DE1107244B

DE1107244B - Steam power plant for nuclear power plants, especially with pressurized water or boiling water reactors

Info

Publication number: DE1107244B
Application number: DEL29719A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Georg Sonnefeld
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-02-19
Filing date: 1958-02-19
Publication date: 1961-05-25

Description

Dampfkraftanlage für Kernenergiekraftwerke, insbesondere mit Druckwasser-oder Siedewasserreaktoren Die Wärme für die Krafterzeugung wird bei einer relativ niedrigen Temperatur vom Reaktor auf den Dampfkreisprozeß übertragen. Damit die Ausnutzung der Wärme möglichst gut ist, muß der Anfangsdruck des Prozesses hoch sein. Die obere Grenze bildet der Sattdampfdruck, dessen korrespondierende Sattdampftemperatur gleich der Anfangstemperatur des Dampfkreisprozesses ist. Diese Anfangs- bzw. Frischdampftemperatur ergibt sich aus den jeweiligen Wärmeübertrag ungsverhältnissen. Diese Faktoren bedingen also zwangläufig, Frischdampf im Sattdampfzustand zu verwenden.Steam power plant for nuclear power plants, in particular with pressurized water or Boiling water reactors The heat for power generation is at a relatively low level Transfer the temperature from the reactor to the steam cycle. So that the exploitation the heat is as good as possible, the initial pressure of the process must be high. The upper The limit is the saturated steam pressure, whose corresponding saturated steam temperature is the same is the starting temperature of the steam cycle. This initial or live steam temperature results from the respective heat transfer ratios. These factors condition So inevitably to use live steam in the saturated steam state.

Bei dem heutigen Stand der Reaktortechnik liegt der Sattdampfdruck der Größenordnung nach bei etwa 40 ata. Im Zuge der Entwicklung ist mit einer Erhöhung dieses Wertes zu rechnen. Bekanntlich kann Sattdampf solchen Druckes in einer Turbine nicht ohne besondere Maßnahmen bis auf den üblichen Kondensatordruck expandiert werden. Im Naßdampfgebiet entstehen große Kondensatmengen. Die Trennung des Wassers vom Dampf geschieht durch Ableitung der in den einzelnen Stufen der Turbine auszentrifugierten Flüssigkeit und zudem in einem oder mehreren besonderen Wasserabscheidern. Zu diesem Zweck muß die ganze Naßdampfmenge jeweils aus der Turbine heraus und nach Durchlaufen des Wasserabscheiders wieder in diese hineingeleitet werden.At the current level of reactor technology, the saturated steam pressure is in terms of magnitude at around 40 ata. In the course of development there is an increase to calculate this value. It is well known that saturated steam can produce such a pressure in a turbine does not expand to the usual condenser pressure without special measures will. Large amounts of condensate arise in the wet steam area. The separation of the water from the steam takes place by diverting that which is centrifuged out in the individual stages of the turbine Liquid and also in one or more special water separators. To this Purpose must be the entire amount of wet steam out of the turbine and after passing through of the water separator can be fed back into this.

Das ausgeschiedene Wasser wird über die Regenerativvorwärmung dem Verdampfer (bzw. Wärmetauscher) wieder zugeführt, indem die von Anzapfstufe zu Anzapfstufe in der Turbine auszentrifugierte Flüssigkeit gemeinsam mit dem Anzapfdampf der zugehörigen Vorwärmstufe zugeleitet wird. Dasselbe geschieht mit der Flüssigkeit, die in den außerhalb der Turbine angeordneten Wasserabscheidern anfällt.The excreted water is the regenerative preheating Evaporator (or heat exchanger) fed back by moving from tap to tap Liquid centrifuged out in the turbine together with the bleeding steam of the associated Preheating stage is fed. The same thing happens with the liquid that is in the water separators arranged outside the turbine occurs.

