CH668857A5 - EXHAUST APPARATUS FOR A CORE REACTOR. - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung betrifft eine Abgasvorrichtung für einen Kernreaktor mit einer Abgasquelle und einer zweisträngig ausgeführten Behandlungsstufe mit einer Trocknungseinrichtung in jedem der beiden Stränge, an die über eine Ga'sadsorptionsanla-ge ein Abgaskamin angeschlossen ist. The invention relates to an exhaust gas device for a nuclear reactor with an exhaust gas source and a two-stage treatment stage with a drying device in each of the two strands, to which an exhaust gas chimney is connected via a gas adsorption system.
Wie in einem Buch VGB-Kernkraftwerks-Seminar 1970, Seiten 111 dargestellt ist, wird bei der Abgasaufbereitung eines Siedewasserreaktors in jedem Strang der zweisträngig ausgeführten Behandlungsstufe hinter einem Rekombinator mit einem Kondensator eine Trocknung der aus einem Turbinenkondensator stammenden Abgase vorgenommen. Zusätzlich ist dort noch einsträngig ein als Unterkühler bezeichneter Kondensator vorgesehen, der ebenfalls als Trocknungseinrichtung wirkt. An die weiter in einem Strang ausgeführte Verzögerungsleitung schliesst sich über Sandfilter eine Gastrocknung sowie eine nicht weiter beschriebene Adsorptionsanlage an, aus der die Gase dann von Vakuumpumpen in den Abgaskamin gefördert werden. As shown in a book VGB Nuclear Power Plant Seminar 1970, pages 111, in the exhaust gas treatment of a boiling water reactor, the exhaust gases from a turbine condenser are dried in each strand of the two-stage treatment stage behind a recombiner with a condenser. In addition, a condenser called a subcooler is also provided there, which also acts as a drying device. Gas drying and an adsorption system (not described further) are connected to the delay line, which is carried out further in a line, from which the gases are then conveyed by vacuum pumps into the exhaust gas chimney.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Behandlung der Abgase in einem Abgassystem der eingangs genannten Art zu verbessern, damit der Kostenaufwand verringert werden kann. Dazu ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Trocknungseinrichtung aus einer Kühlfalle und einem nachgeschalteten Adsorber besteht, der mindestens annähernd die gleiche Betriebstemperatur wie die Kühlfalle hat, und dass die Betriebstemperatur der Gasadsorptionsanlage + 5 bis — 20°C beträgt. The invention is based on the object of improving the treatment of the exhaust gases in an exhaust system of the type mentioned at the outset, so that the cost can be reduced. For this purpose, it is provided according to the invention that the drying device consists of a cold trap and a downstream adsorber, which has at least approximately the same operating temperature as the cold trap, and that the operating temperature of the gas adsorption system is + 5 to -20 ° C.
Bei der Erfindung wird durch die um einen nachgeschalteten Adsorber erweiterte Trocknungseinrichtung eine geringe Abgasfeuchte erreicht. Deshalb kann die Gasadsorption in der nachgeschalteten Gasadsorptionsanlage bei den erfindungsgemäss niedrigen Temperaturen von + 5 bis —20°C durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine wesentlich effektivere Adsorption und damit wesentlich kleinere Abmessungen und entsprechend geringere Kosten. In the invention, a low exhaust gas moisture is achieved by the drying device which is expanded by a downstream adsorber. Therefore, the gas adsorption can be carried out in the downstream gas adsorption system at the low temperatures according to the invention of + 5 to -20 ° C. This enables a much more effective adsorption and thus much smaller dimensions and correspondingly lower costs.
Die kombinierte Gefriertrocknungs- und Niedrigtemperatur-Adsorptionsanlage ist somit in zwei Stufen unterteilt. In der ersten Stufe wird wie bisher das ankommende Abgas von z.B. + 30°C/100% rei. Feuchte auf —10°C/100% rei. Feuchte am Zyklusbeginn und nach ca. 10 Stunden auf —30°C/100% rei. Feuchte zum Zyklusende getrocknet. The combined freeze-drying and low-temperature adsorption system is therefore divided into two stages. In the first stage, the incoming exhaust gas from e.g. + 30 ° C / 100% clean. Moisture to -10 ° C / 100% clean. Moisture at the beginning of the cycle and after approx. 10 hours to –30 ° C / 100% ripen. Moisture dried at the end of the cycle.
