用于发电厂的旁路蒸汽系统的喷水设备的制作方法
【专利摘要】一种用于发电厂的旁路蒸汽系统的喷水设备(1)，所述注水设备包括：用于蒸汽的流动通道(2)，所述流动通道具有蒸汽入口(8)和蒸汽出口(10)；以及设置在蒸汽入口和蒸汽出口(8，10)之间的喷射喷嘴(12)，所述喷水设备应当借助技术上尤其简单的机构具有尤其好的冷却效果以避免冷凝器损坏。对此，喷射喷嘴(12)设置在基本上沿气流方向延伸并且与流动通道(2)的内壁(6)间隔设置的壁部(20)上。
【专利说明】用于发电厂的旁路蒸汽系统的喷水设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于发电厂的旁路蒸汽系统的喷水设备，所述喷水设备包括用于 蒸汽的具有蒸汽入口和蒸汽出口的流动通道以及设置在蒸汽入口和蒸汽出口之间的喷射 喷嘴。
【背景技术】
[0002] 用于产生电能的发电厂通常使用燃烧过程的热能来产生机械能，所述机械能随后 在发电机中转换成电能。通常，在此使用直接点火的蒸汽发生器，所述蒸汽发生器产生用于 蒸汽轮机的蒸汽。但是用于产生蒸汽的热能也能够从其他源、例如核能中获得。不间接地 通过产生蒸汽的另一种方式例如是在燃气轮机中提供直接的转化。但是在该情况下，通常 也附加地在废热锅炉中使用燃气轮机的热废气来产生蒸汽。因此概括地说，在大多数发电 厂中使用水蒸汽来产生电流。
[0003] 对于蒸汽轮机的运行所必需的水蒸汽在蒸汽锅炉中由事先已清洁的并且制备的 水产生。通过在过热器中继续加热蒸汽，蒸汽的温度和比容增大。蒸汽从蒸汽锅炉中经由 管道流到蒸汽轮机中，在那里所述蒸汽将其之前所吸收的能量的一部分作为动能释放给涡 轮机。在涡轮机上耦联有发电机，所述发电机将机械功率转换成电功率。在此之后，膨胀的 并且冷却的蒸汽流动到冷凝器中，在那里所述蒸汽通过到周围环境的热传递冷凝并且作为 液态水聚集在冷凝器的最深的位置上。经由冷凝泵和预热器，水暂存到供水容器中并且随 后经由供水泵再一次输送给蒸汽锅炉。
[0004] 在特定的工作状态中，例如在蒸汽轮机起动的情况下，或者在跳闸（Trip)的情况 下，也就是说蒸汽轮机转子或多或少不受控地加速的情况下，必要的是，引导热蒸汽流绕过 涡轮机以减小功率。因为冷凝器典型地并不针对这类过热的蒸汽而设计，所以对此需要特 殊的旁路蒸汽系统，在所述旁路蒸汽系统中，新鲜蒸汽膨胀并且借助于喷射水来冷却。否则 冷凝器可能会损坏。
[0005] 在此，喷水设备典型地包括多个设置在其入口和出口之间的喷射喷嘴。这些喷嘴 通常设置在喷水设备的蒸汽通道的围护壁上。
【发明内容】
[0006] 现在，本发明的目的是，提出一种开始提及的这类用于发电厂的旁路蒸汽系统的 喷水设备，所述喷水设备借助技术上尤其简单的机构具有尤其好的冷却效果以避免冷凝器 损坏。
[0007] 所述目的根据本发明通过下述方式来实现：将喷射喷嘴设置在基本上沿着气流的 方向延伸并且与流动通道的内壁间隔设置的壁部上。
[0008] 壁部在其朝向内壁的一侧上具有平坦的轮廓。由此，内壁和壁部之间的蒸汽流最 小程度地被妨碍并且关于其流动速度和温度保持尽可能不受影响。这一方面使已经阐述的 剪切层的形成最大化，另一方面使内壁上的区域保持为是尤其热的，使得沿着内壁的方向 运输的水尤其好地蒸发并且不会不使用地在内壁上积聚。