Trotz dieser Abfuhr erheblicher Wassermengen vollzieht sich die ganze Expansion des Dampfes im Naßdampfgebiet mit einer Restfeuchtigkeit, die ausreicht, den Wirkungsgrad der Turbine nennenswert zu drücken und die Schaufeln zu erodieren.Despite this removal of considerable amounts of water, the whole thing takes place Expansion of the steam in the wet steam area with a residual moisture that is sufficient to significantly reduce the efficiency of the turbine and to erode the blades.

Die hohen spezifischen Baukosten eines Kernenergiekraftwerkes verlangen, einen möglichst großen Teil der vom Reaktor gelieferten Wärme in mechanische bzw. elektrische Nutzarbeit umzuwandeln. In dieser Linie ist der vorstehend beschriebene bekannte Sattdampfkreisprozeß infolge seines ausschließlichen Verlaufes im Naßdampfgebiet mit den dadurch bedingten praktischen Nachteilen nicht besonders geeignet. Rein theoretisch gesehen, stellt freilich dieser Prozeß die günstigste Form dar, wenn bei niedrigen Anfangstemperaturen aus wirtschaftlichen Gründen, wie eingangs der Beschreibung erläutert, Sattdampf benutzt wird.The high specific construction costs of a nuclear power plant require as much as possible of the heat supplied by the reactor into mechanical resp. to convert useful electrical work. In this line is the one described above well-known saturated steam cycle due to its exclusive course in the wet steam area with the practical disadvantages that this entails, they are not particularly suitable. Pure From a theoretical point of view, this process is of course the most favorable form if at low initial temperatures for economic reasons, such as the Description explains how saturated steam is used.

Der vorstehende Fall zeigt, wie ein theoretisch günstiges Verfahren durch die bei der praktischen Anwendung auftretenden Schwierigkeiten beträchtlich entwertet werden kann. Die reinen Entwässerungsmaßnahmen haben nur einen Teilerfolg in bezug auf eine Verbesserung.The previous case shows how a theoretically favorable procedure due to the difficulties encountered in practical use can be devalued. The pure drainage measures are only partially successful in terms of improvement.

Würde nach einer gewissen Expansion durch Wärmezufuhr der Dampf getrocknet und zusätzlich überhitzt, so wären bei der nächsten Teilexpansion bis in ein Gebiet ganz geringer Dampffeuchte die Schwierigkeiten behoben. Im Laufe der ganzen Expansion könnte diese Wärmezufuhr mehrmals erfolgen. Damit wäre der größte Teil des Expansionsverlaufes in das überhitzte Gebiet verlegt, was eine Verringerung der Wasserbremsverluste und der Schaufelerosion bis auf einen unbedeutenden Restwert veranlaßte. Der Turbinenwirkungsgrad würde mithin durch die ein- oder mehrmalige Wärmezufuhr während der Expansion wesentlich verbessert.After a certain expansion, the steam would be dried by the addition of heat and additionally overheated, the next partial expansion would result in an area very low steam moisture resolved the difficulties. In the course of the whole expansion this supply of heat could take place several times. That would be the largest part of the expansion process Relocated to the overheated area, reducing water brake losses and caused blade erosion to a negligible residual value. The turbine efficiency would therefore become essential due to the single or multiple supply of heat during the expansion improved.

Bei ein- oder zweimaliger Wärmezufuhr wird der Dampf am Ende jedes Expansionsabschnittes in geringem Maße ins Naßdampfgebiet kommen. Das Optimum hinsichtlich der Wirkungsgradverbesserung würde in diesem Fall erreicht, wenn die Teilabschnitte der Expansion jeweils möglichst gleiche Werte hätten. Bei mehr als zweimaliger Wärmezufuhr würden nur der erste und der letzte Expansionsabschnitt bis ins Naßdampfgebiet reichen.If you add heat once or twice, the steam will be at the end of each Expansion section come to a small extent in the wet steam area. The optimum in terms of the improvement in efficiency would be achieved in this case if the subsections the expansion would have the same values as possible. If heat is applied more than twice only the first and the last expansion section would extend into the wet steam area.

