DE1123676B - Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Waerme in mechanische Energie mit einem dampfgekuehlten Reaktor - Google Patents

Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Waerme in mechanische Energie mit einem dampfgekuehlten Reaktor

Info

Publication number
DE1123676B
DE1123676B DEP27198A DEP0027198A DE1123676B DE 1123676 B DE1123676 B DE 1123676B DE P27198 A DEP27198 A DE P27198A DE P0027198 A DEP0027198 A DE P0027198A DE 1123676 B DE1123676 B DE 1123676B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
steam
reactor
pressure
cooling
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEP27198A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Bernhard Polock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BERNHARD POLOCK DIPL ING
Original Assignee
BERNHARD POLOCK DIPL ING
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BERNHARD POLOCK DIPL ING filed Critical BERNHARD POLOCK DIPL ING
Priority to DEP27198A priority Critical patent/DE1123676B/de
Publication of DE1123676B publication Critical patent/DE1123676B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K19/00Regenerating or otherwise treating steam exhausted from steam engine plant
    • F01K19/02Regenerating by compression
    • F01K19/04Regenerating by compression in combination with cooling or heating
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21DNUCLEAR POWER PLANT
    • G21D5/00Arrangements of reactor and engine in which reactor-produced heat is converted into mechanical energy
    • G21D5/04Reactor and engine not structurally combined
    • G21D5/06Reactor and engine not structurally combined with engine working medium circulating through reactor core
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Wärme in mechanische Energie mit einem dampfgekühlten Reaktor Die Umsetzung der in Kernreaktoren frei werdenden Wärme in mechanische Energie ist unter anderem durch die hohen Anlagekosten der Kernreaktoren und die mäßigen Wirkungsgrade der zugehörigen Kraftprozesse gekennzeichnet. Wesentliche Ursache dieses geringen Wirkungsgrades der Energieumsetzung ist der Umstand, daß man versucht, mit den herkömmlichen Dampfprozessen zu arbeiten, wobei die Reaktoren zunächst nicht in den Druck- und Temperaturgrenzen arbeiten können, die man derzeit bei den Dampfprozessen mit Wärmezufuhr durch eine Brennstoffeuerung beherrscht. Die Entwicklung der Reaktoren strebt daher dahin, die Druck- und Temperaturgrenzen zu erweitern. Dabei treten allerdings wieder kostenerhöhende Faktoren beim Reaktor auf. Die Anpassung der Wärmeübertragung an einen Prozeß, der mit Vorwärmung, Verdampfung, Überhitzung und Zwischenüberhitzung des Wärmeträgers arbeitet, ist beim Reaktor etwas ganz anderes als beim Prozeß mit Wärmezufuhr durch eine Brennstoffeuerung. Dies gilt sowohl für die Verfahren, bei denen zwischen den Reaktor und den Dampfprozeß noch ein oder gegebenenfalls sogar zwei Kühlkreisläufe geschaltet sind, wie auch für jene Verfahren, bei denen Wasser unmittelbar im Reaktor verdampft wird.
  • Für den Reaktor wäre derjenige Arbeitsmittelkreislauf der geeignetste, dessen Arbeitsmedium direkt zur Reaktorkühlung benutzt werden könnte und bei dem die Temperatur, bei der die Wärmezufuhr erfolgt, sich in den Grenzen der wirtschaftlichen Kühltemperatur des Reaktors bewegen würde.
