DE1142367B

DE1142367B - Verfahren zum Ausnutzen der Abwaerme des aufgeheizten Waermetransportmittels eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE1142367B
Application number: DED26291A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hegemann
Original assignee: DUERRWERKE AG
Current assignee: DUERRWERKE AG
Priority date: 1957-08-26
Filing date: 1957-08-26
Publication date: 1963-01-17
Also published as: BE570638A; GB897866A; FR1210852A

Description

Verfahren zum Ausnutzen der Abwärme des aufgeheizten Wärmetransportmittels eines Kernreaktors Die Erfindung betrifft die Ausnutzung der Abwärme des aufgeheizten Wärmetransportmittels eines Kernreaktors in einem Zwangdurchlauf-Abhitzedampferzeuger und hat ein besonders zweckmäßiges Verfahren nebst Vorrichtung zum Gegenstand, durch die es ermöglicht wird, die Temperatur des Wärmetransportn-ittels beim Ausströmen aus dem Dampferzeuger bei allen Lasten und den durch die Konstanthaltung der Arbeitsmittelaustrittstemperatur verursachten Änderungen dadurch konstant zu halten, daß man den Wärmeübergang zwischen Wärmetransport- und Arbeitsmittel durch Änderungen am Arbeitsmittel entsprechend steuert.
Bei Dampferzeugern beliebiger Bauart ist es bereits bekannt, die Abgastemperatur durch Änderung der Beaufschlagung durch das Arbeitsmittel zu beeinflussen. Von dieser Maßnahme wird bekanntlich auch bei Atomkraftwerken dadurch Gebrauch gemacht, daß man die im Kernreaktor erzeugte Wärme auf ein Wärmetransportmittel überträgt, das in einem Dampferzeuger das Arbeitsmittel einer Dampfkraftanlage auf die gewünschte Temperaturhöhe bringen soll. Die Umwandlung der Wärme des Arbeitsmittels in elektrische Energie erfolgt dann in bekannter Weise mit Hilfe von Turbogeneratoren.
Mit Rücksicht auf den störungsfreien Ablauf der Kettenreaktion hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Wärmetransportmittelkreislauf so einzuregeln, daß die Eintrittstemperatur des Wärmetransportmittels in den Kernreaktor bei allen Belastungen konstant bleibt. Der Dampferzeuger wird zu diesem Zwecke bekanntlich mit einer konstanten Austrittstemperatur des Wärmetransportmittels betrieben.
Gleichzeitig ist es zur Erzielung eines wirtschaftlichen Turbinenbetriebes erforderlich, das Arbeitsmittel im Kreislauf auf einer gleichbleibenden Temperatur sowohl beim Eintritt in die Turbine als auch beim Austritt aus dem Dampferzeuger zu halten.
Für einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb von Atomkraftwerken liegt somit die Aufgabe vor, den Dampferzeuger so auszubilden und zu betreiben, daß bei ihm sowohl die Austrittstemperatur des Arbeitsmittels als auch die Austrittstemperatur des Wärmetransportmittels konstant gehalten wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die sowohl durch Lastschwankungen als auch durch die Konstanthaltung der Temperatur des Wärmetransportmittels beim Ausströmen aus dem Dampferzeuger verursachten Schwankungen der Arbeitsmittelaustrittstemperatur auf einen möglichst wenig schwankenden Wert ausgeglichen werden, indem man die den Dampferzeuger durchströmende Arbeitsmittelinenge entsprechend ändert.
Mit der Erfindung wird zunächst der Vorteil geschaffen, daß bei schwankenden Belastungen der Wärmeaustausch im Dampferzeuger so geregelt wird, daß das Wärmetransportmittel des Kernreaktors den Dampferzeuger immer mit gleichbleibender Temperatur verläßt und damit immer mit gleichbleibender Temperatur in den Kernreaktor einströmt. Die im Kernreaktor frei werdende Wärme wird dadurch sehr gleichmäßig durch das Wärmetransportmittel abgeführt, so daß vor allem nicht erwünschte überhitzungserscheinungen im Kernreaktor vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Wärmeübergang im Dampferzeuger so gesteuert wird, daß das Arbeitsmittel der Dampfkraftanlage den Dampferzeuger mit der gleichbleibenden gewünschten Temperatur verläßt, damit die Dampfkraftmaschinen den bestmöglichen Wirkungsgrad erzielen.
