DE1551270A1 - Verbundkraftwerk aus Kernkraftwerk mit nachgeschaltetem fossilem UEberhitzer - Google Patents

Description

• Verbundkraftwerk aus Kernkraftwerk mit nachgeschaltetem tossilen Überhitzer In'einem Elektrizitätsverbund mUssen bekanntlich die Kraftwerke mit den niedrigsten Arbeitskosten zur Grundlast eingesetzt werden, wobei die festen Jahreskosten über dem Mittelwert aus allen Kraftwerken liegen können. Für den Mittellastbereich sollen Kraftwerke mit mittleren und fUr die Spitze solche mit den niedrigsten Anlagekosten verwendet werden. Bei letzteren spielen die Arbeitskosten wegen der geringen Ausnutzungsdauer eine untergeordnete Rolle. - Das sind zwar wirtschaftliche Überlegungen, die jedoch Voraussetzung sind für anlagemäßige und betriebsmäßige Einfachheit.
• Die einfachste Lösung fUr einen derartigen Blektrizitätsverbund wäre, diese drei Krattwerksarten in einem gemeinsamen - 2 - Block zu vereinigen. Bei der Grund- und Mittellast ist dies bekanntlich in Form eines Verbundkraftwerkes aus Kernkraftwerk mit Reaktor, Dampfumformer mit nachgeschaltetem foseil beheizten Überhitzer für eine Heißdampfturbine schon vorgeschlagen worden. - Die Erfindung geht aus von einem derartigen Kernkraftwerk mit nachgeschaltetem fossilen ÜberhItzer. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verbundkraftwerk auf einfache Weise auch für den Spitzenlastbetrieb einzurichten. Die Erfindung betrifft ein Verbundkraftwerk mit fUr die Grundlast ausgelegtem Kernkraftwerk aus Reaktor, Dampfumformer für den Reaktordampf und Heißdampfturbine mit dem Reaktor nachgeschaltetem, tosail beheizten Überhitzer fUr den Mittellastbetrieb. Die Erfindung besteht darin, daß zusätzlich ein dem Überhitzer parallel geschalteter, foseil beheizter Dampfkessel vorgesehen und dessen Dampf fUr den Spitzenlastbetrieb In die Heißdampfturbine des Kernkraftwerken einführbar' ist. - Wesentlich für das erfindungsgemäße Verbundkraftwerk ist demnach offenbar, daß eine Heißdampfturbine für verschiedene Lastfälle kumulativ von drei verschiedenen Wärmequellen gespeist wird: 1) erstens tUr die Grundlast mit billiger Reaktorwäzine 2) für die Mittellast mit teurerer, aber im Wirkungsgrad günstiger Überhitzunggwärme, 3) fUr die Spitzenlast mit teurerer und im Wirkungsgrad - 3 - mäßiger, fossiler Wärme, aber mit niedrigen Anlagekosten.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der der Dampf aus dem zusätzlichen Dampfkessel auf besonders einfache Weise in die Heißdampfturbine des Kernkraftwerkes einführbar ist, ist dadurch gekennzeielmet, daß der zusätzliche Dampfkessel als Hochdruckdampfkessel ausgelegt ist und mit Hilfe eines zugeordneten Dampfstrahlapparates oder Turboverdichters der Reaktvordampf aus dem Überhitzer zusammen mit dem Hochdruckdampf des zuscKtzlichen Dampfkessels in die Heißdampfturbine des Kernkraftwerkes einführbar Ist. Ein weiterer erfindungswesentlicher VorsChlag besteht darin, die Anordnung so zu trefi,8r-, daß ti-#e Heißdampf-

