DE1247074B - Dampfkrafterzeugungsanlage mit einem Kernreaktor als Waermequelle und einem Gasturbinenprozess fuer Spitzenlast - Google Patents
Dampfkrafterzeugungsanlage mit einem Kernreaktor als Waermequelle und einem Gasturbinenprozess fuer SpitzenlastInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
FOIk
Deutsche Kl.: 46 h-
Nummer: 1247 074
Aktenzeichen: S 886001 a/46 h
Anmeldetag: 6. Dezember 1963
Auslegetag: 10. August 1967
Die Erfindung betrifft eine Dampferzeugungsanlage zur Grundlastlieferung, deren Wärmequelle
ein Kernreaktor ist und der zur Übernahme von Spitzenlast ein Gasturbinenprozeß mit davon angetriebenem
Spitzenleistungsgenerator zugeordnet ist, wobei Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher vorgesehen
sind, in denen die Gasturbinenabwärme zum Aufheizen des in flüssigem Zustand befindlichen Treibmittels
der Dampfkraftanlage vor dem Rücklauf in den Dampferzeuger verwendet wird.
Gasturbinen werden heute allgemein zur Lieferung elektrischer Spitzenenergie verwendet.
Diese Maschinen weisen allerdings bei schneller Anfahrbereitschaft der Maschine und bei einem Installationspreis
pro Kilowatt, der unter dem anderer elekirischer Energiequellen liegt, einen verhältnismäßig
bescheidenen Wirkungsgrad auf. Die zur Übernahme von Spitzenlast bisher verwendeten Gasturbinen sind
jedoch getrennt von vorhandenen Energieerzeugungsanlagen angeordnet. Durch Inbetriebnahme
von Kernenergiekraftwerken großer Leistung ergeben sich für die Anwendung von Gasturbinen für Spitzenlast
völlig neue Gesichtspunkte.
Es ist bekannt, daß Kernenergiekraftwerke aus wirtschaftlichen Gründen ununterbrochen bei voller
Leistung betrieben werden müssen; somit bilden sie also auch bedeutende, mehr und mehr notwendige
elektrische Energiequellen. Unter diesem Gesichtspunkt kommt der Gasturbine für die Übernahme von
Spitzenlasten eine Bedeutung zu, die um so größer sein wird, je mehr die Gasturbine eine größere
gleichmäßigere Leistung und einen erhöhten Wirkungsgrad aufzuweisen vermag.
Die Beaufschlagungstemperatur ist bekanntlich bei solchen Kernenergiekraftwerken gewöhnlich auf
eben verhältnismäßig niedrigen Wert beschränkt, damit die Teile des Kernreaktors (Brennelemente,
Verstärker, Moderator und Kühlflüssigkeit) keinen Schaden leiden. Unter diesen Bedingungen kommt
es häufig dazu, daß der Turbine Sattdampf zugeführt werden muß. Da es schwierig ist, vor oder beim Ablauf
der Entspannung den Dampf zu überhitzen, müssen ein oder mehrere Wasserabscheider zwischen
den Entspannungsstufen angeordnet werden. Durch die direkte Rückführung der abgeschiedenen Flüssigkeit
in den vom Kondensator zum Kernreaktor führenden Flüssigkeitsrücklauf muß ein großer
Druckverlust und damit eine beträchtliche Verschlechterung des Wirkungsgrades in Kauf genommen
werden.