Die unmittelbare Veränderung in der Beaufschlagung der Heizflächen wird durch eine mehr oder weniger große Umgehung einzelner Heizflächengruppen und die mittelbare Veränderung durch die Einschaltung von Oberflächenkühlern erreicht. Die Oberflächenkühler sind hierbei auf beiden Seiten vom Arbeitsmittel beaufschlagt.
Die Durchführung des Verfahrens ist an Hand der Zeichnung, Abb. 1 bis 3, in mehreren Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.
Bei dem in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel tritt das von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kernreaktor kommende Wärmetransportmittel bei 1 in den von einem Mantel 2 umgebenen Innenraum eines Dampferzeugers ein und verläßt diesen bei 3, um wieder zum Kernreaktor zurückzuströmen.
Das Arbeitsmittel tritt durch die Eintrittsleitung 4 über das Speiseventil 5 und den Dreiwegehahn 6 in die erste Heizflächengruppe 7 des Dampferzeugers ein, durchströmt dieselbe und gelangt über die Verbindungsleitungen 8, 9 in die zweite Heizflächengruppe 10 und von da durch die Austrittsleitung 11 in einen nicht dargestellten Turbogenerator. Hierbei durchströmt das Arbeitsmittel die Heizflächen im Gegenstrom zum Wärmetransportmittel.
Die unmittelbare Veränderung in der Beaufschlagung der ersten Heizflächengruppe wird durch die Betätigung des Dreiwegehahnes 6 erreicht. Dieser Dreiwegehahn wird dabei so gesteuert, daß die Arbeitsmittelmenge ganz oder teilweise durch die Leitungen 12, 9 in die zweite Heizflächengruppe 10 strömt. Die erste Heizflächengruppe 7 wird auf diese Weise ganz oder teilweise umgangen, und die Austrittstemperatur des Wärmetransportmittels steigt wegen Verminderung der Heizflächenwirksamkeit an. Die Abweichungen der Wärmetransportmittelaustrittstemperaturen werden durch die Impulsleitungen 13 auf den Dreiwegehahn 6 übertragen.
Die veränderte Beaufschlagung der Heizflächen 7, 10 verursacht aber auch eine Änderung der Austrittstemperatur des Arbeitsmittels. Um diese konstant zu halten, wird über die Impulsleitung 14 das Speiseventil s gesteuert. Die beiden Regelkreise mit den Stellgliedern 5, 6 ermöglichen die Konstanthaltung der Austrittstemperaturen sowohl des Wärmetransportmittels als auch des Arbeitsmittels.
Bei dem in Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist außer den beiden Heizflächengruppen 7, 10 eine weitere Heizflächengruppe 15 angeordnet. Diese liegt arbeitsmittelseitig zwischen und wärmetransportmittelseitig hinter den Heizflächengruppen 7, 10. Die Beaufschlagung der Heizflächengruppe 15 wird über die Impulsleitung 13 von dem Dreiwegehahn 6 und die Menge des Arbeitsmittels über die Impulsleitung 14 mit dem Speiseventil 5 geregelt. Im übrigen entspricht dieArbeitsweise demAusführungsbeispiel nach Abb.1.
Das in Abb. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine mittelbare Veränderung der Heizflächenbeaufschlagung. Hierbei durchströmt das Arbeitsmittel nacheinander die Eintrittsleitung 4 mit dem Speiseventil 5 und dem Oberflächenkühler 16, die erste Heizflächengruppe 7, den Dreiwegehahn 6, die zweite Heizflächengruppe 10 und die Austrittsleitung 11.
Ist eine Änderung der Heizflächenwirksamkeit erforderlich, so wird mit dem Dreiwegehahn 6 das in der Heizfiächengruppe 7 erwärmte Arbeitsmittel ganz oder teilweise durch den Oberflächenkühler 16 geleitet. Hier gibt es einen Teil seiner Wärme an das kalte Arbeitsmittel ab, so daß die Eintrittstemperatur des Arbeitsmittels ansteigt. Infolge der verminderten Temperaturdifferenz zwischen Wärmetransportmittel und Arbeitsmittel geht der Wärmeübergang in der Heizflächengruppe 7 zurück und die Austrittstemperatur des Wärmetransportmittels steigt an. Der Dreiwegehahn 6 wird auch hier über die Impulsleitung 13 nach der Austrittstemperatur des Wärmetransportmittels gesteuert.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Auch ist die Anwendung der Erfindung für andere Wärmetauschvorgänge möglich.

