DE1062837B - Process for operating a heavy water boiler reactor - Google Patents
Process for operating a heavy water boiler reactorInfo
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Description
In den meisten Kernreaktorsystemen wird die Wärme durch eine umlaufende Flüssigkeit, z. B. Wasser, zur Verwertung nach außen abgeführt. Hochdruckwasser ist zwar ein gutes Wärmeübertragungsmittel, bedingt aber bei den erforderliehen hohen Betriebstemperaturen auch sehr hohe Drücke, die im allgemeinen das Drei- bis Fünffache desjenigen Druckes betragen, unter dem das Arbeitsmittel für die Kraftanlage selbst — wie beispielsweise des Dampfes am Turbineneintritt — steht. Das bedeutet aber sehr dickwandige Kühlmittelgefäße im Reaktor und ebensolche Rohrleitungen.In most nuclear reactor systems, the heat is transferred by a circulating liquid, e.g. B. Water, discharged to the outside for recycling. While high pressure water is a good heat transfer medium, but also requires very high operating temperatures at the required high operating temperatures Pressures which are generally three to five times the pressure under which the working medium stands for the power plant itself - such as the steam at the turbine inlet. That means but very thick-walled coolant vessels in the reactor and similar pipelines.
Diese Nachteile vermeidet bekanntlich der einfache Siedereaktor, in dem das verdampfende Kühlwasser zugleich Arbeitsmittel der Kraftanlage ist. Er begrenzt ·—■ im Gegensatz zu den autokatalytischen Reaktoren — auch seine eigene Maximalleistung, da sich bei plötzlicher Erhöhung der Reaktivität im Kühlmittel Dampf bildet und somit den Inhalt des zugleich als Moderator dienenden Wassers im Reaktorkern verringert. Infolge der raschen Dichteänderung des Wassers schwankt jedoch andererseits auch die Leistung des Reaktors, wenn die maximale Dampfbildung (bezogen auf den Gesamtwasserinhalt des Reaktorkernes) nicht begrenzt wird. Daher ist im Interesse eines gleichmäßigen Betriebs die selbsttätige Leistungsregelung mittels der Dampfbildung nur innerhalb einiger Prozente (der Reaktivität) anwendbar. Die praktische Grenze der Dampfbildung liegt bei etwa 20%; eine ausreichende Leistungsdichte (Leistung pro Raumbedarf) ist daher nur bei kleinen Reaktoren erreichbar. Die Empfindlichkeit dieser einfachen Siedereaktoren gegen Lastschwankungen wird überdies dadurch erhöht, daß bei steigender Dampfentnahme der Betriebsdruck sinkt und die Neigung zur Dampfbildung wächst. Dadurch fällt aber auch die Reaktivität infolge des sich vermindernden Wassergehaltes gerade dann weiter ab, wenn sie ansteigen sollte.As is known, these disadvantages are avoided by the simple boiler reactor in which the evaporating cooling water is used is also the work equipment of the power plant. It limits · - ■ in contrast to the autocatalytic Reactors - also its own maximum output, since a sudden increase in reactivity in the Coolant forms steam and thus the content of the water, which also serves as a moderator, in the reactor core decreased. As a result of the rapid change in density of the water, on the other hand, the also fluctuates Output of the reactor when the maximum steam generation (based on the total water content of the Reactor core) is not limited. Therefore, in the interest of smooth operation, the automatic Power control by means of steam generation can only be used within a few percent (of the reactivity). The practical limit of steam generation is around 20%; a sufficient power density (Output per space requirement) can therefore only be achieved with small reactors. The sensitivity of this simple Boiler reactors against load fluctuations is also increased by the fact that with increasing steam extraction the operating pressure drops and the tendency to form steam increases. But it also falls the reactivity, due to the decreasing water content, continues to decrease when it increases should.