  • Als Kühlmittel für Reaktoren werden derzeit organische Flüssigkeiten, flüssige Metalle, Druckwasser, Siedewasser und vollkommene Gase verwendet. Flüssige Metalle bieten zwar die Möglichkeit, die Höchsttemperatur des Kühlmittels bis auf 700° C zu treiben, da aber wegen der sehr hohen radioaktiven Verseuchung des Kühlmittels immer zwei Kühlkreisläufe hintereinandergeschaltet werden müssen, kann die Dampftemperatur die höchste Kühltemperatur nicht annähernd erreichen. Auch der hergebrachte Dampfprozeß nach C 1 a u s i u s -Rankine ist derzeit bereits an Dampftemperaturen von 650°C und mehr interessiert, da auch dessen Wirkungsgrade dann noch ansteigen. Dabei tritt die bekannte Erscheinung auf, daß die Wirtschaftlichkeit eines Kreislaufes derart hoher Dampftemperatur nicht ohne weiteres gegeben ist, da die erforderlich werdenden hochwarmfesten austenitischen Stähle im Preis ungewöhnlich hoch liegen. Ein erheblicher Austenitaufwand würde auch bei Metallkühlung mit Temperaturen von 700° C auftreten. Dabei müßten schon die Anlageteile für die gesamten Vorläufe sowie der größte Teil der Heizflächen beider Metallkreisläufe in Austemt ausgeführt werden. Die Kosten hierfür würden den Gewinn an Wirkungsgrad erheblich beeinträchtigen. Üblicherweise wird als Kühlmetall Natrium verwendet, das unter gar keinen Umständen mit Wasser in Berührung kommen darf. Die Natriumkühlung ist daher schon bei Verwendung ferritischer Stähle sehr aufwendig und verbraucht auch rund 2% der erzeugten Leistung für die Natriumumwälzung. Da diese Umwälzleistung elektrisch aufgebracht wird, erhöhen sich die gesamten Anlagekosten um 2%. Druckwasser gestattet weder die Anwendung hoher Dampfdrücke noch eine nennenswerte Überhitzung im Sekundärkreislauf. Der Siedewasserreaktor gestattet hohe Dampfdrücke des Kreislaufes, liefert aber bisher noch keine überhitzung des Dampfes. Es sind Vorschläge bekannt, zusätzlich hinter dem Reaktor einen brennstoffgefeuerten überhitzer zu verwenden. Bei modernen Dampfprozessen beträgt aber der Anteil der überhitzungswärme schon mehr als 50% der insgesamt zugeführten Wärme, so daß der Reaktor unter solchen Umständen zur Nebenanlage eines Brennstoffkraftwerks würde. Andere bekannte Vorschläge gehen dahin, eine nukleare überhitzung in einer zweiten Abteilung des Siedewasserreaktors oder in einem zweiten Reaktor durchzuführen. Es ist auch ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem ein Reaktor von zwei oder mehreren Kühlsystemen unterschiedlichen Druckes durchzogen wird, wobei die verschiedenen Kühlsysteme teils der Verdampfung von Wasser dienen sollen, teils der direkten überhitzung des erzeugten Dampfes, teils aber auch der Zwischenüberhitzung von Dampf. Handelt es sich bei den Kühlmitteln dieser Kühlsysteme um Gase, so sollen diese außerdem in einem Gasturbokreislauf Nutzarbeit leisten. Bei allen Reaktorbauten mit mehreren verschiedenartigen Kühlsystemen besteht die grundsätzliche Schwierigkeit, eine wirtschaftliche Lastregelung durchzuführen, da eine Veränderung des Wärmeflusses in einem der verschiedenen Kühlsysteme sich nur durch Ändern der Reaktivität herbeiführen läßt, die dann immer die gesamte Reaktorleistung beeinflußt.
  • Die Reaktorkühlung mittels vollkommener Gase läßt sich den Bedingungen der Hochtemperaturreaktoren gut anpassen und wird es auch gestatten, Dampfkraftprozesse im Sekundärkreis zu betreiben, deren Höchsttemperatur nur wenig niedriger ist als die des Kühlgases, wenn nicht das Erfordernis der Verwendung austenitischer Stähle im Wärmetauscher ein etwas höheres Temperaturgefälle zur Einsparung von austenitischem Material zweckmäßig erscheinen läßt. Bei der Gaskühlung wird ein Anteil von 8 bis 15% der erzeugten Leistung für die Gasumwälzung benötigt. Dadurch werden Wirkungsgrad und Anlagekosten der Kernkraftanlage ungünstig beeinflußt. Trotzdem wird die Gaskühlung wegen ihrer Einfachheit und der Möglichkeit, eine überhitzung und auch die Zwischenüberhitzung ohne nennenswerte Schwierigkeiten durchzuführen, bereits in erheblichem Ausmaß angewendet.
  • Neuerdings wird vielfach vorgeschlagen, den Gaskühlkreislauf gleichzeitig zur Leistungserzeugung zu verwenden und den Reaktor als Erhitzer in einem geschlossenen Gasturboverfahren zu benutzen. Es werden für solche Verfahren in einem geschlossenen Gasturbokreislauf bei einer Anfangstemperatur von 700° C Wirkungsgrade von 30 bis 40% erwartet.
