DE1047791B

DE1047791B - Process for operating a boiler system which overheats reactor steam and the formation of such a system

Info

Publication number: DE1047791B
Application number: DED25918A
Authority: DE
Inventors: Jackson E O'connell; Julian R Murray
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1956-07-13
Filing date: 1957-07-03
Publication date: 1958-12-31
Also published as: US3007456A

Description

Verfahren zum Betreiben einer Reaktordampf überhitzenden Kesselanlage und Ausbildung einer solchen Anlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Reaktordampf überhitzenden Kesselanlage. Die Erfindung besteht darin, daß bei normalem Betrieb der vom Reaktor erzeugte Niederdruckdampf mit Hilfe des in der Kesselanlage erzeugten Hochdruckdampfes in einem Wärmeaustauscher erhitzt und dann den rauchgasbeheizten überhitzerstufen der Kesselanlage zugeführt wird. Bei Ausfall oder bei Abschaltung des Reaktors wird erfindungsgemäß der im Kessel erzeugte Hochdruck-Sattdampf aus der Trommel unter Ausschaltung des Wärmeaustauschers unmittelbar in die rauchgasbeheizten Überhitzerstufen der Kesselanlage eingeführt.Method for operating a boiler system that superheats reactor steam and design of such a system. The invention relates to a method of operation a boiler system overheating reactor steam. The invention consists in that during normal operation, the low-pressure steam generated by the reactor using the in the high-pressure steam generated by the boiler system is heated in a heat exchanger and is then fed to the flue gas-heated superheater stages of the boiler system. at If the reactor fails or is switched off, that generated in the boiler is, according to the invention High-pressure saturated steam from the drum immediately switching off the heat exchanger introduced into the flue gas-heated superheater stages of the boiler system.

Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, daß in den Weg des Hochdruck-Sattdampfes von der Trommel zum Vorüberhitzer für den vom Reaktor kommenden Niederdruckdampf ein Absperrventil eingebaut wird, das im Falle dies Reaktorausfalles schließbar ist, so daß der Saftdampf unmittelbar in den Verteiler der ersten Überhitzerstufe der Kesselanlage geführt wird.A device for carrying out the method according to the invention can be that in the path of high pressure saturated steam from the drum to Pre-superheater for the low-pressure steam coming from the reactor has a shut-off valve is, which can be closed in the event of this reactor failure, so that the juice vapor immediately is fed into the distributor of the first superheater stage of the boiler system.

Es ist bekannt, den in Reaktoren auf direkte oder indirekte Weise erzeugten Dampf (beispielsweise Druckwasserreaktor oder Calder-Hall-Typ-Reaktor) in einem Dampferzeuger für die weitere Verwendung auf höhere Temperaturen zu erhitzen. Nur bei den Siedewasserreaktoren befindet sich das Reaktorkühlmittel im Siedezustand und kann direkt zur Turbine geführt werden, während bei allen anderen Reaktoren die Wärme aus dem Wärmeträger an den Arbeitsdampf übertragen wird.It is known to work in reactors in a direct or indirect manner generated steam (e.g. pressurized water reactor or Calder Hall type reactor) to be heated to higher temperatures in a steam generator for further use. The reactor coolant is only boiling in boiling water reactors and can be fed directly to the turbine, while with all other reactors the heat from the heat transfer medium is transferred to the working steam.

Von dieser letztgenannten Tatsache geht die Erfindung aus. Der von einem Reaktor kommende Dampf wird durch den aus dem Dampferzeuger kommenden Hochdruckdampf in mehreren Stufen überhitzt und schließlich, nach einer Endüberhitzung durch Rauchgase, der Turbine zugeführt. Da es, wie diese Feststellung -zeigt, zur Zeit im allgemeinen noch notwendig ist, den aus dem Reaktor kommenden Sattdampf in einem mit üblichen Brennstoffen beheizten Überhitzer auf eine höhere Temperatur zu bringen, also eine Kesselanlage neben der Reaktoranlage vorgesehen werden muß, ist es nach der erfindungsgemäßen Lehre zweckmäßig, diese so zu gestalten, daß sie bei Ausfall oder Abschaltung des Reaktors genügend Dampf zum Betreiben der Turbine liefert. Zusätzlich entsteht erfindungsgemäß dabei der Vorteil, mit Hilfe des im selbständigen Dampferzeuger erzeugten Dampfes eine Spülung und Lösung der im Reaktordampfkreislauf Liebenden Kesselteile vornehmen zu können und radioa k' tive Ablagerungen auszuwaschen.The invention is based on this last-mentioned fact. The steam coming from a reactor is superheated in several stages by the high-pressure steam coming from the steam generator and finally, after final superheating by flue gases, is fed to the turbine. Since it is currently still generally necessary, as this statement shows, to bring the saturated steam coming from the reactor to a higher temperature in a superheater heated with conventional fuels, i.e. a boiler system must be provided next to the reactor system According to the teaching of the invention, it is expedient to design it in such a way that it supplies sufficient steam to operate the turbine in the event of failure or shutdown of the reactor. In addition, according to the invention there is the advantage of being able to flush and dissolve the boiler parts in the reactor steam circuit and to wash out radioactive deposits with the help of the steam generated in the independent steam generator.