Diese Nachteile der geringen Stabilität bei Laständerung
und der Leistungsbegrenzung können bekanntlich durch Zwischenschalten einer Entspannungsanlage
in den Kühlmittelkreislauf vermieden werden, wobei das im Reaktor erhitzte Hochdruckwasser
mittels eines Reduzierventils in einem Ent-Spannungsbehälter
entspannt wird und sich so zum Teil in Arbeitsdampf niederen Druckes verwandelt,
der beispielsweise einer Niederdruck-Sattdampfturbine unmittelbar zugeführt werden kann. Das verbleibende
— gegenüber dem Reaktordruck unterkühlte — Wasser wird über eine Pumpe (beispielsweise
zusammen mit dem Turbinenkondensat) dem Hochdrucksystem wieder zugeführt und erhöht dort
infolge der Unterkühlung die Reaktivität, hebt also Verfahren zum Betreiben
eines Schwerwasser-SiedereaktorsThese disadvantages of the low stability with load changes and the power limitation can be avoided, as is known, by interposing an expansion system in the coolant circuit, whereby the high-pressure water heated in the reactor is expanded by means of a reducing valve in an expansion tank and is thus partially transformed into working steam at low pressure, which for example, a low-pressure saturated steam turbine can be fed directly. The remaining water - which is subcooled compared to the reactor pressure - is fed back to the high pressure system via a pump (for example together with the turbine condensate) and increases the reactivity there as a result of the subcooling, thus raising the process for operation
of a heavy water boiler reactor
Anmelder:Applicant:
L. & C. Steinmüller G.m.b.H.,
Gummersbach (RhId.)L. & C. Steinmüller GmbH,
Gummersbach (RhId.)
die Leistungseinbuße des vorher beschriebenen, überall mit gleichem Druck arbeitenden Reaktorsystems auf, ohne die von der Möglichkeit zur Dampfbildung im Primärkreislauf bei Überlast gegebene Selbstsicherung zu beeinträchtigen. Die geringe thermodynamische Wirkungsgradverringerung wird durch die praktischen Vorteile weitaus wettgemacht. the performance losses of the previously described reactor system, which works with the same pressure everywhere without the possibility of steam formation in the primary circuit in the event of an overload Impairing self-assurance. The low thermodynamic reduction in efficiency is far outweighed by the practical advantages.
Soll ein Siedereaktor im Interesse eines besseren Neutronenwirkungsgrades und einer niederen Anreicherung bzw. einer kleineren Menge des benötigten Reaktorbrennstoffes mit schwerem Wasser betrieben werden, so erscheint es bedenklich, den durch Entspannung erzeugten Schwerwasserdampf der Kraftmaschine unmittelbar zuzuführen. Die beim vorgenannten System gegebene Selbststabilisierung bei Laständerung läßt sich jedoch auch bei stofflicher Trennung der Kreisläufe des verdampfenden Kühlmittels (beispielsweise Schwerwassers) und des Arbeitsmittels (beispielsweise Leichtwassers) folgendermaßen erreichen:Should a boiling reactor in the interest of a better neutron efficiency and a lower enrichment or a smaller amount of the required reactor fuel operated with heavy water it seems questionable, the heavy water vapor generated by the expansion of the engine to be supplied immediately. The self-stabilization given in the aforementioned system However, load changes can also be made with material separation of the circuits of the evaporating coolant (for example heavy water) and the working medium (for example light water) as follows reach:
Ein älteres deutsches Schutzrecht (deutsches Patent 1 003 363) sieht die Lösung bzw. Anwendung dieser Maßnahme darin, daß »Einrichtungen zur Entnahme von Energie aus dem nicht siedenden Teil des Kühlmittels sowie Einrichtungen zur Zuführung von unterkühltem Kühlmittel zum Reaktor vorgesehen sind, so daß nur ein Teil des Kühlmittels in dem Reaktor Kühlmittel in Dampfphase enthält, derart, daß die Ausgangsleistung der Anlage erhöht wird und die Anlage im wesentlichen selbstregelnd arbeitet«.An older German property right (German patent 1 003 363) provides the solution or application of this measure in that 'facilities for the extraction of energy from the non-boiling part of the Coolant and devices for supplying subcooled coolant to the reactor are provided are so that only part of the coolant in the reactor contains coolant in vapor phase, such that that the output power of the system is increased and the system is essentially self-regulating. "