  • Es ist nachgewiesen, daß man bei Verwendung von Wasserdampf in Rückverdichtungsprozessen, die denen der geschlossenen Gasturbinenkreisläufe entsprechen, aber das gesamte Druckgefälle des normalen Dampfprozesses umfassen sowie sich der Regenerativvorwärmung bedienen, jeden Gasturboprozeß und jeden Clausius-Rankine-Prozeß bei gleichen Temperaturgrenzen im Wirkungsgrad übertrifft. Der Anwendung der Rückverdichtungsverfahren mit Wasserdampf steht bei Beheizung mit fossilen Brennstoffen ebenfalls der hohe Preis der Austenite im Wege.
  • Es ist das Ziel der Erfindung, einerseits die Schwierigkeiten, die bisher der Anwendung von Rückverdichtungsverfahren mit Wasserdampf entgegenstanden, aus dem Wege zu räumen, andererseits aber der im Reaktor entstehenden Wärme neue Möglichkeiten zur verbilligten Energieerzeugung zu geben. Es ist daran gedacht, daß bei der Entwicklung der Hochtemperaturreaktoren die zu erreichende Höchsttemperatur in einem angemessenen Verhältnis zu der im Kraftprozeß wirtschaftlich zu verarbeitenden Dampftemperatur stehen sollte. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Wärme in mechanische Energie mit einem dampfgekühlten Reaktor, wobei außer dem als Dampferhitzer dienenden Reaktor mindestens eine mit Dampf betriebene Entspannungsmaschine und Einrichtungen zur Abkühlung des entspannten Dampfes vorgesehen sind. Das erfinderisch Neue besteht darin, daß der Reaktor ausschließlich mit Dampf gekühlt wird, dessen Entalphie beim Eintritt in den Reaktor nahe an der Sättigungslinie liegt und der in einem an sich bekannten Rückverdiclhtungssystem, bei dem die Verdichtung im Naßdampfgebiet erfolgt, Arbeit leistet.
  • Beim Reaktor brennt im allgemeinen der Spaltstoff innerhalb des Druckraumes des Kühlmittels und ist von diesem meist durch metallische Kühlflächen getrennt, die aber keine Druckkräfte zu übertragen haben. Wenn für diese metallischen Schutzhülsen Austenite verwendet werden müssen, so wird infolge der sehr hohen Wärmebelastung dieser Tauschflächen und wegen ihrer geringen Wandstärke zumindest der mengenmäßige Bedarf an Austenten erheblich geringer sein als beim brennstoffgefeuerten Hochtemperaturüberhitzer. Der Reaktor ist daher ein besonders geeigneter Erhitzer für alle Rückverdichtungsverfahren.
  • In Abb. 1 ist das Schema eines geschlossenen Gasturbinenkreislaufes dargestellt, der einen Kernreaktor als Gaserhitzer benutzt. Das umlaufende Gas wird im Reaktor 1 erhitzt, in der Turbine 2 entspannt, gibt im Wärmetauscher 3 einen Teil seines Wärmeinhalts ab, hier z. B. an das verdichtete Gas, muß im Nachkühler 4 auf die Anfangstemperatur der Verdichtung heruntergekühlt werden, wird im Verdichter 5 auf den Anfangsdruck verdichtet und strömt wieder zum Reaktor 1.
  • In Abb. 2 ist das Schema eines dem Gasturbinenprozeß sehr ähnlichen Rückverdichtungsverfahrens mit Dampf aufgezeichnet. Der umlaufende Dampf wird im Reaktor 1 erhitzt, in der Turbine 2 auf den Enddruck des Umlaufsystems entspannt, strömt dann in den Wärmetauscher 3, in dem ihm ein Teil seiner Wärme entzogen wird. Hinter dem Wärmetauscher 3 wird dem Umlaufdampf eine bestimmte Menge Dampf entnommen, unter Ausnutzung des im allgemeinen vorhandenen Druckgefälles in der Turbine 6 entspannt und im Kondensator 7 niedergeschlagen. Das Kondensat wird nach allfälliger Vorwärmung in der Düse 4 dem Umlaufdampf in gleicher Menge wieder beigemischt. Die entnommene Dampfmenge kann ebensogut zu Heizzwecken verwandt werden. Der Entnahmedampf kann auch bereits hinter der Turbine 2 entnommen werden, wenn das Druckgefälle, das bis zum Kondensator zur Verfügung steht, eine höhere Eintrittstemperatur in der Turbine 6 erfordert.