[0009] 在此，本发明以如下为前提：通过能够实现水在蒸汽射流中的更均匀的分布，能够 由此实现尤其好的冷却效果。也就是说，更均匀的分布导致被喷射的水更彻底地蒸发进而 导致在冷凝器入口上的更均衡的蒸汽温度。在此，已知的是，迄今为止在蒸汽入口和蒸汽出 口之间的内壁上常用的喷射装置是不利的，因为在边缘上被喷射的水不会深入到蒸汽射流 的核心中，甚至当内壁在喷射部位处变窄并且靠近蒸汽流的核心时也如此。原因是蒸汽的 速度高。因此，喷射喷嘴应当设置在流动通道的与内壁间隔开的壁部上。这造成喷射喷嘴 靠近蒸汽流的核心的位置，因为通过蒸汽流的对分，所述蒸汽流的一部分已经在壁部和内 壁之间穿过进而尽管流量是相同的但是喷嘴本身靠近蒸汽流的核心设置。
[0010] 在有利的设计方案中，在此，喷射喷嘴设置在壁部的背离内壁的一侧上，也就是 说，朝向流动的核心。由此，一方面避免了水的一部分在没有蒸发的情况下积聚在内壁上从 而无助于冷却。另一方面，壁部和内壁之间的蒸汽子流在没有喷射的情况下保留并且在壁 部和内壁之间的蒸汽子流和壁部的另一边的蒸汽子流之间出现温度和流动速度差。这些蒸 汽子流在壁部的位于喷射喷嘴之后的端部区域中汇集。通过流动速度差，在此产生强的剪 切层，所述剪切层通过涡流引起水和这两个子流的更好的混合。
[0011] 有利的是，喷射喷嘴设置在壁部的沿着蒸汽入口的方向朝向内壁倾斜的部段上， 也就是说在下述区域中，在所述区域中，对于在壁部的背离内壁的一侧上流动的蒸汽子流 而言可用的横截面扩宽。此外，壁部优选在其背离内壁的一侧上具有拱形的轮廓，使得结合 喷射喷嘴的上述设置，将所述喷射喷嘴沿着流动方向设置在拱形结构之后。在此普遍存在 高的蒸汽速度进而普遍存在降低的蒸汽压力，所述降低的蒸汽压力有助于喷水。由于高的 蒸汽速度，水此外尤其细地雾化。
[0012] 有利的是，内壁形成圆柱形的部段。喷水机构的这类设计方案可尤其简单地构造 并且通过径向对称性实现了尤其均匀的蒸汽流。
[0013] 类似于此，壁部形成与内壁同心的圆柱形的部段，因此，壁部形成圆柱外壳并且例 如能够借助相应的支撑物固定在内壁上。支撑物在此沿着流动方向应当具有尽可能少地妨 碍蒸汽流的横截面。在支撑物中也能够设置有喷射水的供给部。借助上述设计方案，蒸汽 流因此划分成中心的主流和外围的分流。由此，剪切层也形成圆柱外壳形状，由此由于对称 性实现了尤其均匀的混合。
[0014] 为了进一步改进混合的均匀性，优选径向对称地设置多个喷射喷嘴。
[0015] 用于发电厂的旁路蒸汽系统优选包括这类喷水设备并且发电厂优选包括这类旁 路蒸汽系统。
[0016] 借助本发明实现的优点尤其在于，通过将蒸汽流和水的喷射划分成仅一个子流而 产生剪切层，所述剪切层通过从两侧的成膜雾化明显地改进被喷射的水的雾化和混匀进而 实现了旁路蒸汽系统中的尤其好的冷却效果。此外，通过在内壁上流动的蒸汽子流的高的 温度避免了水在这里积聚。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 根据附图详细阐述本发明。在附图中示出：
[0018] 图1不出根据现有技术的具有设置在内壁上的喷射喷嘴的喷水设备，以及
[0019] 图2不出具有设置在与内壁间隔开的壁部上的喷射喷嘴的喷水设备。
[0020] 相同的部件在全部附图中设有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0021] 根据图1的喷水设备1包括流动通道2,所述流动通道由围绕轴线4径向对称地设 置的内壁6包围。蒸汽入口 8在图1中位于左侧，蒸汽出口 10位于右侧。蒸汽入口 8的横 截面小于蒸汽出口 10的横截面。由此实现了，在渐缩喷嘴14之后产生的膨胀不足的束不 接触内壁6。
[0022] 喷水设备1是发电厂的旁路蒸汽系统的组成部分，所述发电厂不详细示出。未示 出的是在蒸汽入口 8上游接入的旁路阀，借助所述旁路阀，蒸汽流从发电厂的蒸汽发生器 中通过旁路蒸汽系统绕过蒸汽轮机直接导入到在蒸汽出口 10下游接入的冷凝器中。这在 特定的状态中、例如在蒸汽轮机起动的情况下或在跳闸之后能够是必需的。