Die Unterkühlung des insgesamt in den Reaktor zurückzuführenden Kühlmittels soll also — ähnlich wie bei dem vorbeschriebenen Einkreissiedereaktor mit Entspannungsanlage — mit steigender Belastung dadurch verstärkt werden, daß der flüssigen Phase des Kühlmittels zunehmend relativ mehr Wärme entzogenThe subcooling of the total coolant to be returned to the reactor should therefore be - similar as with the above-described single-circuit boiler reactor with expansion system - with increasing load are reinforced by the fact that the liquid phase of the coolant increasingly extracted relatively more heat
909 580/332909 580/332
wird als der dampfförmigen Phase. Die tatsächlich gegebene Lehre offenbart jedoch außer für einkreisige Anlagen (bei denen das Reaktorkühlmittel und das Arbeitsmittel der Kraftanlage stofflich nicht voneinander getrennt sind) nur eine zweikreisige Anlage, bei der das flüssige Kühlmittel'mittels eines Kreuzstromwärmetauschers Niederdruckarbeitsdampf, das dampfförmige Reaktorkühlmittel dagegen Hochdruckarbeitsdampf erzeugt. Auf diese Weise ist aber die angestrebte Unterkühlung des flüssigen Reaktorkühlmittels nur in begrenztem Maße möglich; denn das Kühlmittel (d. h. also das im Dampfumformer anfallende Schwerdampfkondensat oder das aus dem Reaktor entnommene flüssige Kühlmittel) kann in einem Kreuzstromwärmetauscher, der gleichzeitig Niederdruckarbeitsdampf erzeugt, nicht hinreichend abgekühlt werden.is called the vapor phase. The teaching actually given reveals, however, except for one-circle Systems (in which the reactor coolant and the working fluid of the power plant are not materially different from each other are separated) only a two-circuit system, in which the liquid coolant is a cross-flow heat exchanger Low-pressure working steam, whereas the vaporous reactor coolant is high-pressure working steam generated. In this way, however, the desired subcooling of the liquid reactor coolant is achieved only possible to a limited extent; because the coolant (i.e. the one that accumulates in the steam converter Heavy steam condensate or the liquid coolant removed from the reactor) can be used in one Cross-flow heat exchanger, which simultaneously generates low-pressure working steam, has not cooled down sufficiently will.
Demgegenüber soll bei zweikreisigen (d. h. mit Pamp.fumformer versehenen) Schwerwasser-Siedereaktoren erfindungsgemäß das anfallende Schwerdampfkondensat vor der Rückführung in den Reaktor in einem der Vorwärmung des im Dampfumformer zu verdampfenden Leichtwassers (bzw. Turbinenkondensats), dienenden Gegenstrom-Wärmeaustauscher mit steigender Gesamtlast der Kraftanlage zunehmend unterkühlt werden.In contrast, with two-circle (i.e. with Pamp. Converter equipped) heavy water boiling reactors according to the invention, the heavy steam condensate obtained before being returned to the reactor in one of the preheating of the light water (or turbine condensate) to be evaporated in the steam converter, serving countercurrent heat exchangers with increasing total load of the power plant be hypothermic.
. Dadurch ist aber, insbesondere bei Zuhilfenahme weiterer Kühlmittel, eine stärkere Unterkühlung des flüssigen Reaktorkühlmittels möglich als bei der vorgenannten Anlage. Als solche weiteren Hilfskühlmittel können beispielsweise die Verbrennungsluft (beispielsweise eines unmittelbar befeuerten Überhitzers oder einer sonstigen Verbrennungsanlage), flüssiger oder gasförmiger Brennstoff, etwaige B rennstoffvergasungsmittel, die Wärmeträger von Heizungsanlagen od. dgl. dienen. . However, this results in greater undercooling, especially when using additional coolants of the liquid reactor coolant possible than with the aforementioned system. As such, further auxiliary coolants For example, the combustion air (for example from a directly fired superheater or another incineration plant), liquid or gaseous fuel, any fuel gasifying agents, the heat transfer medium of heating systems or the like. Serve.
■ Die Unterkühlung des flüssigen Reaktorkühlmittels wird also zweckmäßig als Funktion der Belastung der Kraftanlage derart geregelt, daß mindestens für einen Teil des Gesamtbelastungsbereiches die selbststabilisierend wirkende Anpassung der Reaktivität an die wechselnde Belastung gewährleistet ist.■ The subcooling of the liquid reactor coolant is therefore appropriate as a function of the load on the Power plant regulated in such a way that at least for part of the total load range the self-stabilizing effective adaptation of the reactivity to the changing load is guaranteed.
