30.03.1978).
Известный сепаратор-пароперегреватель не обеспечивает необходимой температуры перегрева пара, так как допускает залив труб пароперегревателя при переполнении сепаратоотводящих желобов.
Известен сепаратор-пароперегреватель, содержащий вертикальный корпус, в верхней части которого расположен трубчатый пароперегреватель, а в нижней - сепаратор влаги в виде центрального кольцевого ряда сепарационных блоков, установленных по высоте корпуса в зоне расположения патрубка подвода влажного пара, закрепленного в боковой стенке корпуса, и обрамляющих центральный канал осушенного пара (SU 368448. 23.06.1969).
Установка сепарационных блоков только в центральный кольцевой ряд, не используя периферии корпуса, приводит к необходимости применять более длинный корпус, что повышает металлоемкость сепаратора-пароперегревателя.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных технических решений (прототипом) является сепаратор-пароперегреватель, содержащий вертикальный корпус, в верхней части которого расположен трубчатый пароперегреватель, а в нижней - сепаратор влаги в виде центрального и периферийного кольцевых рядов сепарационных блоков, причем сепарационные блоки центрального кольцевого ряда установлены по высоте корпуса в зоне расположения патрубка подвода влажного пара, закрепленного в боковой стенке корпуса, и с образованием центрального канала осушенного пара (RU 2397407. 20.08.2010).
Выполнение сепаратора влаги из центрального и периферийного кольцевых рядов сепарационных блоков снижает необходимую высоту корпуса и, соответственно, металлоемкость сепаратора-пароперегревателя.
Однако такая конструкция сепаратора-пароперегревателя не обеспечивает равномерность раздачи осушенного пара по поперечному сечению пароперегревателя. Дело в том, что осушенный пар после сепаратора влаги поднимается к пароперегревателю двумя различными по расходу периферийным и центральным потоками. При этом над камерой влажного пара, образованной центральным и периферийным сепарационными блоками, особенно над патрубком влажного пара, образуется паровой вихрь. Это приводит к неравномерности распределения осушенного пара по поперечному сечению пароперегревателя, снижающей в нем эффективность теплообмена.
Кроме того, неравномерность распределения осушенного пара на выходе сепарационных блоков приводит к неравномерной нагрузке блоков сепаратора влаги, что снижает эффективность сепарации.
Таким образом, недостатком прототипа является неравномерность распределения осушенного пара, во-первых, на выходе сепарационных блоков, а во-вторых, по поперечному сечению пароперегревателя, что снижает эффективность сепарации и эффективность теплообмена в сепараторе-пароперегревателе.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в повышении равномерности распределения осушенного пара на выходе сепарационных блоков, а также по поперечному сечению пароперегревателя, благодаря чему повышается эффективность сепарации и эффективность теплообмена в сепараторе-пароперегревателе.
Технический результат достигается в сепараторе-пароперегревателе, содержащем вертикальный корпус, в верхней части которого расположен трубчатый пароперегреватель, а в нижней - сепаратор влаги в виде центрального и периферийного кольцевых рядов сепарационных блоков, причем сепарационные блоки центрального кольцевого ряда установлены по высоте корпуса в зоне расположения патрубка подвода влажного пара, закрепленного в боковой стенке корпуса, и с образованием центрального канала осушенного пара, при этом сепарационные блоки периферийного ряда расположены выше сепарационных блоков центрального ряда и с уклоном в их сторону, на сепарационных блоках периферийного ряда установлены направляющие перегородки, а над центральным каналом осушенного пара расположена выравнивающая решетка.
В преимущественном варианте исполнения сепаратора-пароперегревателя выравнивающая решетка имеет вид перфорированного усеченного полого конуса с верхним большим основанием, расположенным по высоте корпуса выше сепарационных блоков центрального ряда.
В преимущественном варианте исполнения сепаратора-пароперегревателя направляющие перегородки выполнены кольцевыми, имеют вид усеченных полых конусов и установлены на сепарационных блоках периферийного ряда меньшими основаниями конусов, причем перегородки выполнены с различной конусностью, уменьшающейся в направлении от корпуса к центральному каналу осушенного пара.
В преимущественном варианте исполнения сепаратора-пароперегревателя направляющая перегородка, расположенная со стороны центрального канала осушенного пара, установлена с образованием зазора относительно выравнивающей решетки.
Расположение сепарационных блоков периферийного ряда выше сепарационных блоков центрального ряда и с уклоном в их сторону, а также наличие направляющих перегородок и выравнивающей решетки описанной конструкции обеспечивают повышение равномерности распределения осушенного пара на выходе сепарационных блоков, а также по поперечному сечению пароперегревателя, благодаря чему повышается эффективность сепарации и теплообмена в сепараторе-пароперегревателе.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид сепаратора-пароперегревателя; на фиг.2 показан фрагмент сепаратора-пароперегревателя с сепаратором влаги; на фиг.3 - разрез А-А фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б фиг.3.