Durch die vorliegende Erfindung soll vermieden werden, die durch die Abscheider aus dem Ent-Dampfkrafterzeugungsanlage
mit einem
Kernreaktor als Wärmequelle und einem
Gasturbinenprozeß für Spitzenlast
Kernreaktor als Wärmequelle und einem
Gasturbinenprozeß für Spitzenlast
Anmelder:
Societe Rateau S. A., Paris
Vertreter:
Dr .-Ing. Dr. jur. F. Redies,
Dr. rer. nat. B. Redies
und Dr. rer. nat. D. Türk, Patentanwälte,
Düsseldorf-Benrath, Erich-Ollenhauer-Str. 7
Als Erfinder benannt:
Marcel Henri Louis Sedille, Paris
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 10. Dezember 1962 (918 100) - -
Spannungskreislauf entnommene Flüssigkeit direkt in den Flüssigkeitsrücklauf einleiten zu müssen. Vielmehr
soll ermöglicht werden, die in dieser Flüssigkeit verbliebene Energie besser auszunutzen, wodurch
der Wirkungsgrad einer Anlage zur Übernahme von Spitzenlast wesentlich verbessert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß wenigstens ein Wasserabscheider
zwischen den Stufen der Dampfturbine vorgesehen ist, an den eine Pumpe zum Fördern der
austretenden Flüssigkeit in einen von den Abgasen der Gasturbine geheizten Wärmetauscher angeschlossen
ist, dessen dampfabgebende Auslaßseite mit der Dampfturbine verbunden ist. Die an den
Abscheidern gewonnene Flüssigkeit wird somit von der Abwärme der Gasturbine unmittelbar wieder aufgeheizt
und kann in Dampfform der Turbine zum erneuten Entspannen zugeführt werden. Hierdurch
ergibt sich eine bedeutende Erhöhung der Leistung der Dampfturbine, die größer als die Leistung der
Gasturbine ist. Befindet sich die Gasturbine gleichzeitig mit der Dampfturbine im Betrieb, so ist die
Übernahme von Spitzenlast ohne Schwierigkeiten und bei gutem Wirkungsgrad möglich.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhöht die Pumpe den Druck der aus dem
Abscheider geförderten Flüssigkeit so sehr, daß der aus dieser Flüssigkeit erzeugte Dampf einer bei
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höherem Druck als dieser Abscheider arbeitenden direkte Abgabe einer Leistung an einen Spitzenlast-Turbinenstufe
zugeführt werden kann. generator Ap, sondern auch eine Erhöhung der Last
Weiterhin wird gemäß der Erfindung bei einer des Hauptgenerators A mit dem an sich bekannten
Vorrichtung mit wenigstens einer mittels von der Mittel der Verwendung der erheblichen Wärme
Turbine abgezapftem Dampf betriebenen Aufheiz- 5 seiner Abgase gestattet.
Vorrichtung für die kondensierte Treibflüssigkeit und Dies wird erreicht, indem man die in der Gaswenigstens
einem parallel an die Treibflüssigkeits- turbine Tg am Ausgang einer von einem Kompresableitung
anschaltbaren, von den Abgasen der Gas- sor Co mit Luft gespeisten Brennkammer Ch entturbine
durchströmten Wärmetauscher vorge- spannten Treibgase durch wenigstens einen Wärmeschlagen,
die Wärmetauscher zum Aufheizen der aus io tauscher, der von dem noch nicht verdampften Treibden
Abscheidern geförderten Flüssigkeit und die mittel der Turbinenanlage durchströmt wird, hin-Wärmetauscher
zum Aufheizen der aus dem Kon- durchtreten läßt. Eine direkte Rohrleitung, welche
densator kommenden Flüssigkeit hintereinander in mit einem Ventil F9 versehen ist, verbindet die Gasder
Abgasleitung der Gasturbine anzuordnen. Die turbine unter Umgehung des Wärmetauschers direkt
kondensierte Treibmittelflüssigkeit wird also ent- 15 mit dem Abzugskanal.
sprechend ihrer Entspannung dem Treibmittelrück- Ein erster Wärmetauscher RS ist unter Zwischenlauf
zugeführt und durch Anzapfung bzw. Abgas- schalten einer Pumpe Ps und eines Ventils F8' mit
wärme aufgeheizt. Durch diese zweckmäßige Anord- dem Ausgang des Abscheiders S verbunden und ernung
wird der Wirkungsgrad der gesamten Vorrich- laubt bei Betrieb unter Spitzenlast das Rückführen
tung wesentlich gegenüber bekannten Vorrichtungen 20 des verdampften und gegebenenfalls überhitzten
erhöht. Treibmittels in die Niederdruckturbine T2.