Nach der Erfindung wird bei normalem Betrieb, d. h. bei Lieferung von Sattdampf durch den Reaktor, der vom Reaktor kommende Niederdruclcdampf in einem Wärmeaustauscher durch den aus der Trommel des Hochdruckdampferzeugers kommenden Hochdruckdampf erwärmt. Anschließend wird der Niederdruckdampf durch die Rauchgase in mehreren Stufen auf seine Überhitzungsendtemperatur gebracht und dem Verbraucher zugeleitet.According to the invention, during normal operation, i. H. at delivery of saturated steam through the reactor, the low-pressure steam coming from the reactor in one Heat exchanger through the coming out of the drum of the high pressure steam generator Heated high pressure steam. The low pressure steam is then passed through the flue gases brought to its final superheating temperature in several stages and to the consumer forwarded.

Bei Ausfall des Reaktordampfes wird der im Hochdruckkessel erzeugte Saftdampf unmittelbar aus der Trommel an Stelle des Reaktordampfes durch die einzelnen rauchgasbeheizten Überhitzerstufen geführt und anschließend dem Verbraucher zugeleitet, so daß bei Ausfall des Reaktors die Krafterzeugung sichergestellt ist.If the reactor steam fails, the steam generated in the high-pressure boiler is lost Juice vapor directly from the drum instead of the reactor vapor through the individual flue gas-heated superheater stages and then fed to the consumer, so that if the reactor fails, the generation of force is ensured.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dar.The drawing represents an embodiment of the subject matter of the invention simplified.

Die in der Zeichnung dargestellte Kesselanlage erhält Niederdruckdampf von einer unabhängig von dieser Anlage arbeitenden Einrichtung 1., die aus einem Atomreaktor bestehen kann. Der Niederdruckdampf von z. B. 25 oder 42 at führt- über die Leitung 2 zum Eintrittsstutzen 3 des dampfbeheizten Vorüberhitzers 4. Dieser erhält über die Leitung 5 Hochdruckdampf von z. B. 170 at aus der Trommel 6 der Kesselanlage, die mit üblichen Brennstoffen, wie Kohle oder Öl, beheizt ist. Der Hochdruckdampf tritt durch die Eintrittskammer 7 des Vorüberhitzers 4 in Rohr-Bündel 8 ein, deren Eintrittsenden in dem Rohrboden 9 und deren Austrittsenden in dem gegenüberliegenden Rohrboden 10 eingewalzt sind. Aus der Urnlenkkammer 11 wird der Hochdruckdampf durch das Rohrbündel 12 zu der Kammer 13 geleitet, aus der das Kondensat über die Leitung 14 dem Wasserraum der Trommel 6 zugeführt wird.The boiler system shown in the drawing receives low-pressure steam from a device working independently of this system 1. which can consist of a nuclear reactor. The low pressure steam from z. B. 25 or 42 at leads via the line 2 to the inlet port 3 of the steam-heated pre-superheater 4. This receives over the line 5 high pressure steam from z. B. 170 at from the drum 6 of the boiler system, which is heated with conventional fuels such as coal or oil. The high-pressure steam enters the tube bundle 8 through the inlet chamber 7 of the pre-superheater 4, the inlet ends of which are rolled into the tube sheet 9 and the outlet ends of which are rolled into the opposite tube sheet 10. From the steering chamber 11, the high-pressure steam is conducted through the tube bundle 12 to the chamber 13, from which the condensate is fed via the line 14 to the water space of the drum 6.