Сепаратор-пароперегреватель содержит вертикальный корпус 1, в верхней части которого расположен трубчатый пароперегреватель 2 первой ступени и трубчатый пароперегреватель 3 второй ступени. В нижней части корпуса 1 установлен сепаратор 4 влаги в виде сепарационных блоков 5 и 6 центрального и периферийного кольцевых рядов, соответственно. Сепарационные блоки 5 центрального кольцевого ряда установлены по высоте корпуса 1 в зоне расположения патрубка 7 подвода влажного пара, закрепленного в боковой стенке корпуса 1, и с образованием центрального канала 8 осушенного пара.
На сепарационных блоках 6 периферийного ряда, которые расположены выше сепарационных блоков 5 центрального ряда и с уклоном в их сторону, последовательно в направлении от корпуса 1 к центральному каналу 8 установлены направляющие кольцевые перегородки 9, 10, 11 и 12. На чертеже показано четыре перегородки, однако, в каждом конкретном случае количество перегородок определяется путем оптимизации конструкции.
Направляющие перегородки 9, 10, 11 и 12 имеют вид усеченных полых конусов и установлены на сепарационных блоках 6 периферийного ряда меньшими основаниями конусов. Перегородки 9, 10, 11 и 12 выполнены с различной конусностью, уменьшающейся в направлении от корпуса 1 к центральному каналу 8.
Над центральным каналом 8 установлена выравнивающая решетка 13, выполненная в виде перфорированного усеченного полого конуса с верхним большим основанием, расположенным по высоте корпуса 1 выше сепарационных блоков 5 центрального ряда. Направляющая перегородка 12, расположенная со стороны центрального канала 8 осушенного пара, установлена с образованием зазора 14 относительно выравнивающей решетки 13.
Межтрубное пространство пароперегревателя 2 и 3 соединено с сепаратором 4 влаги со стороны выходных поверхностей сепарационных блоков 5 и 6. Трубное пространство пароперегревателя 2 первой ступени перегрева соединено с трубопроводом 15 подвода греющего пара и с трубопроводом 16 отвода конденсата греющего пара. Пароперегреватель 3 второй ступени перегрева соединен трубным пространством с трубопроводом 17 подвода греющего пара и с трубопроводом 18 отвода конденсата греющего пара.
В верхней части корпуса 1 закреплен осевой патрубок 19 отвода перегреваемого пара. В нижней части корпуса 1 выполнен патрубок 20 отвода сепарата, который через соответствующие гидрозатворы 21 соединен с сепаратосливными каналами (на чертеже не показаны) сепарационных блоков 5 и 6. За пределами корпуса 1 установлен сборник сепарата (на чертеже не показан), соединенный с патрубком 20 отвода сепарата.
Сепаратор-пароперегреватель работает следующим образом.
Влажный пар через патрубок 7 поступает в корпус 1 и равномерно распределяется по сепарационным блокам 5 и 6 центрального и периферийного кольцевых рядов, соответственно. Пар, осушенный в блоках 6, попадает в пространство между перегородками 9, 10, 11 и 12, которыми оптимально направляется вверх под пароперегреватель 2 первой ступени перегрева. К этому потоку добавляется другой поток пара из центрального канала 8, осушенный в блоках 5. Этот поток пара при помощи решетки 13, а также зазора 14 между решеткой 13 и перегородкой 12 оптимально перераспределяется по поперечному сечению корпуса 1. В результате совместного действия перегородок 9, 10, 11 и 12, а также выравнивающей решетки 13 обеспечивается равномерность потока пара по сепарационным блокам 5 и 6, а также перед пароперегревателем 2 первой ступени перегрева.
В результате сепарации пара в блоках 5 и 6 образуется конденсат, который сначала сливается в гидрозатворы 21, а затем через патрубок 20 отводится в конденсатосборник.
Далее осушенный пар проходит сначала межтрубное пространство пароперегревателя 2 первой ступени перегрева, а затем межтрубное пространство пароперегревателя 3 второй ступени перегрева, где перегревается до заданной температуры. Перегретый пар выводится из корпуса 1 через патрубок 19.
Греющий пар по трубопроводам 15 и 17 подается в трубные пространства пароперегревателей 2 и 3, где этот пар конденсируется, отдавая тепло перегреваемому пару. Конденсат греющего пара отводится от пароперегревателей 2 и 3 по трубопроводам 16 и 18, соответственно.