[0023] 在喷水设备1中蒸汽被冷却，以便能够在不损坏冷凝器的情况下导入到所述冷凝 器中。对此，喷射喷嘴12设置在喷水设备1中变窄的部段14的出口上，所述喷射喷嘴将水 喷射到蒸汽流中。在根据图1的实施方式中，在此，尽管在部段14中有高的蒸汽速度（典 型地为超声波速度），但水不到达轴线4进而不到达蒸汽流的核心。此外，水的一部分在没 有蒸发的情况下到达内壁6并且在那里积聚。
[0024] 在根据图2的喷水设备1中，反之极大改进了水与蒸汽的混合和水的雾化。沿着 流动方向，内壁6在蒸汽入口 8下游首先形成扩宽的圆锥形的部段16,在所述圆锥形的部段 上连接有圆柱形的部段18。在过渡为圆柱形的部段18之后，基本上圆柱外壳形的壁部20 直接设置为与内壁6间隔并且围绕轴线4对称。
[0025] 壁部20朝向内壁6具有平坦的轮廓。所述壁部朝向轴线4是拱形的。在拱形结 构22的朝向蒸汽出口 10的一侧上径向对称地设置喷射喷嘴12。壁部20借助于支撑物24 固定在内壁上。支撑物24的横截面和轮廓在此设计成，使得蒸汽流尽可能少地受到妨碍。 在支撑物24中也设置有供水部26。
[0026] 通过在图2中示出的设计方案，蒸汽流分成在壁部20和内壁6之间的子流以及在 壁部20的内部中的子流。水仅喷射到内部的子流中，由此所述内部的子流被冷却。沿着流 动方向在壁部之后在这两个子流重聚的情况下形成剪切层28。所述剪切层用于尤其好地混 匀这两个子流进而也用于水与蒸汽的进一步的雾化和混匀。
【权利要求】
1. 一种用于发电厂的旁路蒸汽系统的喷水设备（1)，所述喷水设备包括：用于蒸汽的 具有蒸汽入口（8)和蒸汽出口（10)的流动通道（2)，以及设置在蒸汽入口和蒸汽出口（8， 10)之间的喷射喷嘴（12)， 其中所述喷射喷嘴（12)设置在基本上沿着气流的方向延伸的并且与所述流动通道 (2)的内壁（6)间隔地设置的壁部（20)上， 其中所述壁部（20)在其朝向所述内壁￠)的一侧上具有平坦的轮廓。
2. 根据权利要求1所述的喷水设备（1)， 其中所述喷射喷嘴（12)设置在所述壁部（20)的背离所述内壁￠)的一侧上。
3. 根据权利要求1或2所述的喷水设备（1)， 其中所述喷射喷嘴（12)设置在所述壁部（20)的朝着所述蒸汽入口（8)的方向朝向所 述内壁（6)倾斜的部段上。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的喷水设备（1)， 其中所述壁部（20)在其背离所述内壁￠)的一侧上具有拱形的轮廓。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的喷水设备（1)， 其中所述内壁（6)形成圆柱形的部段（18)。
6. 根据权利要求5所述的喷水设备（1)， 其中所述壁部（20)形成与所述内壁￠)同心的圆柱形的部段。
7. 根据权利要求5或6所述的喷水设备（1)， 其中多个所述喷射喷嘴（12)径向对称地设置。
8. -种用于发电厂的旁路蒸汽系统，所述旁路蒸汽系统具有根据上述权利要求中任一 项所述的喷水设备（1)。
9. 一种发电厂，所述发电厂具有根据权利要求8所述的旁路蒸汽系统。
【文档编号】B01F5/04GK104094053SQ201280068178
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年1月25日
【发明者】弗兰克·戴斯特 申请人:西门子公司