锅炉汽包的水和蒸汽分离器的制作方法

本发明涉及一种蒸汽和水的分离器，该分离器具有分离室，该分离室具有位于分离室的底部处的流体入口和位于分离室的顶部处的蒸汽出口。

背景技术：

1、锅炉汽包形成锅炉的循环系统的一部分。汽包有两个主要功能，第一个也是主要的功能是从水和蒸汽的混合物中分离蒸汽。其次，汽包容纳有用于净化蒸汽和水的设备。

2、使用两种不同类型的旋风分离器来执行水和蒸汽的基本分离。基本型具有切向入口，该切向入口使得流体旋转，并且较轻的蒸汽从水中分离并从旋风分离器的顶部离开。

3、立式旋风分离器具有底部入口，并且螺旋叶片将进入的流体流转变为循环运动。因此，水相将分离并侧向流动到分离器的分离室的侧面，并沿着分离室的内壁向上流出到分离室和分离器的外壁之间的空间。蒸汽从分离器的顶部离开。立式分离器在以下公布us3216182、ep2250437、jph11141802、us3086343、gb664447、us3329130和us5320652中公开。

技术实现思路

1、随着对锅炉运行效率的要求不断增加，锅炉汽包的进入流也增加，并且必须对蒸汽分离的效率进行优化。现有技术的解决方案产生过高的压差，并且/或者太多的水将与蒸汽一起离开，并且蒸汽也将保持与排出的水混合。不允许蒸汽中的水进入到过热器并进一步进入到蒸汽轮机，否则会造成有害后果。所排出水中的蒸汽气泡在破裂时将会在汽包内产生小水滴。辅助除雾器捕获大部分的液滴。这增加了辅助除雾器的水负荷，因此会影响辅助除雾器的溢流，并且水可能进入过热器。大量的水进入到过热器中可能会损坏过热器，并且在最坏的情况下，带有水滴的杂质可能会一直进入到蒸汽轮机。水面下的蒸汽气泡也将会使水位控制变差，并且在最坏的情况下将会被降液管(downcomers)吸收，从而削弱自然冷却水循环的驱动水头。

2、广泛使用的和其它公开的立式分离器可以在分离室内有效地分离水和蒸汽。主要问题不是分离步骤，而是蒸汽进入水出口。水流应在水出口内平顺且一致地流动，以保持气相与液相分离。例如，已知分离器的分离室的顶端设计具有在水出口处的边缘尖锐的水路径。us3216182的公开内容认识到了蒸汽进入到水出口中并从那里返回的问题。这种回流将包含水滴，因为流动路径的急剧变化会产生这些水滴。通过将混合物引导到与水出口同心的单独的水/蒸汽出口，解决了该问题。蒸汽进入到水出口中导致水和蒸汽的混合物的倒流。该混合物应在除雾器中被再次分离。

3、us3329130公开了分离室的室壁的顶端的圆化的顶部。室壁的这种略微圆化的端部不能防止在水出口的顶部处引起高度湍流，这是因为半径太尖锐，以至于无法实现显著的流动路径引导效果。

4、水出口内的不一致的流或湍流将打开通向水出口更深的蒸汽入口。进入出口内的任何蒸汽也可能导致水和蒸汽的混合物的向后喷发，从而导致水进入到蒸汽出口中。本发明的目的是防止蒸汽进入到水出口中并且与水出流混合。通过避免流动路径中的任何急剧变化，确保了流动的完整性。由于水的向下路径将被完全充满，因此也将避免重力抽吸效应的不一致，并且因此避免水通流的变化。本发明使得能够更完全地将水相与蒸汽相分离开来，而不会在分离器上引起过高的压降。从下面的概述和描述中将变得显而易见的这些和其它目的通过根据所附权利要求所述的分离器来实现。

5、一种锅炉汽包的分离器，所述分离器用于分离蒸汽和水，所述分离器具有分离室，所述分离室具有在所述分离室的底部处的流体入口和在所述分离室的顶部中心处的蒸汽出口。螺旋叶片在流体入口和蒸汽出口之间附接到分离室的室壁，用于实现进入流体的环形运动，以便分离水相和蒸汽相。圆形的水出口围绕蒸汽出口。