Die Rohrbündel 8 und 12 befinden sich in einem hohlzy liederartigen Gehäuse, und die Rohrböden 9, 10 sind in diesem Gehäuse druckdicht eingesetzt. Aus dem Vorüberhitzer 4 wird der Niederdruckdampf (Reaktordampf) über die Leitung 15 der nächsten, rauchgasbeheizten überhitzerstufe zuggeführt.The tube bundle 8 and 12 are in a hohlzy lieder-like Housing and the tube sheets 9, 10 are used in this housing in a pressure-tight manner. the end the preheater 4 is the low-pressure steam (reactor steam) via line 15 the next, flue gas heated superheater.

Der Niederdruckdampf wird über die Leitung 15 dem Verteiler 16 zugeführt und tritt aus diesem in einzelne Überhitzerrohre ein, deren erster Abschnitt durch die Rohre 17 gebildet wird, .die sich an der Decke des waagerechten Zuges 18 befinden. Diese Rohre werden am Ende dieses Zuges versetzt und mit Abstand verlegt, lotrecht nach unten abgebogen, um einen Durchtritt für die Rauchgase über die Klappen 19 in den abwärts gerichteten Zug zu ermöglichen. Anschließend gelangen die Rauchgase in die nachgeschalteten Heizflächen:, wie beispielsweise den Luftvorwärmer 20. Der Niederdruckdampf wird sodann über die die Unterseite des waagerechten Zuges 18 begrenzenden Rohre 21 in den Sammler 22 geführt. Aus diesem Sammler gelangt der überhitzte Dampf über eine Anzahl von Verbindungsrohren, wie sie beispielsweise durch die Rohre 23 dargestellt sind, in Seitenwandsammler 24, aus denen er in die den waagerechten Zug begrenzenden Seitenwandrohre 25 geleitet wird. Diese Rohre münden in die Sammler 26, aus denen der Niederdruckdampf über die Leitungen 27 und 28 zum Sammler 29 strömt. Aus diesem gelangt er über die Eintrittsrohre 30 in die im waagerechten Zug 18 angeordneten schlangenförmig gewundenen Rohrbündel 31 und 32, deren Austrittsrohre 33 in den Sammler 34 münden.The low-pressure steam is fed to the distributor 16 via the line 15 and emerges from this into individual superheater tubes, the first section of which passes through the tubes 17 are formed, which are located on the ceiling of the horizontal train 18. These pipes are moved at the end of this train and laid at a distance, perpendicular bent downwards to allow the flue gases to pass through the flaps 19 to allow in the downward train. Then the smoke gases arrive in the downstream heating surfaces: such as the air preheater 20. The Low-pressure steam is then over the underside of the horizontal train 18 delimiting Pipes 21 led into the collector 22. The superheated steam comes from this collector via a number of connecting pipes, such as those used by pipes 23 are shown in side wall collector 24, from which it is in the horizontal Train limiting side wall tubes 25 is passed. These pipes lead into the collectors 26, from which the low-pressure steam flows via lines 27 and 28 to collector 29. From this it arrives via the inlet pipes 30 in those arranged in the horizontal train 18 serpentine tube bundles 31 and 32, the outlet tubes 33 in the Collector 34 open.

Aus dem Sammler 34 strömt der Dampf über eine oder mehrere Leitungen 35 dem Verteiler oder den Verteilereinrichtungen 36 zu. An jeder der vier Seiten der Brennkammer 37 kann ein solcher Verteiler angeordnet sein. Aus diesem Verteiler 36 gelängt der Dampf entlang der an den Brennkammerwänden angebrachten Rohre 38 und 39 in den Sammler 40, aus dem er in Richtung der Pfeile 41 und 42 durch die Verbindungsrohre 43 dem Sammler 44 zugeleitet wird.The steam flows from the collector 34 via one or more lines 35 to the distributor or distributors 36. On each of the four sides Such a distributor can be arranged in the combustion chamber 37. From this mailing list 36 the steam is drawn along the tubes 38 attached to the combustion chamber walls and 39 into the collector 40, from which it flows in the direction of the arrows 41 and 42 by the Connecting pipes 43 is fed to the collector 44.

Der Dampf aus den Vorder- und Rückwandrohren 38, 39 wird dem' Sammler 44 zugeleitet, während der Dampf aus den Seitenwandrohren dem Sammler 45 zugeführt wird. Aus diesem gelangt er ebenfalls in den Sammler 44, der den Dampf zu der zweiten Überhitzerstufe führt, die aus den Überhitzerrohrgruppen 46, 47 und 48 gebildet wird. Die Austrittsenden dieser Rohrgruppen sind mit dem Sammler 49 verbunden, aus dem 'der überhitzte Dämpf über die Leitung 50 dem Verbraucher zugeführt wird.The steam from the front and rear wall pipes 38, 39 is the 'collector 44 while the steam from the side wall tubes is fed to the collector 45 will. From this it also reaches the collector 44, which transfers the steam to the second Superheater leads formed from the superheater tube groups 46, 47 and 48 will. The outlet ends of these tube groups are connected to the collector 49, from which 'the overheated steam via line 50 is fed to the consumer.