Durch die Erfindung ist es bei einem Kernenergie- Ein zweiter Wärmetauscher RE1 ist in einer den
kraftwerk mit einfachen und zweckmäßigen Mitteln Aufheizer Ri umgehenden Leitung angeordnet. Diese
möglich, bei gutem Wirkungsgrad Spitzenlasten Leitung enthält Ventile F6' und F7'.
durch eine Gasturbine zu übernehmen, ohne die 35 Ein dritter Wärmetauscher RE2 ist in der Abgaskalorische Leistung des Dampferzeugers zu ver- leitung hinter dem vorhergehenden angeordnet und ändern. umgeht in derselben Weise die Anzapfdampfvor-
durch eine Gasturbine zu übernehmen, ohne die 35 Ein dritter Wärmetauscher RE2 ist in der Abgaskalorische Leistung des Dampferzeugers zu ver- leitung hinter dem vorhergehenden angeordnet und ändern. umgeht in derselben Weise die Anzapfdampfvor-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele wärmer R1 bis Rs. Er kann auch parallel zum
der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Wärmetauscher i?£1 angeordnet sein. Die Um-
F i g. 1 ein Schaltbild eines Druckwasserreaktor- 30 gehungsleitung enthält vor und hinter dem Wärme-Kernenergiekraftwerkes
mit einem in dicken Linien tauscher Ventile F0' und F5'.
dargestellten Gasturbinenprozeß für Spitzenlast mit Zur Übernahme von Spitzenlast wird die Gas-
einem Überhitzer und turbine in Gang gesetzt, und zwar bei offenem
F i g. 2 ein Schaltbild eines einfachen Flüssigkeits- Ventil 9, um den Gegendruck der Abgase zu ver-
reaktors-Kernenergiekraftwerkes mit einem Gas- 35 mindern. Ein beträchtlicher Teil der Spitzenleistung
turbinenprozeß für Spitzenlast mit zwei Überhitzern. ist so — mit üblichem Wirkungsgrad — unmittelbar
In F i g. 1 ist in dünnen Linien ein Kernenergie- verfügbar.
kraftwerk dargestellt, welches einen Kernreaktor RN Nach Schließen des Ventils F9 gehen die Abgase
mit unter Druck stehender Flüssigkeit (z. B. einen durch die Wärmetauscher RS, RE1 und RE2. Dann
Druckwasserreaktor) enthält, dem eine Umwälz- 40 kann das Ventil F8' geöffnet und das Ventil F8
pumpe Pc und ein Wärmetauscher EB, der als Ver- vollständig geschlossen werden, wodurch die verhält-
dampfer für die Treibflüssigkeit von einen Wechsel- nismäßig heiße, aus dem Abscheider S austretende
stromgenerator A treibenden Dampfturbinen T1 und Flüssigkeit erneut verdampft wird und eine zusätzT
T2 dient, zugeordnet ist. liehe Menge Dampf zur Verfügung steht.
Die Niederdruckturbine T2 ist mit einem Konden- 45 Die Dampfmenge, die zur Lieferung eines Teiles
sator C verbunden, aus dem das verflüssigte Treib- der Spitzenenergie des Generators A verfügbar ist,
mittel mit Hilfe einer Pumpe Pe abgezogen wird, das kann weiter vergrößert werden, wenn die Ventile
dann in Anzapfdampfvorwässern R1, R2, R3 mit F0' und F5' sowie die Ventile F6' und F7' geöffnet
Hilfe von durch die Ventile F1 bis F3 gesteuert von werden und gleichzeitig, wenigstens teilweise, die
der Niederdruckturbine abgezapftem Dampf aufge- 50 Ventile F0 bis F7 geschlossen werden. Die Abheizt wird. Die Flüssigkeit, welche noch um die aus zapfung von Dampf zum Aufheizen des kondeneinem
zwischen Hochdruckturbine T1 und Nieder- sierten Treibmittels wird so mehr oder weniger durch
druckturbine T2 angeordneten Abscheider 5 abge- Aufheizen des Treibmittels in den Wärmetauschern
zogene Flüssigkeit vermehrt wird, durchströmt dann RE1 und RE2 ersetzt.
