DE1601653B1

DE1601653B1 - Gasturbinenanlage in verbindung mit einem kernreaktor und mit co tief 2 als reaktorkuehl und arbeitsmittel

Info

Publication number: DE1601653B1
Application number: DE19671601653
Authority: DE
Inventors: Rene Dipl-Ing Strub
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1967-07-27
Filing date: 1967-08-05
Publication date: 1972-02-03
Also published as: BE718630A; NL6711873A; CH476372A; ES356264A1; US3579982A; FR1570301A; GB1227580A

Description

und wird durch diese auf den Enddruck der Anlage gebracht. Der Kreislauf ist dabei beispielsweise so ausgelegt, daß das aus dem Kondensator 12 kommende Kondensat bei seiner Druckerhöhung in der Pumpe 13 den kritischen Druck bereits wieder überschreitet, um einen Rekuperator 14 zuzuströmen, in dem es durch die Abwärme des entspannten Arbeitsmittels erhitzt wird, ehe es sich an der Stelle 28 wieder mit der anderen Teilmenge vereinigt.

Diese andere Teilmenge strömt vom Ausgang des MD-Verdichters 3 direkt in den HD-Verdichter 5, wird dort auf seinen Enddruck gebracht und ebenfalls der Stelle 28 zugeführt.

Von dort aus wird die Gesamtmenge beim Durchströmen des Rekuperators 6 ebenfalls von dem in den Rückkühler 10 zurückströmenden, entspannten Gas erwärmt und gelangt zur teilweisen Entspannung in die HD-Turbine 7.

In dem auf die HD-Turbine 7 im Strömungsweg folgenden Kernreaktor 8 wird das CO₂ zwischenerhitzt, ehe es in der ND-Turbine 9 auf den Anfangsdruck entspannt wird und dabei die Nutzleistung erzeugt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Anlagen beschränkt, bei denen die Wärmezufuhr von außen erst und nur von der ND-Turbine 9 erfolgt.

Auf seinem Weg durch die Rekuperatoren 6 und 14 sowie den Rückkühler 10, in dem — ebenso wie in dem Zwischenkühler 2, dem Vorkühler 11 und dem Kondensator 12 — Wärme mit Hilfe eines Kühlmittels, z.B. Wasser, nach außen abgeführt wird, wird das entspannte Gas schließlich auf seinen Ausgangszustand vor dem ND-Verdichter 1 zurückgeführt.

Erfindungsgemäß ist eine Leitung 50 vorgesehen, die ein Absperrorgan 51 aufweist. Sie verbindet die das Kondensat führende Leitung 44 zwischen dem Kondensator 12 und der Pumpe 13 mit dem Gaskreislauf zwischen der HD-Turbine 7 und dem Reaktor 8. Das Absperrorgan 51 kann als einfaches Auf-Zu-Ventil oder als stetig steuerbares Ventil ausgebildet sein. Es ist über die Signalleitung 47 vom Druckregler 45 verstellbar, durch dessen Fühler 46 der Druck des Gases vor dem Reaktor 8 gemessen wird.

Die Lastregelung der Anlage erfolgt vom Lastgeber 36 über die Signalleitung 34, die im gezeigten Beispiel zum Reaktor 8, z. B. zu dem Verstellmechanismus seiner Regelstäbe führt, was nicht weiter dargestellt ist.

Wie bereits erwähnt, wird durch ein Öffnen des Ventils 51 der Reaktoreingang mit dem Kondensator verbunden und auf dessen nur relativ geringen, langsamen Schwankungen unterworfenen Druck gebracht wird. Weiterhin wird dadurch gleichzeitig kaltes CO., in die Reaktoreintrittsleitung eingespeist, was den ReaktorS zusätzlich vor zu hohen Temperaturen schützt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen cot*

Claims

1 2 ratur- und Druckerhöhungen sowie vor Druck-Patentansprüche: Schwankungen, die zu einem Wärmestau und damit ebenfalls zu hohen Temperaturen führen können, zu

1. Mindestens zweiwellige, geschlossene Gas- schützen. Diese Aufgabe wird im Prinzip dadurch turbinenanlage in Verbindung mit einem Kern- 5 gelöst, daß der Druck im CO₂-Kreislauf im Bereich reaktor und mit CO₂ als Reaktorkühl- und Ar- des Reaktors möglichst weitgehend konstant gehalten beitsmittel, mit mindestens einem Verdichter und wird.