  • In Abb. 3 ist die Anwendung der Erfindung auf einen Rückverdichtungsprozeß dargestellt, dessen Abwärme nicht wie bei der Anlage nach Abb. 2 zur Vorerhitzung des rückverdichteten Dampfes dient, sondern zur Erzeugung von Zusatzdampf. Das Verfahren ist als »Doppeldampfkreislauf« bekannt. Dabei kann der Zusatzdampf entweder mit gleichem oder mix höherem als dem Enddruck des Umlaufdampfes erzeugt werden. Dem vom Verdichter 8 kommenden Umlaufdampf wird in der Düse 10 eine bestimmte Menge Zusatzdampf beigemischt. Im Reaktor 1 wird die gesamte Dampfmenge erhitzt. In der Turbine 2 wird der Dampf so weit entspannt, daß die Verdichtungsleistung ganz oder teilweise aufgebracht wird. Bei diesem Schema ist der Verdichter beispielsweise auf einer besonderen nutzleistungsfreien Welle angeordnet. In der Nutzleistungsturbine 3' wird die gesamte Dampfmenge auf den Enddruck des Rückverdichtungssystems entspannt. Anschließend oder auch hinter dem Verdampfer 5' wird die Zusatzdampfmenge und so viel Umlaufdampf, wie als Kondensat dem Umlaufdampf in der Düse 7' zwecks Nachkühlung wieder beigemischt wird, dem Umlaufsystem entnommen, nach Arbeitsleistung in der Turbine 11 dem Kondensator 12 zugeführt und die zur Nachkühlung des Umlaufdampfes dienende Kondensatmenge mit Hilfe der Speisepumpe 13 der Reinigungsanlage 14 zwecks Beseitigung der radioaktiven Bestandteile und gegebenenfalls nach Vorwärmung 15 der Einspritzdüse 7' zugeführt. Die zur Speisung des Verdampfers 5' benötigte Kondensatmenge wird von der Speisepumpe 16 über den Vorwärmer 6' in den Verdampfer 5' gefördert. Die von der Turbine 3' abströmende Hauptmenge des Umlaufdampfes beheizt einen oder mehrere Wärmetauscher, z. B. den überhitzer 4, den Verdampfer 5' und den Vorwärmer 6' oder statt dessen einen Zwangdurchlauferhitzer. Vom Vorwärmer 6' strömt der Umlaufdampf über die Einspritzdüse 7', in der er nachgekühlt wird, zum Verdichter B. Falls der Druck des Zusatzdampfes höher ist als der Verdichterenddruck, kann die bestehende Druckdifferenz in einer Hochdruckturbine 9 oder in der Mischdüse 10 zur Arbeitsleistung ausgenutzt werden. Der Fall, daß der Zusatzdampf mit höherem Druck als der Umlaufdampf erzeugt wird, kann zweckmäßig sein, wenn der Prozeß der Kernspaltung oder die Bauart eine Beschränkung des im Reaktor zulässigen Druckes vorschreibt. Man kann dann trotzdem mit Hilfe der Abwärme eines Rückverdichtungsverfahrens nach der Schaltung der Abb. 3 einen großen Teil der durch Anwendung höchster Drücke erzielbaren Leistung gewinnen. In jedem Falle muß man bestrebt sein, den oberen Druck des Umlaufdampfes und damit den Reaktordruck so hoch wie möglich anzusetzen, da jede Erhöhung des Anfangsdruckes der Rückverdichtung bei gleichbleibenden Kondensatordrücken die Leistungsausbeute steigert.