Die bekannte Zwischenüberhitzung, die nur in den letzten Stufen auch eine Verminderung der Dampfnässe bewirkt, hat als wesentliches Kennzeichen die beachtliche Steigerung des Wirkungsgrades bei den modernen Dampfkraftanlagen mit hohen Drücken und hohen Temperaturen. Diese Verbesserung ist theoretisch und praktisch begründet. Im Gegensatz hierzu bedeutet, vom theoretischen Standpunkt aus, beim Sattdampfkreisprozeß jegliche Wärmezufuhr während der Expansion eine Verschlechterung des Kreisprozesses.The well-known reheating that only works in the last stages causes a reduction in steam moisture, has the considerable characteristic as an essential characteristic Increase in the efficiency of the modern steam power plants with high pressures and high temperatures. This improvement is theoretical and practically justified. In contrast, means from a theoretical point of view from, in the saturated steam cycle, any heat input during expansion is a deterioration of the cycle.

Entgegen dieser Kreisprozeßverschlechterung steht beim Sattdampfprozeß die wesentliche Verbesserung des Turbinenwirkungsgrades, und zwar nicht wie bei der üblichen Zwischenüberhitzung nur in den letzten Stufen, sondern über fast den ganzen Expansionsbereich hin. Nun zeigen bei näherer Betrachtung die beiden einander entgegenstehenden Effekte einen derartigen Unterschied ihrer Einflußgröße, daß die Differenz dieser stets einen positiven Wert hat. Beim Sattdampfkreisprozeß wird also durch die Wärmezufuhr während der Expansion, wenn auch nicht theoretisch, so doch praktisch, durch die überwiegende Verbesserung des Turbinenwirkungsgrades auch der ganze Dampfkraftprozeß im Wirkungsgrad gesteigert, d. h. der spezifische Wärmeverbrauch verringert.This cycle deterioration is opposed to the saturated steam process the significant improvement in turbine efficiency, and not as with the usual reheating only in the last stages, but over almost the entire expansion area. Now, on closer inspection, the two show each other opposing effects such a difference in their influencing magnitude that the Difference this always has a positive value. In the saturated steam cycle thus by the supply of heat during the expansion, if not theoretically, so but practically, thanks to the overwhelming improvement in turbine efficiency as well the entire steam power process increased in efficiency, d. H. the specific heat consumption decreased.

Demgemäß wird eine Dampfkraftanlage für Kernenergiekraftwerke, insbesondere mit Druckwasser-oder Siedewasserreaktoren, vorgeschlagen, bei der im Verlauf der Expansion dem der Turbine als Sattdampf zugeführten Frischdampf Feuchtigkeit entzogen und dieser Dampf nach Arbeitsleistung in der Turbine zwischenüberhitzt wird und die sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß der Arbeitsdampf in an sich bekannter Weise in zwischen einzelnen Turbinenstufen angeordneten und durch kondensierenden Sattdampf beheizten Wärmetauschern zwischenüberhitzt wird, die in den Expansionsverlauf so eingebaut sind, daß jeweils die gleiche Dampffeuchtigkeit des Arbeitsdampfes bei der Expansion bis zur höchsten Druckstufe bzw. bis zum Kondensatordruck vorhanden ist.Accordingly, a steam power plant for nuclear power plants, in particular with pressurized water or boiling water reactors, proposed in the course of Expansion removes moisture from the live steam supplied to the turbine as saturated steam and this steam is reheated after work in the turbine and which according to the invention is characterized in that the working steam is known per se Way in between individual turbine stages and through condensing Saturated steam heated heat exchangers is reheated, which in the expansion process are installed in such a way that the steam humidity of the working steam is the same in each case present during expansion up to the highest pressure level or up to condenser pressure is.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Zwischenüberhitzung des Sattdampfes der größte Teil des Expansionsverlaufes in das überhitzte Gebiet verlegt wird, wodurch der Turbinenwirkungsgrad bei der vorgegebenen Anlage verbessert wird.The advantage of the invention is that by reheating of the saturated steam, most of the expansion process in the overheated area is relocated, which improves the turbine efficiency in the given system will.