Dieses kalte Gas wird in den direkt nachfolgenden, vorteilhaft vom Kältekreis mitgekühlten Adsorptionsbehälterteil geführt. Hier erfolgt aufgrund der niedrigeren Adsorbenstempe-ratur eine weitere Absenkung der Abgasfeuchte auf z.B. einen Taupunkt von —60 bis -90°C. Das austretende, hochtrockene Abgas des einen jeweils aktiven Stranges kann dann vorteilhafterweise zu mindestens 75% in die anschliessende Niedrigtemperatur-Edelgasadsorptionsanlage geführt werden, während die restlichen, höchstens 25% zur Regeneration des nicht aktiven Stranges dienen. This cold gas is led into the immediately following adsorption container part, which is advantageously cooled by the cooling circuit. Due to the lower adsorbent temperature, the exhaust gas humidity is further reduced to e.g. a dew point of -60 to -90 ° C. At least 75% of the emerging, highly dry exhaust gas from the one active strand in each case can then advantageously be fed into the subsequent low-temperature noble gas adsorption system, while the remaining, at most 25%, are used to regenerate the inactive strand.
Aufgrund des erreichten Gastrocknungsgrades kann die Edelgasadsorption bei günstigeren Temperaturbedingungen von + 5 bis -20°C durchgeführt und eine deutliche Verkleinerung der Verzögerungsstrecke (Verkleinerung gegenüber 20°C-Anla-ge um Faktor 2 bis 4) erreicht werden. Zugleich kann mit nur 25% des getrockneten Gases oder weniger, die über die parallel geschaltete, im Abtau/Regenerationsbetrieb befindliche Trocknungseinheit rückgeführt werden, in kurzer Zeit die volle Betriebsbereitschaft wieder hergestellt werden. Hierbei kann die beim Abtauen erforderliche hohe Kältekreistemperatur von rund +40 bis + 50°C zur gleichzeitigen Regenerationsgaserhitzung sowie Beheizung des Adsorptionstrocknungsteils verwendet werden, so dass auch der Energieaufwand gering ist. Due to the degree of gas drying achieved, the noble gas adsorption can be carried out at more favorable temperature conditions of + 5 to -20 ° C and a significant reduction in the deceleration distance (reduction compared to 20 ° C system by a factor of 2 to 4) can be achieved. At the same time, with just 25% or less of the dried gas that is returned via the drying unit connected in parallel and in defrost / regeneration mode, full operational readiness can be restored in a short time. Here, the high cooling circuit temperature of around +40 to + 50 ° C required for defrosting can be used for the simultaneous regeneration gas heating and heating of the adsorption drying part, so that the energy consumption is also low.
Aufgrund der relativ geringen, aus dem Feuchteadsorber auszutreibenden HîO-Menge reicht eine nur ca. 25%ige Rück-führgasmenge bereits über 1/4 der Regenerationszyklusdauer zum Feuchteaustrag. Man kann deshalb auch mit geringeren Regenerationsanteilen, z.B. einem Zehntel, arbeiten. Die durch den Kältekreis vorgegebene Regenerationstemperatur von rund 40 bis 50° C ist als Abtautemperatur vollauf ausreichend und ermöglicht es, die Absorbensrestfeuchte soweit zu senken, dass beim späteren Trocknungsbetrieb und Adsorbenstemperaturen von + 5 bis —20°C ein hochtrockenes Abgas erzeugt wird. Due to the relatively small amount of HîO to be expelled from the moisture adsorber, only a 25% recycle gas quantity is sufficient for more than 1/4 of the regeneration cycle time to discharge the moisture. It is therefore also possible to use smaller amounts of regeneration, e.g. a tenth, work. The regeneration temperature of around 40 to 50 ° C specified by the refrigeration circuit is completely sufficient as the defrost temperature and enables the residual moisture in the absorbent to be reduced to such an extent that later drying operation and adsorbing temperatures of + 5 to -20 ° C produce a highly dry exhaust gas.