Claims

P:1TEVTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Ausnutzen der Abwärme des aufgeheizten Wärmetransportmittels eines Kernreaktors in einem Zwangdurchlauf-Abhitzedampferzeuger, bei welchem die Temperatur des Wärmetransportmittels beim Ausströmen aus dem Dampferzeuger bei allen Lasten und den durch die Konstanthaltung der Arbeitsmittelaustrittstemperatur verursachten Änderungen konstant gehalten wird, indem man den Wärmeübergang zwischen Wärmetransport- und Arbeitsmittel durch Änderungen am Arbeitsmittel entsprechend steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die sowohl durch Lastschwankungen als auch durch die Konstanthaltung der Temperatur des Wärmetransportmittels beim Ausströmen aus dem Dampferzeuger verursachten Schwankungen der Arbeitsmittelaustrittstemperatur auf einen möglichst wenig schwankenden Wert ausgeglichen werden, indem man die den Dampferzeuger durchströmende Arbeitsmittelmenge entsprechend ändert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der Wärmeübergang zwischen Wärmetransport- und Arbeitsmittel durch Veränderung der Beaufschlagung der Heizflächen mit Arbeitsmittel beeinflußt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergang zwischen Wärmetransport- und Arbeitsmittel durch Veränderung der Eintrittstemperatur des Arbeitsmittels beeinflußt wird.
4. Zwangdurchlauf-Abhitzedampferzeuger zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Eintrittsleitung (4) des Arbeitsmittels ein Dreiwegehahn (6), durch den die Durchflußmenge des Arbeitsmittels durch die erste Heizflächengruppe (7) in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Wärmetransportmittels regelbar ist, und ein Speiseventil (5) eingebaut ist, durch welches die Gesamtmenge des durch die Heizflächen (7, 10) strömenden Arbeitsmittels nach dem Sollwert seiner Austrittstemperatur einregelbar ist.
5. Zwangdurchlauf-Abhitzedampferzeuger zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizflächengruppe (15) vorgesehen ist, die arbeitsmittelseitig zwischen und wärmetransportmittelseitig hinter den anderen Heizflächengruppen (7, 10) liegt und deren Durchflußmenge mit ein:m Dreiwegehahn (6) in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Wärmetransportmittels regelbar ist. während mittels des Speiseventils (5) die Gesamtmenge des durch die Heizflächen (7, 10, 15) strömenden Arbeitsmittels nach dem Sollwert seiner Austrittstemperatur einregelbar ist.
6. Zwangdurchlauf-Abhitzedampferzeuger zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eintrittsleitung (4) des Arbeitsmittels ein vom kalten und heißen Arbeitsmittel durchströmter Oberflächenkühler (16) angeordnet ist. durch den die Temperatur des in die erst; Heizflächergruppe (7) eintretenden kalten Arbeitsmittels in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Wärmetransportmittels regelbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 717 819: belgische Patentschrift Nr. 522 339: britische Patentschrift Nr. 674 583; Zeitschrift »Power Engineering«, August 1957, S. 78 bis 80; Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1956, S. 1745; M. A. Schultz, »Control of Nuclear Reactors and Power Plants«, New York, 1955, S. 135.