Der in der Zeichnung gezeigte Kessel wird durch eine Zyklonmuffel 51 beheizt, aus der die Gase über die Austrittsöffnung 52 in den Nachbrennraum 53 strömen. Von dort gelangen sie über den Schlackenfangrost 54 in die Strahlungskammer 37 und aus dieser, wie es bereits geschildert worden ist, in den waagerechten und abwärts gerichteten Zug. Die Zyklonmuffel 51, der Nachbrennraum 53 und der untere Teil des Strahlungszuges 37 ist mit dampferzeugenden Rohren ausgekleidet, während sich oberhalb des Querschnittes 55 der Strahlungskammer 3.7 Strahlungsüberhitzerrohre an den Wänden befinden.The boiler shown in the drawing is through a cyclone muffle 51 heated, from which the gases via the outlet opening 52 into the afterburning chamber 53 stream. From there they reach the radiation chamber via the slag grate 54 37 and from this, as has already been described, into the horizontal and downward train. The cyclone muffle 51, the afterburning chamber 53 and the lower one Part of the radiation train 37 is lined with steam generating pipes while above the cross section 55 of the radiation chamber 3.7 radiation superheater tubes are on the walls.

Der Boden 56 der Nachbrennkammer 52 ist ebenfalls mit dampferzeugenden Röhren 57 verkleidet, die von Schamottesteinen abgedeckt sind. Die übrigen 'Rohre sind in der im Kesselbau üblichen Art und Weise verlegt und mit der Trommel bzw. entsprechenden Sammlern verbunden.The bottom 56 of the afterburning chamber 52 is also with steam generating Tubes 57 covered, which are covered by firebricks. The remaining 'pipes are laid in the usual way in boiler construction and with the drum or associated collectors.

Die Überhitzersammler oberhalb der Strahlungskammer 37 und über dem waagerechten Rauchgaszug 18 sowie die Verbindungsleitungen zwischen diesen Sammlern sind in einem gasdichten Gehäuse angeordnet, das mit einer Wärmeisolationsschicht versehen ist. Wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist, besitzt dieses Gehäuse einen Deckenteil 58, einen Rückwandteil 59, Teile 60 und 61, die die Trommel umgeben, einen Teil 62 an der Unterseite des waagerechten Zuges 18 und weitere Teile entlang der Vorderwand 63 und Rückwand 64 des Strahlungsraumes 37. Diese druckdichte Verkleidung wird von dem Gerüst getragen, das durch die beispielsweise dargestellten Stützen 65 und 66 und den Träger 67 gebildet wird.The superheater headers above the radiation chamber 37 and above the horizontal flue 18 and the connecting lines between these collectors are arranged in a gas-tight housing with a thermal insulation layer is provided. As can be seen from the drawing, this housing has a Ceiling part 58, a rear wall part 59, parts 60 and 61 surrounding the drum, a part 62 on the underside of the horizontal train 18 and other parts along the front wall 63 and rear wall 64 of the radiation space 37. This pressure-tight cladding is supported by the scaffolding, which is supported by the supports shown for example 65 and 66 and the carrier 67 is formed.

