ВЛАГООТДЕЛИТЕЛЬ Советский патент 1995 года по МПК G21F9/08 B01D1/30 

Изобретение относится к оборудованию для концентрирования водных растворов солей методом упарки преимущественно жидких радиоактивных отходов, образующихся на атомных электростанциях, и касается конструкции влагоотделителя выпарного аппарата.

Известна установка для концентрирования радиоактивных растворов, включающая сепаратор (вертикально расположенный циклон для разделения жидкой и паровой фаз), снабженный патрубками для входа и выхода жидкости и пара, и подающую трубу для выхода раствора, направленную по касательной к стенке циклона. Эта труба соединена с испарителем (нагревающим и испаряющим устройством) и присоединена к нижнему концу циклона.

Недостатком известного устройства заключается в низкой эффективности очистки вторичного пара от капель исходного раствора. Это вызвано тем, что весь парожидкостный поток, образующийся при нагревании исходного раствора, направляют в циклон. Данные устройства имеют большой диаметр циклона. Эффективность очистки пара низкая. Кроме того, в циклоне, в силу особенностей его работы, практически не улавливаются капли диаметром менее 10-15 мкм. По этой причине при упарке радиоактивных отходов с высокой активностью вторичный пар не будет достаточно чистым, что приводит к необходимости вторичной упарки полученного конденсата либо к дополнительной очистке этого конденсата на ионообменных фильтрах.

Известен также выпарной аппарат, содержащий испаритель и влагоотделитель, разделенный поперечной перегородкой на камеры подвода и отвода пара, первая из которых соединена с испарителем, укрепленный на перегородке патрубок и крышку, установленную с зазором относительно выходного среза патрубка. Влагоотделитель имеет коаксиально установленный относительно патрубка торовый коллектор с прорезью, расположенной против зазора, и отбойную пластину (отбойник), установленную во внутренней полости коллектора перед прорезью, а испаритель соединяется с коллектором через гидрозатвор. Эта конструкция, как наиболее близкая по технической сущности, принята в качестве прототипа.

Указанное устройство обладает следующими недостатками. При очистке вторичного пара, образующегося при переработке высокоактивных растворов, необходимый коэффициент очистки достигается при улавливании капель исходного раствора диаметром 1-2 мкм. Для улавливания капель таких размеров необходимы скорости порядка 150 м/с, что приводит к резкому увеличению аэродинамического сопротивления влагоотделителя (зависимость сопротивления от скорости квадратичная, т. е. увеличение скорости в 2 раза приводит к увеличению сопротивления в 4 раза). Это снижает теплотехнические показатели работы выпарного аппарата, например приводит к увеличению расхода греющего пара при постоянной производительности по упариваемому раствору.

В случае упарки растворов на "кристалл" влагоотделитель зарастает солями, содержащимися в большом количестве в уносимых каплях исходного раствора, вследствие высыхания капель раствора на поверхности отбойной пластины, на которой они улавливаются, приводит к изменению размеров отбойной пластины, изменению условий ее обтекания потоком пара и ухудшению улавливания капель, росту аэродинамического сопротивления и выходу из строя влагоотделителя.

Цель изобретения увеличение эффективности очистки (без увеличения аэродинамического сопротивления) и повышение надежности работы (путем самоочистки поверхности отбойника).

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, включающем торовый коллектор с прорезью и отбойник, установленный во внутренней полости коллектора перед прорезью, отбойник выполнен охлаждаемым.

Такая конструкция влагоотделителя обеспечивает снижение концентрации за счет разбавления капель раствора конденсатом. Разбавленный раствор легко удаляется направленным на отбойник потоком пара.

Кроме того, в предложенной конструкции влагоотделителя повышается степень очистки пара за счет улавливания мелких капель раствора.

На фиг. 1 изображен продольный разрез части выпарного аппарата с влагоотделителем; на фиг.2 поперечное сечение влагоотделителя.

Влагоотделитель содержит отбойник 1, расположенный во внутренней полости торового коллектора 2 перед прорезью 3, напротив которой расположен зазор в виде сопла 4, образованный выходным срезом патрубка 5 и крышкой 6.

Отбойник выполнен в виде пустотелого тора, разделенного перегородкой 7. К отбойнику присоединены патрубки 8 и 9 соответственно для подвода и отвода охлаждающей воды. Коллектор 2 соединен трубой 10 с нижней частью испарителя.

Патрубок 5 установлен на перегородке 11, отделяющей камеры 12 и 13 подвода и отвода пара соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Вторичный пар с каплями исходного раствора поступает из камеры 12 в патрубок 5, через сопло 4 направляется со скоростью 30-120 м/с в виде плоской струи на отбойник 1 и обтекает его.

Через патрубок 8 подают в отбойник 1, а через патрубок 9 отводят охлаждающую воду, например конденсат вторичного пара, и охлаждают отбойник.

Часть пара конденсируется на холодной поверхности отбойника 1 и образует пленку конденсата, на поверхность которой осаждаются капли раствора под действием сил инерции. Частицы, размеры которых так малы, что инерционных сил недостаточно для выхода их из потока пара и осаждения на отбойнике, но которые концентрируются у его поверхности, захватываются потоком конденсирующегося пара и также улавливаются.

Капли раствора, осевшие на поверхности отбойника 1, коалесцируют с каплями конденсата, образующегося на поверхности отбойника, и за счет этого концентрация солей в образующемся растворе становится ниже концентрации упариваемого раствора. Это предотвращает кристаллизацию солей на поверхности отбойника 1.

Образующаяся пленка раствора (конденсат вторичного пара и капли упариваемого раствора) сдувается потоком пара в полость коллектора 1 и отводится по трубе 10 в нижнюю часть испарителя.

Вторичный пар после очистки попадает в камеру 13 и далее отводится, например, в конденсатор (на фиг.1 и 2 не показан).

Отличительный признак (отбойник выполнен охлаждаемым) существен, так как его наличие в заявленной совокупности обусловливает проявление нового свойства самоочищение отбойника.

В результате этого возникает положительный эффект, заключающийся в отсутствии зарастания поверхности осаждения при очистке вторичного пара, содержащего капли пересыщенного раствора. Это повышает надежность работы.

Кроме того, улучшается очистка вторичного пара от капель диаметром 1-1,5 мкм, размер которых мал для эффективного улавливания с использованием сил инерции, без ухудшения теплотехнических параметров (характеристик) выпарного аппарата.

Предложенная конструкция влагоотделителя позволяет увеличить эффективность очистки вторичного пара примерно в 5-10 раз.

ВЛАГООТДЕЛИТЕЛЬ выпарного аппарата, включающий торовый коллектор с прорезью и отбойник, установленный во внутренней полости коллектора перед прорезью, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности очистки и надежности работы, отбойник выполнен охлаждаемым.