eine Pumpe Pa und nimmt in einem Aufheizer i?4 55 Insgesamt kann durch diese Kombination einer
zusätzlich durch ein Ventil F4 gesteuert von der Gasturbine mit einem Kernenergiekraftwerk Spitzen-Hochdruckturbine
T1 abgezapften Dampf auf, bevor last übernommen werden, und der Wirkungsgrad ist
sie in den Verdampfer EB zurückkehrt. Die Ven- bei Spitzenlast größer als der der Turbine allein,
tile F0 und F5 bis F8 erlauben eine Steuerung der Die Rückkehr zum normalen Betrieb erfordert Verteilung des Flüssigkeitsstromes, wie weiter unten 60 die umkehrten Operationen,
noch näher erläutert werden wird. Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß
tile F0 und F5 bis F8 erlauben eine Steuerung der Die Rückkehr zum normalen Betrieb erfordert Verteilung des Flüssigkeitsstromes, wie weiter unten 60 die umkehrten Operationen,
noch näher erläutert werden wird. Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß
Diese bekannte Vorrichtung, die normalerweise Fig. 2 dient das Treibmittel als Kühlflüssigkeit für
eine im Hinblick auf ihre Kosten ausreichende Lei- den Kernreaktor RN, dem ein Verdampfer B zuge-
stung ergibt, in der der Grad der Überhitzung jedoch ordnet ist. Die Dampfturbine besitzt drei Stufen T1
notwendigerweise gering ist, da Kernreaktoren bei 65 bis T3, zwischen denen sich zwei Abscheider S1
— bezogen auf Dampfturbinen — verhältnismäßig und S2 befinden. Femer sind Anzapfdampfvorwär-
niedrigen Temperaturen betrieben werden müssen, mer R1 bis Rs vorgesehen, in denen die Flüssigkeit
ist mit einer Gasturbine kombiniert, die nicht nur die mit Anzapfdampf aufgeheizt wird. Die Aufheizer R1
und Rä sind der Niederdruckturbine T3 und dem Abscheider
S2 und der Vorwärmer R3 ist der Mitteldruckturbine
R3 und dem Abscheider S1 zugeordnet.
Die Vorwärmer ^1 bis R3 sind zwischen zwei Ventilen
V0 und V5 angeordnet. Weitere Vorwärmer i?4
und R5 gestatten die Ausnutzung von Anzapfdampf aus der Mitteldruckturbine T2 und der Hochdruckturbine
T1. Sie sind in gleicher Weise angeordnet; für die vorliegende Erfindung wird auf sie jedoch
nicht Bezug genommen.
Als Beispiel ist der Gruppe von Vorwärmern R1
bis R5 ein Wärmetauscher RE und den beiden Abscheidern
S1 und S2 jeweils ein Wärmetauscher RS1
bzw. RS.2 zugeordnet. Es ist leicht einzusehen, daß
die Wärmetauscher beliebig in Reihe oder parallel geschaltet werden können.
Durch Verwendung einer Pumpe Ps2 ausreichender
Leistung kann das Druckniveau der aus dem Abscheider S0 abgezogenen und dann verdampften Flüssigkeit
angehoben werden, so daß der gewonnene Dampf in eine Stufe der Turbine, die oberhalb des
betreffenden Abscheiders liegt, eingeleitet werden kann.
Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform unterscheidet sich nicht wesentlich von der in Verbindung
mit Fig. 1 beschriebenen. In beiden Fällen kann durch die Verwendung von Gas-Flüssigkeits-Wärmetauschern
ein beträchtlicher Teil der erheblichen Wärmemenge der Abgase der Gasturbine rückgewonnen
werden, ohne dabei eine nennenswerte Verringerung des Durchsatzes in der Ableitung hinnehmen
zu müssen, wie dies bei Gas-Dampf-Wärmetauschern zur Verbesserung des Wirkungsgrades
einer Turbine der Fall ist, wodurch stets gleichzeitig ein absoluter Leistungsabfall bedingt ist.