Wenn die Unterkühlung allein des anfallenden Schwerdampfkondensats zur Anpassung der Reaktivität nicht ausreicht, so kann natürlich in bekannter Weise auch ein Teil des schon erwärmten, aber noch flüssigen Schwerwassers aus dem Reaktor unmittelbar entnommen und in einem Unterkreislauf mittels eines Gegenstromkühlers — ebenso wie das Schwerdampfkondensat in dem erwähnten Leichtwasservorwärmer — unterkühlt werden.If the undercooling of the heavy steam condensate is the only thing to adjust the reactivity is not sufficient, of course, in a known manner, part of what has already been warmed up, but still liquid heavy water taken directly from the reactor and in a sub-cycle by means of a Countercurrent cooler - as well as the heavy steam condensate in the light water preheater mentioned - get hypothermic.
Die Regelung der Unterkühlung, d. h. also die Betätigung der erforderlichen Umschaltventile für das Reaktorkühlmittel und für die zu dessen Unterkühlung verwendeten Arbeitsmittel kann zweckmäßig selbsttätig von dem Meßgerät einer als Belastungskriterium der Kraftanlage anzusehenden Betriebsgröße, beispielsweise vom Arbeitsdampfmengenmesser, vorgenommen bzw. gesteuert werden. ... Die Anordnung des Arbeitsmittelverdampfers, d. h. ■ des . Schwerwasser-Leichtwasser-Dampfumformers, ist beliebig. Auf jeden Fall aber wird der Gegenstromvorwärmer für das Leichtwasser bzw. für das Arbeitsdampfkondensat dem Dampfumformer schwerwasserseitig nachgeschaltet, während er (vorzugsweise der Ausdampf trommel und über dieselbe) dem Dampfumformer leichtwasserseitig vorgeschaltet ist. Hierbei dient zur Regelung vorzugsweise eine verstellbare Leichtwasserumführungsleitung bzw. ein Umführungsventil, wodurch der Dampfstrom im Dampfumformer nicht etwa in unerwünschter Weise direkt beeinflußt wird und die Leistung des eigentlichen Reaktors doch der Belastung der Kraftanlage beliebig angepaßt wird.The regulation of subcooling, i.e. H. i.e. the actuation of the required switching valves for the Reactor coolant and the working medium used for its subcooling can be expedient automatically from the measuring device of an operating variable to be regarded as a load criterion of the power plant, for example from the working steam flow meter, made or controlled. ... The arrangement of the working medium evaporator, d. H. ■ des. Heavy water-light water steam converter, is arbitrary. In any case, however, the countercurrent preheater is used for the light water or for the working steam condensate the steam converter on the heavy water side downstream, while he (preferably the exhaust drum and over the same) the Steam converter is connected upstream on the light water side. In this case, an adjustable one is preferably used for regulation Light water bypass line or a bypass valve, whereby the steam flow in the Steam converter is not influenced in an undesirable way and the performance of the actual Reactor is adapted as desired to the load on the power plant.
Die Zeichnung zeigt das Schema eines möglichen Ausführungsbeispiels, bei dem der Arbeitsmittelkreislauf ohne Überhitzer, Kraftmaschine, Kondensatoren und sonstige Zusatzeinrichtungen, also der Dampfumformer mit der Ausdampftrommel und dem Leichtwasservorwärmer zusammen etwa einen Zwangumlauf-Dampferzeuger bilden. Dabei ist 1 der Schwerwasser-Siedereaktor, 2 der Dampfumformer, 3 der das Schwerwasser unterkühlende Gegenstromwärmetauscher bzw. Leichtwasservorwärmer, 4 die Rückspeisepumpe für das unterkühlte Schwerdampfkondensat, 5 ein regelbares Leichtwasserumführungsventil für den Wärmetauscher 3., 6 eine den bekannten Zwangumlaufkesseln entlehnte Umwälzpumpe für das vorzuwärmende bzw. zu verdampfende Leichtwasser, 7 die Ausdampftrommel für den genannten Dampferzeuger bzw. Kessel, 8 die Leichtwasserspeiseleitung des Kessels, 9 die Hauptaustrittsleitung(en) des erzeugten Leichtwasser-Sattdampfes, 10 die Schwerdampfaustrittsleitung aus dem Reaktor 1 und 11 der Flüssigkeitsspiegel des im Dampfumformer 2 erzeugten Schwerdampfkondensats, von dessen Höhe der Antrieb der Rückspeisepumpe 4 gesteuert wird.The drawing shows the scheme of a possible embodiment in which the working medium circuit without superheater, engine, condensers and other additional equipment, i.e. the steam converter with the evaporation drum and the light water preheater together, for example, a forced circulation steam generator form. 1 is the heavy water boiler, 2 is the steam converter, 3 is the countercurrent heat exchanger that subcools the heavy water or light water preheater, 4 the return pump for the supercooled heavy steam condensate, 5 a controllable light water bypass valve for the heat exchanger 3, 6 a known one Circulation pump borrowed from forced circulation boilers for the light water to be preheated or evaporated, 7 the evaporation drum for the mentioned steam generator or boiler, 8 the light water feed line of the boiler, 9 the main outlet line (s) of the light water saturated steam generated, 10 the heavy steam outlet line from the reactor 1 and 11 the liquid level of the generated in the steam converter 2 Heavy steam condensate, from the level of which the drive of the return pump 4 is controlled.