  turbine für den Reaktordampf alle r, s#iiGg St Tur-

  bine ist dabei vorzugsweise eine 1 t# i

  Heißdampfmaschine mit Frischdampf-Zwischenüberliit---,.2--#g, J141,1

  nach den gegebenen Betriebsbedingungen für die Grur.,#dlast optimiert wird.
• Im einzelnen erfolgen Gestaltung und Auslegung des Verbundkraftwerkes im Rahmen der Erfindung nach bekannten Regeln. Da die maximale Reaktor-Kühlmitteltemperatur bei Wasserreaktoren etwa 300 0 C beträgt und eine normale Heißdampfturbine benutzt werden soll, ist der Frischdampfdruck bei reinem Reaktorbetrieb mit etwa 30 ata relativ niedrig. Bei Einschaltung des fossil beheizten Überhitzers soll der Dampfumformer Sattdampf liefern. Deshalb steigt auch der Sekundär-Dampfdruck auf einen durch d26e Reaktor-Kühlmittel-Temperatur gegebenen wirtschaftlichen Wert von etwa 50 ata an. Für diesen Druck, einer Überhitzertemperatur von etwa 5500C sowie die durch die Reaktorleistung gegebene Sattdampfmenge wird die Schluckfähigkeit der Heißdampfturbine bei völlig geöffneten Einlaßventilen ausgelegt. Da durch diese Heißdampfturbine erfindungsgemäß zusätzlicher Dampf aus dem zusätzlichen Dampfkessel zu schicken ist, so muß der gesamte Frischdampfdruck erhöht werden. Der maximale SattdampfdrueX aus dem Dampfumformer ist durch die gegebene Temperatur des ReaktorkUhlr mittels begrenzt. Erzeugt man in dem Zusatzdampfkessel aber nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung hochgespannten Dampf, und benutzt man diesen in einem Dampfstrahlverdichter als Treibdampf, so läßt sich der Reaktordampf auf einfache Weise auf einen höheren Druck bringen. Durch diese Maßnahme erfolgt keine Wirkungsgradverschlechterung am heißen Ende der Heißdampfturbine, wo hingegen sich der Kondensatordruck proportional der vergrößerten Dampfmenge erhöht und dadurch eine geringfügige Verschlechterung des Wirkungsgrades am kalten Ende der Turbine eintritt., was ohne weiteres in Kauf genommen werden kann. - Die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Verbundkraftwerkes wird weiter unten ausführlicher erläutert. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind nicht nur darin zu sehen, daß erfindungsgemäß ein Verbundkraftwerk aus Kernkraftwerk mit nachgeschaltetem foseilen Überhitzer auf einfache Weise auch für den Spitzenlastbetrieb eingerichtet werden kann, sondern auch darin, daß das erfindungegemäße Verbundkraftwerk fUr Katastrophenfälle, z.B. ausgefallenen Reaktor, ausgefallenen Überhitzer, leicht eingerichtet werden kann, so daß auch in solchen Katastrophenfällen der Leistungsbetrieb aufrechterhalten werden kann. In der Ausführungsform für Katastrophenbetrieb mit ausgefallenem Reaktordampf ist ein Vorschlag der Erfindung dadurch gekennzeichnet" daß dem zusätzlichen Damptkessel ein HeißdampfkUhler zugeordnet ist und der auf Sättigungstemperatur gebrachte Heißdampf mit Hilfe des Dampfstrahlapparaten oder des Turboverdichters durch den fossil beheizten Überhitzer in die Heißdampfturbine des Kernkrattwerkes einfUhrbar ist. So kann ohne weitere zusätzliche Aufwendungen die volle Wärmeleistung einen Überhitzers ausgenutzt werden., wenn die Versorgung mit Reaktordampf ausfällt. Fällt der foaalle Überhitzer aus, so schlägt die Erfindung vor, die Anordnung so zu treffen, daß der Reaktordampf mit Hilfe des Dampfstrahlapparates oder des Turboverdichtern zusammen mit dem Dampf des zusätzlichen Hochdruckdampfkessels bei hohem Druck in die Heißdampfturbine des Kernkraftwerkes einfUhrbar ist. Im Ubrigen ist von Vorteil, daß man bei dem zeitlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Verbundkraftwerkes sehr flexibel ist. Man kann beispielsweise mit dem reinen fossilen Kraftwerk beginnen und nach entsprechendem Leistungsbedarf im Netz den Reaktortell errichten. Dadurch ist auch die Finanzierung erleichtert. Die spezifischen Anlagekosten für die Mehrleistung durch den späteren Zubau des Reaktorteiles sind relativ niedrig und dUrften beträchlich unter denjenigen einen modernen konventionellen Wärmekraftwerken liegen. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein AusfUhrungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt das Schaltschema eines erfindungsgemäßen Verbundkraftwerkes.
• Im Schaltschema bezeichnet 1 einen Reaktor, dem ein Dampfumformer 2 mit Zwangsdurchlauf zugeordnet Ist. Mit 3 Ist die Reaktor-Umwälzpumpe., mit 4 die übliche Druckerhöhungspumpe für den ZwischenUberhitzer 7 bezeichnet worden, der der Heißdampfturbine 6 zugeordnet Ist, die auf den Generator 8 arbeitet. Vor der Heißdampfturbine 6 liegt der tonalle Überhitzer 5. Der Heißdampfturbinebist In Ublicher Weise der Kondensator 9 nachgeschaltet. Mit 10 Ist die übliche Niederdruckspeisepumpe bezeichnet worden, 11 bezeichnet den Entgaser, 12 die Hochdruckspeisepumpe und 13 einen toseilen Hochdruckdampfkessel. Diesem Ist Im Schema ein Dampfstrahlverdichter 14 zugeordnet. 15 bezeichnet einen HeißdampfkUhler und 16 eine Hochdruckspeisepumpe tUr den Damptkensel. .
• In das Leitungeschema sind die folgenden Ventile eingezelchnet worden: Vl Sekundärdamptventil" V2 Überhitzerumgehungsventil, V3 Überhitzerabsperrventil, V4 Dampfstrahlerventil, V5 Überhitzerdampfventil., V6 ZwischenUberhitzerventil, V7 Dampfkesselventil, V8 HeißdampfkMUerventil, Vg Einspritzwasserventil, V10 Umgehur«i3ventil fUr den Dampfkessel" V11 Speisewasserventil für den Dampfumformer, V12 Speisewasserjentil für die Dampfkesselpumpe.