  • Wenn es gelingt, einen Reaktor mit überkritischem Dampf zu kühlen, dann ist die Möglichkeit gegeben, auf diese Art auch schnelle Reaktoren zu kühlen, die eine extreme Leistungsdichte im Kern aufweisen und derzeit nur mit flüssigem Metall gekühlt werden können. Wasserdampf von 300 ata und 400° C, der mit einem Volumen von 0,003 m3/kg in den Reaktor eintritt und ihn mit 700° C bei 0,0138 m3/kg verläßt, würde 374 kcal/kg aus dem Reaktor austragen. Die bekannt hervorragenden Wärmeübergangswerte des überkritischen Dampfes werden auf diese Weise zur Anwendung gebracht. Aber auch unterkritische Drücke ergeben bereits eine sehr gute Wärmeausbringung aus dem Reaktor bei im Vergleich zur temperaturgleichen Gaskühlung erheblich geringerem Volumendurchsatz. Für Natrium beträgt die erreichbare Wärmeausbringung derzeit bei rund 400° C Kühltemperatur bis zu 40 kcal/kg und könnte bei deren Erhöhung auf 700° C auf rund 100 kcal/kg gesteigert werden. Es besteht bei Kernprozessen mitunter die Gefahr, daß bei Versagen der Kühlung der Reaktor unter katastrophalen Umständen zerschmilzt. Am besten sind wohl die im Wasser stehenden Reaktoren gegen solche Unfälle geschützt. Die Dampfkühlung des Doppeldampfkreislaufes vermag den Reaktor in gleich guter Weise zu schützen.
  • Bei den Rückverdichtungsverfahren besteht die Möglichkeit, daß der Verdichter und damit die Umwälzleistung ausfällt. Es ist in Abb. 3 dargestellt, wie trotzdem die Kühlung aufrechterhalten wird. Die im Rückverd'ichtungskreislauf eines Doppeldampfkreislaufes liegenden Maschinen 9, 8, 2, 3 werden durch Umgehungsleitungen überbrückt, deren Absperrventile 17, 18, 19 in Störfällen rasch öffnen. Daraufhin strömt der Umlaufdampf unmittelbar mit der Höchsttemperatur oder nach Herabsetzung der Temperatur und Vergrößerung seiner Menge mittels der Einspritzung 20 in den Zusatzverdampfer 4, 5', 6', dessen Abgabe sich entsprechend erhöht. Da gleichzeitig der Druck im Reaktor absinkt, kann der überdruck des Verdampfers dem Umlaufdampf in der Düse 10 hinreichende Umwälzenergie verleihen. Die Leistung der Niederdruckturbine 11 und die Einspritzung in der Düse 7' können dabei aufrechterhalten werden.
  • Bei den Kernprozessen besteht selbst bei Verwendung relativ indifferenter Wärmeträger immer die Gefahr der radioaktiven Verseuchung der Kraftanlage und der Umgebung und insbesondere der Kühlluft und des Kühlwassers. Es wird daher vorgeschlagen, den Rückverdichtungskreislauf von dem angehängten Kondensationskreislauf durch Zwischenschaltung von Wärmetauschern vollständig zu trennen. Dabei würde ein Teil des umlaufenden Dampfes und das Äquivalent des Zusatzdampfes in diesen Wärmetauschern beim Enddruck des Rückverdichtungsprozesses kondensieren. Das Kondensat kann dann, vor Wiederverwendung zur Einspritzung oder Verdampfung, von radioaktiven Bestandteilen befreit werden. In Abb. 4 ist ein einfaches Beispiel zu diesem Vorschlag entsprechend dem Verfahren nach Abb. 2 dargestellt. Der Primärkreislauf nach Abb. 4 besteht aus dem Reaktor 1, der Turbine 2, dem Niederd'rucküberhitzer 8', dem Wärmetauscher 3, dem Niederdruckverdampfer 4, der Einspritzdüse 5" und dem Verdichter 6". Der nach Abb. 4 aus dem Wärmetauscher 3 austretende Umlaufdampf beheizt anschließend einen Verdampfer 4, dessen Dampfdruck geringer ist als der des Umlaufdampfes, so daß der Umlaufdampf einen Teil seiner Verdampfungswärme hergeben kann. Soweit hierbei Kondensat entsteht, wird es in der Reinigungsanlage 6"' entgiftet und durch die Einspritzpumpe 7" dem Umlaufdampf in der Düse 5" wieder beigemischt. Da auf beiden Seiten der Verdampferheizfläche 4 die hohen Wärmeübergangswerte der Kondensation bzw. der Verdampfung auftreten, kann der Verdampfer 4 mit geringer Temperatur- und Druckdifferenz zwischen den beiden getrennten Kreisläufen betrieben werden. Der Wärmetauscher 8' dient dazu, den im Verdampfer 4 erzeugten Niederdruckdampf zu überhitzen. Da die Umlaufdampfmenge wesentlich größer ist als die erzeugte Niederdruckdampfmenge, gelingt es, den Niederdruckdampf nahe bis zur Temperatur des Umlaufdampfes am Austritt der Turbine 2 zu überhitzen. Insgesamt kann der durch die Trennung eintretende Leistungsabfall der Kernkraftanlage auf rund 201o der Leistung beschränkt bleiben. Der Niederdruckdampf wird wiederum in der Turbine 9 unter Arbeitsleistung entspannt, im Kondensator 10 niedergeschlagen und von der Speisepumpe 11' nach Entgiftung in der Reinigungsanlage 12' und Vorwärmung 13' dem Verdampfer 4 zugeführt. Die Maschinenanlage nach Abb.4 ist als Einwellenanlage dargestellt, könnte aber ebenso mit mehreren Wellen arbeiten, wie es z. B. Abb. 3 zeigt.