Das geringe Temperaturniveau des aktiven Stranges erfüllt weiterhin die Anforderungen, Zündmöglichkeiten im Abgassystem zu vermeiden. The low temperature level of the active line continues to meet the requirements to avoid ignition possibilities in the exhaust system.
Die Regenerationsgasrückführung wird ohne zusätzliche Fördereinrichtung durch Nutzung des zum Turbinenkondensator vorhandenen Druckgefälles erreicht. Eine Mengenregelung kann mittels einer Drossel vorgenommen werden. The regeneration gas recirculation is achieved without using an additional conveying device by using the pressure gradient available to the turbine condenser. Quantity control can be carried out using a throttle.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 ein Abgassystem nach der Erfindung als Rohrschaltplan, die Fig. 2 eine besonders günstige Ausführungsform einer erfin-dungsgemässen Trocknungseinrichtung in schematischer Darstellung. For a more detailed explanation of the invention, an embodiment is described with reference to the drawing. 1 shows an exhaust system according to the invention as a pipe circuit diagram, FIG. 2 shows a particularly favorable embodiment of a drying device according to the invention in a schematic representation.
Die Abgasquelle ist der Turbinenkondensator 1 eines nicht weiter dargestellten Siedewasserreaktors, der den Dampf für eine Turbine 2 liefert. Im Turbinenkondensator 1 herrscht z.B. ein Druck von 0,1 bar oder weniger. An den Turbinenkondensator 1 ist über eine Leitung 4 eine zweistufige Strahlpumpe 5 angeschlossen, zwischen deren Stufen 6 und 7 ein Wärmetauscher 8 zur Aufheizung vorgesehen ist. Die Dampfstrahlpumpe fördert das Abgas aus dem Turbinenkondensator 1 mit einem Druck von etwa 1 bar über einen zur Vorheizung dienenden Wärmetauscher 10 in einen Wasserstoff-Sauerstoff-Rekombina-tor 11. Diesem ist ein Kühler 12 nachgeschaltet. The exhaust gas source is the turbine condenser 1 of a boiling water reactor, not shown, which supplies the steam for a turbine 2. In turbine capacitor 1 there is e.g. a pressure of 0.1 bar or less. A two-stage jet pump 5 is connected to the turbine condenser 1 via a line 4, between the stages 6 and 7 of which a heat exchanger 8 is provided for heating. The steam jet pump conveys the exhaust gas from the turbine condenser 1 at a pressure of approximately 1 bar via a heat exchanger 10 used for preheating into a hydrogen-oxygen recombiner 11. This is followed by a cooler 12.
An den Kühler 12 schliesst sich eine zweisträngige Behandlungsstufe 14 an, in der bei niedrigen Temperaturen durch Ausgefrieren und Adsorptionstrocknung eine nahezu vollständige Gastrocknung erreicht wird. Die beiden Stränge 15 und 16 der Behandlungsstufe 14 umfassen in gleicher Weise, lediglich durch die Buchstaben A und B unterschieden, als Trocknungseinrichtung 17 einen Gefrierkühler 18 (Kühlfalle), der im Bereich von —10 bis -30°C arbeitet, sowie einen mit diesem baulich zusammengefassten Adsorber 19, der praktisch die gleiche Temperatur hat. Die Trockner 17 sind zwischen Ventilen 21 und 22 eingeschlossen und mit einer Kältemaschine 23 verbun5 The cooler 12 is followed by a two-stage treatment stage 14, in which almost complete gas drying is achieved at low temperatures by freezing and adsorption drying. In the same way, the two strands 15 and 16 of the treatment stage 14, differentiated only by the letters A and B, comprise, as the drying device 17, a freezer cooler 18 (cold trap) which operates in the range from −10 to −30 ° C., and one with the latter structurally summarized adsorber 19, which has practically the same temperature. The dryers 17 are enclosed between valves 21 and 22 and connected to a refrigerator 23
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
668 857 668 857
den. Die Kältemaschinen 23 arbeiten mit Frigen in den angedeuteten Rohren, die eine Trocknungseinrichtung 17A kühlen. Durch eine Umschaltung des Kältekreises, gegebenenfalls auch durch zusätzliche Wärmeeinbringung kann die andere Trocknungseinrichtung (17B) erhitzt werden. the. The chillers 23 work with frigos in the indicated tubes, which cool a drying device 17A. The other drying device (17B) can be heated by switching the refrigeration circuit, possibly also by introducing additional heat.