  Man entnimt aus diesem Sehen. a, daß dem

  mit fUr die Ginindlast ausgelegtem Ker3 kraf twerk- a72#,.# 1

  Dampfumfozi»--r 2 fUr den Reaktordampf . Heißdampf tarr uj#,r-",

  dem Reaktor 1 nachgeschaltetem, fossil beheizten Überhitzer 5 für den Mittellastbetrieb ein dem Überhitzer 5 parallel geschalteter fossil beheizter Dampfkessel 13 zugeordnet ist wobei dessen Dampf' fUr den Spitzenlastbetrieb in die Heißdampfturbine 6 des Kernkrattwerkes einführbar ist. Der zusätzliche Dampfkessel 13 Ist als Hochdruckdampfkessel ausgelegt. Mit Hilfe des zugeorKlmten Dampfstrahlapparates 14 oder auch mit Hilfe eines Turboverdichters kann der Reaktordampf aus dem ÜberhItzer 5 zusammen mit dem Hochdruckdampf dieses zusätzlichen Damptkessels 13 in die Heißdampfturbine 6 des Kernkraftwerkes eingefahren werden. Die Heißdampfturbine 6 Ist für den Reaktordampf allein ausgelegt. So kann die gesamte Dampfmenge aus dem Überhitzer 5 und dem Zusatzdampfkessel 13 im wesentlichen durch die für den Reaktordampf allein ausgelegte Heißdampfturbine 6 strömen.
• Im folgenden werden die verschiedenen Betriebsweisen des erfindungsgemäßen Verbundkraftwerkes im einzelnen erläutert: 1) Heaktorgrundlastbetrieb Das in dem Reaktor 1 erwähnte Kühlmittel erzeugt in dem Dampfumformer 2, der als Zwangedurchlauf-Wärmeaustauscher ausgebildet ist, nicht radioaktiven leicht überhitzten Sekundärdampf. Dieser strömt unter Umgehung des fossil beheizten Überhitzers 5 durch das Ventil V2 und V5 der Turbine 6 zu. In dem Zwischenüberhitzer 7 wird der teilweise entspannte Dampf durch das Reaktor-Kühlmittel wieder aufgeheizt, um anschließend Im Niederdruckteil der Turbine auf Kondensatordruck entspannt zu werden. 2) Mittellastbetrieb, Reaktor und fossil beheizter Überhitzer In dem Dampfumformer 2 wird jetzt Sattdampf von ea. 50 ata erzeugt, der In dem fossil beheizten Überhitzer 5 auf etwa 5500C Uberhitzt wird. In der Turbine wird dieser Dampf ohne ZwischenUberhitzung auf Kondensatordruck entspannt. - Da im Überhitzer 5 nur Überhitzerwärme zugefUhrt wird" Ist der thermodynamische Wirkungsgrad dieses Prozesses sehr gut und erreicht etwa 45% und liegt somit besser als bei den modernsten konventionellen Dampfkraftwerken, wobei die spezifischen Anlagekosten fUr den Überhitzerprozess etwa nur halb so hoch sind. Spitzenlastbetrieb, Reaktor, fossil beheizter Überhitzer und Zusatzdampfkessel In einem Zusatzdampfkessel 13 wird hochgespannter und überhitzter Dampf erzeugt. Dieser Dampf wird in dem Dampfstrahlverdichter 14 als Treibdampf benutzt. Er saugt über das Ventil V4 den überhitzten Reaktordampf an und verdichtet ihn auf einen höheren Druck, so daß die gesamte