  • Für das in Abb.3 dargestellte Verfahren ist in Abb. 5 eine Variante dargestellt. Dabei soll der Zusatzdampf hinwiederum mit höherem Druck, als ihn der Reaktor zuläßt, erzeugt werden und in der Hochdruckturbine 11 auf den Druck des Reaktors entspannt werden, wobei er beispielsweise einen Teil der Verdichtungsleistung aufbringt. Der Umlaufdampf durchläuft gemeinsam mit dem Zusatzdampf den Reaktor 1, treibt die Verdichterturbine 2, die Nutzleistungsturbine 3', strömt dann durch den Niederdrucküberhitzer 4, den Zusatzdampfüberhitzer 5', den Zusatzverdampfer 6', den Zusatzspeisewasservorwärmer 7"', den Niederdruckverdampfer 8', wo er zum Teil niedergeschlagen wird. Danach strömt der Umlaufdampf allein durch den Verdichter 9', um sich in der Düse 10 wieder mit dem Zusatzdampf zu vereinigen. Der im Niederdruckverdampfer 8' hochdruckseitig zum Teil kondensierte Dampf wird dem Reiniger 12' zugeführt. Nach Entgiftung des Kondensats wird ein Teil zur Ergänzung der Umlaufdampfmenge mittels der Einspritzpumpe 14' über die Düse 15' dem Umlaufdampf wieder beigemischt. Zwischen dem Reiniger 12' und der Speisepumpe 16 ist ein Speicher 13" vorgesehen. Das Zusatzspeisewasser wird von der Speisepumpe 16 in den Vorwärmer 17"' gefördert. Zwischen dem Vorwärmer 7"' und dem Zusatzverdampfer 6' ist noch ein Speicher 17' dargestellt, der die Reaktorkühlung sichern hilft. Der im Niederdruckverdampfer 8' erzeugte und im Wärmetauscher 4 überhitzte Niederdruckdampf wird nach Arbeitsleistung in der Turbine 18' im Kondensator 19' niedergeschlagen und das Kondensat von der Speisepumpe 20' nach Reinigung 21 über die Regerativvorwärmung 22 dem Niederdruckverdampfer 8 wieder zugeführt.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Verwendung von Wasserdampf als Kühlmittel in Leistungsreaktoren unter Benutzung der bekannten und auf die Besonderheiten des Reaktorbetriebes abgeänderten Rückverdichtungsverfahren mit Dampf eine erheblich größere Verbesserung der Leistungsausbeute verspricht als die bisher angewandten Verfahren. Es ist bei einem Dampfzustand von 600° C und 150 ata eine elektrische Nutzleistungsausbeute von 43 % der Reaktorwärme mit Sicherheit zu erwarten und bei Erreichung eines Dampfzustandes von 300 ata, 800° C eine solche von 50% und mehr. Dabei ist als Folge der sehr guten Anpassung der Rückverdichtungsverfahren mit Wasserdampf an die verschiedenen Kernspaltungsverfahren in vielen Fällen mit erheblichen Senkungen der Anlagekosten zu rechnen.