An den Gefrierkühler 18 ist jeweils eine mit einem Ventil 24 versehene Leitung 25 für Kondensat bzw. Abtauwasser angeschlossen. Sie führt zu einem Wasserauslass 26. Ferner ist an die Leitungen 25 über eine Blende 28 eine Regenerationsleitung 29 angeschlossen, die in den Turbinenkondensator 1 führt. A line 25, provided with a valve 24, for condensate or defrost water is connected to the freezer cooler 18. It leads to a water outlet 26. Furthermore, a regeneration line 29, which leads into the turbine condenser 1, is connected to the lines 25 via an orifice 28.
Von der Behandlungsstufe 14 führt eine Leitung 30 zu einer Niedrigtemperatur-Edelgasadsorptionsanlage 31. Sie ist in einem Gebäude 32 untergebracht, dessen dick dargestellte Wand sowohl als Abschirmung als auch als Wärmeisolierung dient. Die Raumtemperatur in dem Gebäude 32 wird mit einer Kühlanlage 33, die eine Pumpe 34 und einen Kühler 35 um-fasst, auf Temperaturen von -20°C gehalten. Deshalb ergibt sich in der Adsorptionskolonne 31, die mit Aktivkohle gefüllt ist, bei kleinem Volumen für Durchsätze von 30 m3/h eine Edelgasspeicherung mit einer Verzögerung von 40 Tagen für Xenon. An die Auslassleitung 38 der Edelgasadsorptionsanlage 31 ist ein Abgaskamin 39 angeschlossen. A line 30 leads from the treatment stage 14 to a low-temperature noble gas adsorption system 31. It is housed in a building 32, the wall of which is shown in thick lines serves both as a shield and as thermal insulation. The room temperature in the building 32 is kept at a temperature of -20 ° C. with a cooling system 33, which comprises a pump 34 and a cooler 35. Therefore, in the adsorption column 31, which is filled with activated carbon, with a small volume for throughputs of 30 m3 / h, noble gas storage occurs with a delay of 40 days for xenon. An exhaust stack 39 is connected to the outlet line 38 of the noble gas adsorption system 31.
Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Trockner 17 ist als Kolonne mit im wesentlichen zylindrischem Gehäuse 42 ausgebildet, das mit einer Wärmeisolierung 43 abgedeckt ist. Im unteren Teil des Gehäuses 42 für ein Einlassrohr 44 in einen Sammler 45, von dem ein vertikales Rohrbündel 46 zu einem oberen Auslass 47 verläuft. Das Rohrbündel 46 ist mit einem Rohrwendel 48 umgeben, dessen Anschlussleitungen 49 bei 50 aus dem Gehäuse 42 geführt sind. Oberhalb des Auslassraumes 47 führt ein Rohr 51 in einen Absorber 52. Er besteht aus einer Silicagel-Schüttung oberhalb einer Siebplatte 53, durch die das The dryer 17 shown schematically in FIG. 2 is designed as a column with an essentially cylindrical housing 42, which is covered with thermal insulation 43. In the lower part of the housing 42 for an inlet pipe 44 into a collector 45, from which a vertical tube bundle 46 runs to an upper outlet 47. The tube bundle 46 is surrounded by a tube coil 48, the connecting lines 49 of which are led out of the housing 42 at 50. Above the outlet space 47, a tube 51 leads into an absorber 52. It consists of a silica gel bed above a sieve plate 53 through which the
Rohr 51 hindurchführt. Am Auslass des Rohres 51 oberhalb der Schüttung 52 ist ein Filter 54 vorgesehen. Tube 51 passes through. A filter 54 is provided at the outlet of the pipe 51 above the bed 52.