Menge aus dem Dampfumformer 2 und dem Zusatzdampfkessel 13 durch die unveränderte Turbine strömen kann. Auch das kalte Ende der Turbine bleibt unverändert; dadurch entsteht ein geringfügiger Gefälleverlust infolge höheren Kondensatordrucke. Da der Kondensatordruck höher wird, kann auch die Kühlwasserversorgung unverändert bleiben, weil die größere Wärmemenge., die bei Spitzenlastbetrieb abzuführen ist, durch eine Erhöhung der Kühlwassererwärmung erfolgen kann. Bei Kühlturmbetrieb ist dies möglich, ohne daß die KUhltürme vergrößert werden müssen. Bei Frischwasserkühlung aus öffentlichen Gewässern darf eine bestimmte Kühlwassererwärmung nicht Uberschritten werden, so daß die Kühlwassermenge in diesem Falle erhöht werden müßte. Mehrkosten für die Anlage bei Spitzenlast werden sich nur durch den Zusatzdampfkessel, den Dampfstrahlverdichter mit den entsprechenden Rohrleitungen und Armaturen, die Vergeößerung den Generators und den zusätzlichen Maschinentransformator ergeben. Sie dUrften spezifisch sehr niedrig liegen. 4) Ausfall des foseil beheizten Überhitzers, Betrieb mit Reaktor und Zusatzdampfkessel Der Dampfumformer wird nach Lastfall 1) gefahren, d.h., mit leichter Überhitzung des Sekundärdampfes bei etwa 30 ata. Der Sekundärdampf strömt unter Umgehung des Überhitzers über das Ventil V2 und V4 in den Strahlverdichter 14, wird dort durch den Zusatzdampf aus dem Dampfkessel 13 verdichtet und gelangt dann mit einer relativ niedrigen Überhitzung in die Turbine 6. Deshalb muß mit Rücksicht auf die Endfeuchte der Turbinendampf vor dem Niederdruckteil in dem Zwischenüberhitzer 7 wieder auf höhere Temperaturen gebracht werden.
• 5) Ausfall des Reaktors" Betrieb mit Zusatzdampfkessel und Überhitzer Das Speinewasserventli Vil und Ventil Vl fUr den Reaktordampf sind geschlossen. Der Dampf aus dem Dampfkeasel 13 geht über den Strahlverdichter 14 und das Ventil V8 In den Heißdampfkühler 15, wo er durch Speisewasser über das Ventil Vg auf Sattdampftemperatur abgekühlt wird. Er fließt dann durch den Überhitzer 5, wird dort auf etwa 5500C Uberhitzt und dann Uber das Ventil V4 zum Dampfstrahlverdichter 14. Bei dieser Schaltung dient der Dampfstrahlverdichter dazu, den Druckverlust im Überhitzer 5 zu kompensieren. Der ttberhitzer kann jetzt ohne komplizierte Umschaltungen und Aufteilung In Verdampfer-und Uberhitzerteil mit seiner vollen Wärmeleistung zur Dampferzeugung eingesetzt wer den. 6) Ausfall des Reaktors und des fossil beheizten Uberhitzers Betrieb mit Zusatzdampfkessel allein Der im Zusa:tzkessel 13 erzeugte Dampf geht direkt über den Strahlverdichter 14, der auch umgangen werden könnte, in die Turbine 6.