  • Den Anforderungen, die an die Sicherheit der Reaktoranlage gestellt werden müssen, vermag die reine Dampfkühlung in hervorragender Weise gerecht zu werden. Das gilt besonders für das in Abb. 4 und 5 dargestellte »Doppeldampfkreislaufverfahren«. Gegenüber den Gaskühlkreisläufen haben die nach der Erfindung vorgeschlagenen Dampfkühlkreisläufe einen wesentlich geringeren Volumendurchsatz im Reaktor und im Rückverdichtungskreislauf. Der spezifische Durchsatz beträgt sowohl bei reinen Gaskühlungen wie auch bei Gasturbinenkreisläufen ungefähr 1,2 bis 2,0 kMol/kWh. Bei den vorgeschlagenen Dampfkühlanlagen ist der spezifische Volumendurchsatz aber nur 0,3 bis 0,6 kMol/kwh. Da 1 kMol für alle Gase sowie auch fürhocherhitzten Dampf bei gleichen Drücken und Temperaturen annähernd gleiches Volumen hat, ergeben sich aus diesen Werten Rückschlüsse auf die bei verschiedenen Kühlsystemen erforderlichen Strömungsquerschnitte im Reaktor, die Leistungen und die Maschinengrößen und damit auf die Anlagekosten. Es ist bekannt, daß die geschlossenen Gasturbinen in der je Anlage ausführbaren Leistungsgröße die Dampfturbinen bei weitem nicht erreichen, was durch den hohen Volumendurchsatz bedingt ist und durch Erhöhung des Systemdrucks nicht ausreichend wettgemacht werden kann. Die Rückverdichtungsverfahren mit Dampf vermögen die herkömmlichen Dampfanlagen in der Leistungsgröße noch zu übertreffen, da sie ihre Leistung auf eine Welle für die Verdichtungsleistung und eine oder mehrere andere für die Nutzleistung aufteilen können. Dabei sind bei hohen Temperaturen gegenüber den normalen Dampfprozessen weniger austenitische Turbinenstufen und gegenüber den Gasturbinen erheblich geringere Turbinenquerschnitte erforderlich. Da bei der Verwendung von Helium in Gasturbinen die Zahl der Stufen sehr groß werden kann, tritt gegenüber Helium durch Anwendung von Dampf ebenfalls eine große Ersparnis insbesondere an austenitischem Material ein.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Wärme in mechanische Energie mit einem dampfgekühlten Reaktor, wobei außer dem als Dampferhitzer dienenden Reaktor mindestens eine mit Dampf betriebene Entspannungsmaschine und Einrichtungen zur Abkühlung des entspannten Dampfes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ausschließlich mit Dampf gekühlt wird, dessen Entalphie beim Eintritt in den Reaktor nahe an der Sättigungslinie liegt und der in einem an sich bekannten Rückverdichtungssystem, bei dem die Verdichtung im Naßdampfgebiet erfolgt, Arbeit leistet.
  2. 2. Verfahren zur Sicherung der Wärmeabfuhr aus einem mit Dampf gekühlten Reaktor bei Störungen der Umwälzeinrichtungen des Rückverdichtungssystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Maschinen des Rückverdichtungssystems durch schnell öffnende Umgehungsleitungen ausgeschaltet werden und Dampf, der aus einem an sich bekannten Zusatzverdampfer oder Speicher entnommen wird, in an sich bekannter Weise den Umlaufdampf ansaugt und ihm die erforderliche Bewegungsenergie verleiht.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rückverdichtungsteil des Prozesses abzuführende Wärme über Heizflächen sowohl auf ein höheres als auch auf ein tieferes Druckniveau übertragen wird, derart, daß zwei getrennte Kreisläufe entstehen, deren Kondensate einer Reinigung von radioaktiven Beimengungen unterzogen werden können. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 931655; schweizerische Patentschrift Nr. 346 560; deutsche Auslegeschrift Nr. 1098 521.