Im Silicagelbett 52 sind ebenfalls Rohrwendel 56 vorgesehen. Ihre Anschlüsse 57 verlaufen über eine Durchführung 58 5 zu der Kältemaschine 23 mit der über Durchführung 50 auch die Anschlussleitungen 49 verbunden sind. Tube coils 56 are also provided in the silica gel bed 52. Their connections 57 run through a bushing 58 5 to the refrigerator 23, to which the connecting lines 49 are also connected via bushing 50.
Ein Rohr 61 führt in den Zwischenraum 62 zwischen der Siebplatte 53 und einer Platte 63, die den Auslass 47 ab-schliesst. Das Rohr 61 ist der Austritt für zu trocknendes Gas io entsprechend dem Pfeil 64. Für das in Gegenrichtung strömende Regenerationsgas ist es der Eintritt, wie der gestrichelte Pfeil 65 zeigt. A tube 61 leads into the intermediate space 62 between the sieve plate 53 and a plate 63 which closes off the outlet 47. The pipe 61 is the outlet for the gas to be dried io according to the arrow 64. For the regeneration gas flowing in the opposite direction, it is the inlet, as the dashed arrow 65 shows.
Im Boden 67 des Gehäuses 42 ist ein Rohr 68 vorgesehen. Dort kann Abtauwasser austreten, das beim Regenerieren ent-15 steht. Das Rohr 68 dient ferner als Auslass für Gas, das zur Regeneration des Trockners 17, insbesondere des Absorberbettes 52, durch das Rohr 61 eingespeist wird. A tube 68 is provided in the bottom 67 of the housing 42. Defrosting water can emerge there, which is produced during regeneration. The tube 68 also serves as an outlet for gas which is fed in through the tube 61 for the regeneration of the dryer 17, in particular the absorber bed 52.
In der Darstellung der Fig. 1 arbeitet das Abgassystem bei der Entgasung des Turbinenkondensators 1 mit dem Strang 15 20 als Behandlungsstufe. Das über das Ventil 22A aus diesem Strang austretende getrocknete Gas wird zu mindestens drei Viertel über die Leitung 30 in den Adsorber 31 gegeben. Der restliche Anteil von höchstens einem Viertel gelangt in den Trockner 17B des anderen Strangs 16, der zu dieser Zeit beheizt 25 wird, um den Gefrierkühler 18B abzutauen und den Feuchtead-sorber 19B zu regenerieren. Dabei wird Abtauwasser über das Ventil 24 in die Abwasserleitung 26 abgegeben, während das-Regeneriergas über die Blende 28 und die Leitung 29 in den Turbinenkondensator 1 zurückgeführt wird. Nach der Regene-30 rierung wird der Betrieb umgekehrt. Dabei wird der Strang 16 zum Trocknen verwendet, während der Trockner 17A des Strangs 15 regeneriert wird. In the illustration in FIG. 1, the exhaust system works with the line 15 20 as a treatment stage during the degassing of the turbine condenser 1. At least three quarters of the dried gas emerging from this line via the valve 22A is introduced into the adsorber 31 via the line 30. The remaining portion of at most a quarter goes into the dryer 17B of the other strand 16, which is being heated 25 at this time in order to defrost the freezer cooler 18B and to regenerate the moisture adsorber 19B. Defrosting water is discharged via the valve 24 into the waste water line 26, while the regeneration gas is returned to the turbine condenser 1 via the orifice 28 and the line 29. After regeneration, operation is reversed. The strand 16 is used for drying while the dryer 17A of the strand 15 is being regenerated.
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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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|---|---|---|---|
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