In Fig. 1 ist schematisch ein Sattdampfkreisprozeß dargestellt. Vom Reaktor 1 strömt der Sattdampf in die Hochdruckturbine2, von dieser über den Wasserabscheider 3 in die Niederdruckturbine 4 und dann in den Kondensator 5. Die Speisepumpe 6 fördert das Kondensat über die Anzapfdampf-Speisewasservorwärmung 7, die auch das Wasser aus dem Abscheider 3 aufnimmt, zurück. Der Generator 8 wird von den Turbinen getrieben. Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel des Expansionsverlaufes im is-Diagramm. Es ist daraus zu ersehen, daß die Expansion bei der bekannten Sattdampfanlage nur im Naßdampfgebiet verläuft. Dagegen ist in Fig. 3 schematisch eine Anordnung gemäß der Erfindung dargestellt. Vom Reaktor 1 strömt der Frischdampf als Sattdampf über die Turbine 2, den Wärmetauscher 3, die Turbine 4, den Wärmetauscher 5', die Turbine 6' und schließlich in den Kondensator 7', von wo aus das Kondensat mittels der Pumpe 8' über die Vorwärmung 9 zurück in den Reaktor gefördert wird. Hier kann die Wärme zur Verdampfung in üblicher Weise direkt oder indirekt übertragen werden. Die Wärmetauscher sind in dem Beispiel mit Frischdampf beheizt. Das aus diesem abfließende Kondensat wird der Vorwärmung zugeführt. Teil lfl ist der angetriebene Generator. Die Fig. 4 gibt ein Beispiel des gemäß der Erfindung erzielten Expansionsverlaufes im is-Diagramm an. Es ist zu erkennen, daß entgegen Fig. 2 dieser Verlauf zum größten Teil im überhitzten Gebiet liegt.In Fig. 1, a saturated steam cycle is shown schematically. From the In reactor 1, the saturated steam flows into the high-pressure turbine 2, from there via the water separator 3 in the low-pressure turbine 4 and then in the condenser 5. The feed pump 6 promotes the condensate over the tap steam feed water preheating 7, which also the water receives from the separator 3, back. The generator 8 is driven by the turbines. Fig. 2 shows an example of the expansion curve in the is diagram. It's out of it to see that the expansion in the known saturated steam system only in the wet steam area runs. In contrast, an arrangement according to the invention is shown schematically in FIG. 3. The live steam flows from reactor 1 as saturated steam via turbine 2, the heat exchanger 3, the turbine 4, the heat exchanger 5 ', the turbine 6' and finally into the condenser 7 ', from where the condensate by means of the pump 8' via the preheating 9 back in the reactor is promoted. Here the heat can be evaporated in the usual way transferred directly or indirectly. The heat exchangers are in the example with Live steam heated. The condensate flowing out of this is fed to the preheating system. Part lfl is the powered generator. 4 gives an example of the according to of the invention achieved expansion curve in the is diagram. It is recognizable, that, contrary to FIG. 2, this course is for the most part in the overheated area.

Claims

PATENT CLAIM: Steam power plant for nuclear power plants, in particular with pressurized water or boiling water reactors, in which, in the course of expansion, moisture is extracted from the live steam supplied to the turbine as saturated steam and this steam is reheated in the turbine after work, characterized in that the working steam is known per se between the individual turbine stages (2, 4, 6 ') and heated by condensing saturated steam heat exchangers (3, 5') that are built into the expansion process so that the same steam humidity of the working steam during expansion up to the highest Pressure level or up to the condenser pressure is available. Considered publications: German Patent Nos. 557 364, 592 583, 944 792, 421 667; Dr.-Ing. F. Munzinger, Atomkraft, 1.955, pp. 39, 40, 42; Schweizerische Bauzeitung, 1952, No. 7, p. 94 .; Magazine "Fuel, Heat, Power", 1957, pp.364,365.