Das schwere Wasser wird in dem Reaktor 1 verdampft und gelangt durch die Leitung 10 in den Dampfumformer 2, wo es kondensiert. Das Schwerdampfkondensat gibt anschließend im Gegenstromwärmetauscher 3 einen Teil seiner Wärme an das leichte Speisewasser ab, welches seinerseits zur Ausdampftrommel 7 fließt. Der Anteil des aufzuwärmen- den Speisewassers und damit die Unterkühlung des Schwerdampfkondensats werden durch das Umführungsventi'l 5 je nach Belastung der Kraftanlage derart geregelt, daß bei Vollast die gesamte Speisewassermenge den Wärmetauscher 3 durchläuft, damit das Schwerdampfkondensat maximal unterkühlt und mittels der Rückspeisepumpe 4 in den Reaktor zurückgeleitet wird. Bei geringer Last werden dagegen der Wärmetauscher 3 leichtwasserseitig kurzgeschlossen und das Schwerdampfkondensat praktisch nicht mehr unterkühlt. Auf diese Weise wird, jedenfalls oberhalb einer bestimmten Druckstufe und in einem bestimmten Lastbereich, eine selbststabilisierende Lastregelung ermöglicht.The heavy water is evaporated in the reactor 1 and passes through the line 10 into the steam converter 2, where it condenses. The heavy steam condensate then gives off part of its heat in the countercurrent heat exchanger 3 to the light feed water, which in turn flows to the evaporation drum 7. The proportion of the feed water to be heated up and thus the subcooling of the heavy steam condensate are regulated by the bypass valve 5, depending on the load on the power plant, in such a way that at full load the entire amount of feed water flows through the heat exchanger 3 so that the heavy steam condensate is maximally subcooled and by means of the return pump 4 in is returned to the reactor. When the load is low, however, the heat exchanger 3 is short-circuited on the light water side and the heavy steam condensate is practically no longer undercooled. In this way, a self-stabilizing load control is made possible, at least above a certain pressure level and in a certain load range.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEST10218A DE1062837B (en) | 1955-08-10 | 1955-08-10 | Process for operating a heavy water boiler reactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEST10218A DE1062837B (en) | 1955-08-10 | 1955-08-10 | Process for operating a heavy water boiler reactor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1062837B true DE1062837B (en) | 1959-08-06 |
Family
ID=7455027
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEST10218A Pending DE1062837B (en) | 1955-08-10 | 1955-08-10 | Process for operating a heavy water boiler reactor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1062837B (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3153618A (en) * | 1960-03-03 | 1964-10-20 | Sulzer Ag | Cooling system for a nuclear reactor |
US3190808A (en) * | 1960-06-01 | 1965-06-22 | Atomic Energy Authority Uk | Nuclear reactor powered steam generating systems |
-
1955
- 1955-08-10 DE DEST10218A patent/DE1062837B/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3153618A (en) * | 1960-03-03 | 1964-10-20 | Sulzer Ag | Cooling system for a nuclear reactor |
US3190808A (en) * | 1960-06-01 | 1965-06-22 | Atomic Energy Authority Uk | Nuclear reactor powered steam generating systems |
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