Claims (2)

1. A n s p r U c h e erbundkraftwerk mit für die Orundlast ausgelegtem Kern--#r#.Vtwerk aus Reaktor, Dampfumformer für den Reaktordampf und Heißdampfturbine mit dem Dampfumformer nachgeschaltetem, foseil beheiztem Überhitzer für den Mittellastbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Überhitzer (5) paralleigeschalteter fossil beheizter Dampfkessel (13) vorgesehen und dessen Dampf für den Spitzenlastbetrieb In die Heißdampfturbine (6) des Kernkraftwerkes einführbar ist.
2. 2. Verbundkraftwerk nach Anspruch 1" dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Dampfkessel (13) als Hochdruckdampfkessel ausgelegt ist und mit Hilfe eines zugeordneten Dampfstrahlapparates (14) oder eines Turboverdichters der Reaktordampf aus dem Überhitzer (5) zusammen mit dem Hochdruckdampf des zusätzlichen Dampfkessels (13) In die Heißdampfturbine (6) des Kernkraftwerkes einführbar ist. 3. Verbundkraftwerk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet., daß in Kombination dazu die Heißdampfturbine vorzugsweise eine gleitdruckgeregelte Heißdampfmaschine mit Zwischenüberhitzung (7), für den Reaktordampf allein ausgelegt ist. 4. Verbundkraftwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3,in der Ausführungsform für Katastrophenbetrieb mit ausgefallenem Reaktordampf, dadurch gekennzeichnet, daß dem zusätzlichen Dampfkessel (13) ein HeißdampfkUhler (15) zugeordnet ist und der auf Sättigungstemperatur gebrachte Heißdampf mit Hilfe den Dampratrahlapparaten (14) oder den Turboverdichtern durch den tossil beheizten Überhitzer (5) in die Heißdampfturbine (6) den Kernkraftwerken einfUhrbar Ist, 5. Verbundkrattwerk nach den AnsprUchen 1 bis 3 in der AusrUhrungsrorm tUr Katantrophenbetrieb mit ausgefallenern tonallen Überhitzer dadurch gekennzeichnet" daß der Reaktordampf mit Hilfe den Dampretrahlapparaten (14) oder den Turboverdichters zusammen mit dem Dampf den zusätzlichen Hochdruckdamprkenseln (13) bei hohem Druck In die Heißdampfturbine (6) den Nernkrartwerken einführbar Ist,