Bei normalem Betrieb tritt der von einem Reaktor erzeugte Niederdruckdampf mit einem Druck von beispielsweise 25 oder 42 kg/cm2 zunächst in denVorüberhitzer 4 und dann in die einzelnen Überhitzerstufen, die die weitere Überhitzung durch Rauchgase bewirken. Der auf etwa 600° C überhitzte Dampf wird dann zur Turbine geleitet. Wenn jedoch der Reaktor als Dampferzeuger ausfällt, kann nach der Erfindung der im unteren Teil des Kessels erzeugte Dampf direkt in den rauchgasbeheizten Überhitzerteil und von diesem zur Turbine geführt werden. Zu diesem Zweck ist die Leitung 68 vorgesehen, die den Dampf aus der Trommel 6 zum Verteiler 16 führt. Wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist, zweigt die Leitung 68 von der Leitung 5 an einer Stelle zwischen der Trommel 6 und dem Ventil 69, das geschlossen ist, ab, wenn der Reaktor außer Betrieb ist. Dabei ist auch das Ventil 70 in der Leitung 14 und das Ventil 71 in der Leitung 15 geschlossen und das Ventil 72 in der Leitung 68 geöffnet. Bei einem solchen Betriebsfalle wird der Druck des Dampfes, der die Trommel 6 verläßt, auf einen Druck herabgesetzt, der ungefähr so groß ist wie der normale Druck des Dampfes, der aus dem Atomreaktor kommt. Nach der Erfindung wird nicht nur gewährleistet, daß der Dampf zum Betreiben der Turbine vorhanden ist, wenn der Atomreaktor außer Betrieb ist, sondern es wird damit ein Mittel angegeben, um nicht radioaktiven Dampf in dem Kessel zu erzeugen. Dieser Dampf, der bei Außerbetriebsetzüng des Atomreaktors erzeugt wird, kann als Wasch- oder Lösungsmittel dafür verwendet werden, die Überhitzer, die Turbine, die Sammler und die Speisewasservorwärmer von radioaktiven Ablagerungen auszuwaschen.During normal operation, the low pressure steam generated by a reactor occurs first into the preheater with a pressure of, for example, 25 or 42 kg / cm2 4 and then to the individual superheater stages, which cause further overheating Cause smoke gases. The steam, which is superheated to around 600 ° C, is then fed to the turbine. However, if the reactor fails as a steam generator, according to the invention, the In the lower part of the boiler, steam was generated directly in the flue gas heated superheater part and from this to the turbine. Line 68 is provided for this purpose, which leads the steam from the drum 6 to the distributor 16. As it is from the drawing As can be seen, the line 68 branches off from the line 5 at a point between the drum 6 and the valve 69, which is closed, when the reactor is out Operation is. The valve 70 is also in the line 14 and the valve 71 in FIG the line 15 is closed and the valve 72 in the line 68 is opened. At a such operating case, the pressure of the steam leaving the drum 6, on reduced a pressure which is approximately as high as the normal pressure of the steam, that comes from the nuclear reactor. According to the invention it is not only ensured that the steam to run the turbine is available when the nuclear reactor is out Operation is, but it is thus given a means to avoid radioactive steam to generate in the boiler. This steam that is produced when the nuclear reactor is shut down can be used as a detergent or solvent for the superheater, the turbine, the collectors and the feedwater preheaters of radioactive debris to wash out.

Der auf diese Weise erzeugte Dampf setzt außerdem die Möglichkeit der Sauerstoffaufnahme im System herab, und er bewirkt ein Ausschalten von Korrosionserscheinungen und gewährleistet infolgedessen eine längere Betriebsdauer des Kesselsystems, in dem normale ferritische Stähle Verwendung finden können an Stelle der sonst benötigten rostfreien Stähle für die Speisewassererhitzer und die übrigen gefährdeten Bauteile.The steam generated in this way also sets the possibility the oxygen uptake in the system, and it eliminates the signs of corrosion and consequently ensures a longer service life of the boiler system, in which normal ferritic steels can be used instead of those otherwise required stainless steels for the feed water heater and the other endangered components.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for operating a reactor steam-superheating boiler system, characterized in that, during normal operation, the low-pressure steam generated by the reactor is heated in a heat exchanger with the aid of the high-pressure steam generated in the boiler system and then fed to the flue gas-heated superheater stages of the boiler system and that in the event of failure or When the reactor is switched off, the high-pressure saturated steam generated in the boiler is fed from the drum, with the heat exchanger being switched off, directly into the flue gas-heated superheater stages of the boiler system.

2. Boiler system for carrying out the method according to claim 1, characterized in that in the high-pressure saturated steam line (5) from the drum (6) to the preheater (4) for the coming from the reactor. Low-pressure steam, a shut-off valve (69) is installed, which can be closed in the event of a reactor failure and allows the saturated steam to flow directly into the distributor (16) of the first superheater stage of the steam generator.

3. Boiler system according to claim 2, characterized in that that the lower part of the radiation chamber (37) with steam-generating tubes, the upper Part is lined with superheater tubes.

4. Boiler system according to claim 2 or 3, characterized in that the radiation chamber (37) and the horizontal train (18) with the superheater tube bundles (31, 32, 46, 47, 48) located therein and the drum (6) are arranged in a gastric housing.

5. Procedure for Operation of a boiler system according to one of Claims 2 to 4, characterized in that that the steam generated in the boiler is used to wash out the low-pressure steam flowing through it Boiler parts is used.