Claims (3)
1. Dampfkrafterzeugungsanlage zur Grundlastlieferung, deren Wärmequelle ein Kernreaktor ist
und der zur Übernahme von Spitzenlast ein Gasturbinenprozeß mit davon angetriebenem Spitzen-
leistungsgenerator zugeordnet ist, wobei Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher
vorgesehen sind, in denen die Gasturbinenabwärme zum Aufheizen des in flüssigem Zustand befindlichen Treibmittels
der Dampfkraftanlage vor dem Rücklauf in den Dampferzeuger verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in an sich bekannter Weise wenigstens ein Wasserabscheider (S) zwischen den Stufen der Dampfturbine (T) vorgesehen
ist, an den eine Pumpe (Ps) zum Fördern der austretenden Flüssigkeit in einen von den
Abgasen der Gasturbine (Tg) geheizten Wärmetauscher (RS) angeschlossen ist, dessen dampfabgebende
Auslaßseite mit der Dampfturbine (T3) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (Ps2) den Druck
der aus dem Abscheider (S2) geförderten Flüssigkeit so sehr erhöht, daß der aus dieser Flüssigkeit
erzeugte Dampf einer bei höherem Druck als dieser Abscheider (S2) arbeitenden Turbinenstufe
(T2) zugeführt werden kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der wenigstens eine mittels von der Turbine abgezapftem
Dampf betriebene Aufheizvorrichtung für die kondensierte Treibflüssigkeit und wenigstens
ein parallel an die Treibfiüssigkeitsableitung anschaltbarer, von den Abgasen der Gasturbine
durchströmter Wärmetauscher vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher
(RS, RS1, RS2) zum Aufheizen der aus den Abscheidern
(S, S1, S2) geförderten Flüssigkeit und
die Wärmetauscher (RE, RE1, RE2) zum Aufheizen
der aus dem Kondensator (C) kommenden Flüssigkeit hintereinander in der Abgasleitung
der Gasturbine (Tg) angeordnet sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
»Powes«, 92. Band, Nr. 9 (September 1948),
S. 64 bis 71;
»Powes«, 92. Band, Nr. 9 (September 1948),
S. 64 bis 71;
»Revue Technique Luxembourgeoise«, 49. Band, Nr. 3 (Juli/September 1957), S. 147 bis 164.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR918100A FR1350025A (fr) | 1962-12-10 | 1962-12-10 | Centrale nucléaire perfectionnée, à turbine à gaz combinée permettant la fourniture d'énergie de pointe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1247074B true DE1247074B (de) | 1967-08-10 |
Family
ID=8792492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES88600A Pending DE1247074B (de) | 1962-12-10 | 1963-12-06 | Dampfkrafterzeugungsanlage mit einem Kernreaktor als Waermequelle und einem Gasturbinenprozess fuer Spitzenlast |
Country Status (2)
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DE (1) | DE1247074B (de) |
FR (1) | FR1350025A (de) |
Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
GB0522591D0 (en) | 2005-11-04 | 2005-12-14 | Parsons Brinckerhoff Ltd | Process and plant for power generation |
US8776523B2 (en) * | 2010-12-01 | 2014-07-15 | General Electric Company | Steam-driven power plant |
CN112071457B (zh) * | 2020-08-07 | 2023-04-07 | 西安交通大学 | 一种超临界二氧化碳直接冷却反应堆系统用负荷跟踪方法 |
-
1962
- 1962-12-10 FR FR918100A patent/FR1350025A/fr not_active Expired
-
1963
- 1963-12-06 DE DES88600A patent/DE1247074B/de active Pending
Non-Patent Citations (1)
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None * |
Also Published As
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FR1350025A (fr) | 1964-01-24 |
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