6、流体的快速环形运动将水相的平坦向上流动引导到分离室的侧旁，在分离室中，较轻的蒸汽气泡将移动到水流的表面，在那里它们将破裂。蒸汽将沿分离室向上流动至顶部的蒸汽出口。如果分离室具有直径向上增加的顶部形状，则水的上升流将具有圆形分量并且将最好地向上上升。向上流动的水会形成一变薄层，这改进了蒸汽的分离。蒸汽出口还可以具有较大的初始直径，以降低压降。如果蒸汽出口具有直径平滑地向上减小的底部形状，则压降会被进一步减小。

7、目的是创建一种具有均匀屏障表面的填充的集水器，其将防止蒸汽进一步进入到水出口中。为了实现该目的，水应当在水出口内流畅流动，以抑制湍流、单独的液滴或其它流动不一致的形成。否则，蒸汽将在液滴或分离的流之间进入到水出口中。集水器以倒置的姿态排列，但它会像传统的集水器一样工作，从而为气体形成稳定的屏障。它将被分离的水的不断上升流填充。因此，必须设有精心设计的水通道，以便使得水不会从集水器中落下流回。不同的操作条件将会形成不同厚度的水层，因此尺寸的设计应适应各种操作条件，即适应流速和流量。在操作过程中，对任何叶片或任何其它部件进行任何主动调整是不可能的。

8、为了实现该目标，主要的新的且最关键的特征是分离室的室壁的顶端的形式。分离室的室壁在水出口内的顶端具有最小半径足够大的圆化的轮廓。这不能仅仅通过将室壁的切割出来的顶端研磨到小半径来实现。如果流出的水相对于其周围的流速具有足够的半径，则流出的水将停留在顶端的侧旁，而不会破碎成液滴或导致流的其它不连续性。这就是所谓的“茶壶效应”。因此，顶部不仅仅是圆柱体或圆锥体的端部，而是分离器的独特的一体部分。如果分离室的室壁的顶端由分离室的室壁形成，则圆化的形式应至少在顶点上延续，优选地是在该顶点上延续至少45度。

9、通过分离室的向内倾斜的顶端，水出口内的集水器被最好地保持为充满并隔绝蒸汽。该设计将在水出口的口部的后方形成稳定且均匀的水表面，以防止进入蒸汽相。分离室的室壁的倾斜的顶部将进入流平顺地引导到水出口的相对壁上。向内的倾斜优选地是凹形的，这样倾斜将最好地将进入流平顺地引导到水出口的相对壁上。出口的相对侧相对于进入流的表面应具有较低的接触角，以避免在进入流接触所述相对侧的地方形成液滴。

10、水出口的围绕分离室的室壁的顶部的、水出口的相对的外壁应平滑地弯曲，以允许实现水通过集水器的区域的平顺连贯流。任何尖锐边缘都将会造成通流的不连续性，并且从而导致可能的蒸汽路径。

11、如果在水出口内、在集水器的后方内，在分离室的室壁和分离器的外壁之间设有多个引导叶片，这些引导叶片向下排列到相对于螺旋叶片相反的螺距角，则另外确保了保持集水器被填充。所述叶片将通流转向更水平的方向，从而产生轻微的背压。由于分离室一旁的水出口由此将只是充满水，故而其可以产生有效的重力抽吸效应。这部分地补偿了引导叶片造成的压降。引导叶片的累积周向覆盖范围优选为至少360度。引导叶片的螺距角优选在45至75度之间。引导叶片的数量优选为6至16个，这取决于螺距角和目标周向覆盖范围。

12、水出口的在集水器的区域内的相对侧应具有无边缘的、平顺弯曲的轮廓，该轮廓与分离室的室壁的圆化的顶端适形。水出口的宽度应基本恒定，或者优选地是，水出口的宽度应在流动方向上逐渐变窄，用于确保平顺均匀的通流。渐窄的路径确保了集水器保持被完全充满，并且任何截留的蒸汽都可以从出口的较宽的口部向后返回。

13、在不增加压降的情况下，对于水相和蒸汽相这两者而言，分离效率百分比已显示出显著优于现有技术的立式分离器。除雾器中需要从蒸汽中分离的残留水也将显著减少，因此除雾器的效率将提高，压力损失也将最小化。与具有传统分离器的锅炉相比，所述分离器的精心优化设计确保了更高的蒸汽发电量。