DEP27198A 1961-05-23 1961-05-23 Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Waerme in mechanische Energie mit einem dampfgekuehlten Reaktor Pending DE1123676B (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP27198A DE1123676B (de) 1961-05-23 1961-05-23 Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Waerme in mechanische Energie mit einem dampfgekuehlten Reaktor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP27198A DE1123676B (de) 1961-05-23 1961-05-23 Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Waerme in mechanische Energie mit einem dampfgekuehlten Reaktor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1123676B true DE1123676B (de) 1962-02-15

Family

ID=7370731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEP27198A Pending DE1123676B (de) 1961-05-23 1961-05-23 Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Waerme in mechanische Energie mit einem dampfgekuehlten Reaktor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1123676B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105756730A (zh) * 2016-04-29 2016-07-13 无锡雪浪环境科技股份有限公司 一种提高蒸汽发电效率的装置及方法
CN105841127A (zh) * 2016-04-08 2016-08-10 无锡雪浪环境科技股份有限公司 一种提升蒸汽品质的装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE931655C (de) * 1952-07-08 1955-08-16 Bernhard Dipl-Ing Polock Dampfkraftanlage mit annaehernd adiabatischer Rueckverdichtung des umlaufenden Arbeitsmittels im Nassdampfbereich
CH346560A (de) * 1957-02-05 1960-05-31 Escher Wyss Ag Wärmekraftanlage
DE1098521B (de) * 1960-01-29 1961-02-02 Licentia Gmbh Turbinenanlage fuer Kernkraftwerke

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE931655C (de) * 1952-07-08 1955-08-16 Bernhard Dipl-Ing Polock Dampfkraftanlage mit annaehernd adiabatischer Rueckverdichtung des umlaufenden Arbeitsmittels im Nassdampfbereich
CH346560A (de) * 1957-02-05 1960-05-31 Escher Wyss Ag Wärmekraftanlage
DE1098521B (de) * 1960-01-29 1961-02-02 Licentia Gmbh Turbinenanlage fuer Kernkraftwerke

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105841127A (zh) * 2016-04-08 2016-08-10 无锡雪浪环境科技股份有限公司 一种提升蒸汽品质的装置及方法
CN105756730A (zh) * 2016-04-29 2016-07-13 无锡雪浪环境科技股份有限公司 一种提高蒸汽发电效率的装置及方法
CN105756730B (zh) * 2016-04-29 2017-09-05 无锡雪浪环境科技股份有限公司 一种提高蒸汽发电效率的装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2625760C2 (de) Thermisches Kraftwerk, verbunden mit einer Anlage zur Meerwasserentsalzung
DE60315823T2 (de) Verfahren und einrichtung zur stromerzeugung aus der im kern mindestens eines hochtemperatur-kernreaktors erzeugten wärme
DE2651900C3 (de) Dampfkraftanlage
DE2311066A1 (de) Dampferzeuger fuer ungefeuerte kraftanlage
DE2904232A1 (de) Verfahren und anlage zur verbesserung des wirkungsgrades von kraftwerken
EP0523466A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
DE2639187B2 (de) Verfahren zur Nutzung von Abwärme
DE19943782C5 (de) Gas- und Dampfturbinenanlage
DE2252077A1 (de) Dampfturbinenkraftwerk, insbesondere atomkraftwerk
DE1123676B (de) Verfahren zur Umsetzung der in Atomreaktoren frei werdenden Waerme in mechanische Energie mit einem dampfgekuehlten Reaktor
EP3728800B1 (de) Kraftwerk
DE1906144A1 (de) Waermekraftanlage fuer die Ausnutzung der in einem Kernreaktor erzeugten Waerme,mit einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage
EP2385223A1 (de) Verfahren zur Steigerung des Wirkungsgrades von Gas- und Dampfturbinenanlagen
DE3228423C2 (de)
DE903818C (de) Verfahren zum Betriebe von Dampfkraftmaschinen
DE2652135C2 (de) Dampfkraftanlage
AT377592B (de) Thermisches kraftwerk
DE1007780B (de) Dampfturbinenanlage mit Entnahme von Dampf fuer Heizung
CH613255A5 (en) System for the utilisation of waste heat from a gas flow to drive electrical generators
DE1626224C (de) Dampfkraftanlage
DE1401469C (de) Dampfkraftanlage
DE102013205053B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines einen Wasser-Dampf-Kreislauf aufweisenden Kraftwerks
AT202159B (de) Verfahren zur mehrstufigen Erwärmung von Speisewasser durch überhitzten Anzapfdampf bei Dampfturbinenanlagen.
DE2526884A1 (de) Verfahren und einrichtung zur stromerzeugung und zum wiedervergasen von verfluessigtem gas
DE3412922A1 (de) Dampfkraftmaschinen-kreisprozess mit rueckfuehrung der abwaerme mittels eines mehrstufigen waermepumpenprozesses, insbesondere fuer dampfkraftwerke (heiss- und kaltdampf)