einer Turbine je Welle und Zwischenkühlung Es sind zwar ähnliche Gasturbinenanlagen in Ver-

zwischen den Verdichtern undZwischenerhitzung, bindung mit einem Kernreaktor als äußerer Wärme-

z. B. durch den Kernreaktor, zwischen den Tür- io quelle bekannt, bei denen die Eintrittsleitung in den

binen, wobei die ND-Turbine die Nutzlast abgibt, Reaktor über eine mit einem Absperrorgan versehene

und wobei ferner ein Teil des Arbeitsmittels aus Kurzschlußleitung mit einer Stelle tiefsten Drucks

dem Gaskreislauf abgezweigt, durch Wärmeentzug verbunden werden kann. Mit HUfe dieser bekannten

verflüssigt, mindestens auf einen Zwischendruck Kurzschlußverbindung ist es jedoch in keiner Weise verdichtet und dem Hauptkreislauf wieder züge- 15. möglich, den Druck im Bereich des Reaktors auch

führt wird, dadurch gekennzeichnet, nur annähernd konstant zu halten; denn dieser Druck

daß die das Kondensat führende Leitung (44) mit bricht beim Öffnen der Kurzschlußleitung zusammen,

der Eintrittsleitung, in den Reaktor (8) durch eine Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird

Leitung (50) verbunden ist, in der ein Absperr- demgegenüber dadurch gelöst, daß die das Kondensat

organ (51) angeordnet ist, das durch einenDruck- 20 führende Leitung mit der Eintrittsleitung in dem

fühler (46) am Reaktoreingang mittels eines Reg- Reaktor durch eine Leitung verbunden ist, in der ein

lers (45) über eine Signalleitung (47) steuerbar ist. Absperrorgan angeordnet ist, das durch einen Druck-

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, da- fühler am Reaktoreingang mittels eines Reglers über durch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (51) eine Signalleitung steuerbar ist. Vorteühafterweise als Auf-Zu-Ventil oder als stetig steuerbares Ven- 25 kann das Absperrorgan dabei als Auf-Zu-Ventil oder til ausgebildet ist. als stetig steuerbares Ventil ausgebildet sein.

Durch die erfindungsgemäße Leitung kann die Eintrittsleitung in den Reaktor mit dem Kondensator

verbunden werden, der während des Normalbetriebs

30 etwa den gleichen Druck wie der Reaktoreintrittt aufweist und darüber hinaus als Puffer gegen Druckschwankungen dient. Im Kondensator bleibt der

Die Erfindung betrifft eine, mindestens zweiwellige, Druck, der im wesentlichen von der Temperatur des

geschlossene Gasturbinenanlage in Verbindung mit ihn durchströmenden Kühlwassers bestimmt ist, weit-

einem Kernreaktor und mit'CO₂ als Reaktorkühl- 35 gehend konstant bzw. ändert sich allenfalls nur lang-

und Arbeitsmittel, mit mindestens einem Verdichter sam. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird

und einer Turbine je Welle und Zwischenkühlung daher der Druck des Gases am Reaktoreintritt weit-

zwischen den Verdichtern und Zwischenerhitzung, gehend stabilisiert. Weiterhin bewirkt die Einspeisung

z. B. durch den Kernreaktor, zwischen den Turbinen, relativ kalten Kondensats in den Gasstrom vor dem

wobei die ND-Turbine die Nutzlast abgibt, und wo- 40 Reaktor, wenn notwendig, eine rasche Abkühlung

bei ferner ein Teil des Arbeitsmittels aus dem Gas- des Gasstroms.

kreislauf abgezweigt, durch Wärmeentzug verflüssigt, Die Erfindung wird in nachfolgender Beschreibung

mindestens auf einen Zwischendruck verdichtet und eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs-

dem Hauptkreislauf wieder zugeführt wird. beispiels näher erläutert.

Es ist bekannt (USA.-Patentschrift 3 324 652), die 45 Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung in einem Kernreaktor erzeugte Wärme in einer ge- eine erfindungsgemäße Gasturbinenanlage mit einem schlossenen Gasturbinenanlage, in der das als Reak- Kernreaktor und den Elementen für die Einhaltung torkühlmittel dienende CO₂ direkt als Arbeitsmittel eines weitgehend konstanten Drucks am Reaktorverwendet wird, in elektrische Energie umzuformen. eintritt. Dabei sind mechanische Antriebe in der Die Wärmezufuhr von dem Reaktor her erfolgt dabei 50 Zeichnung als Doppellinien, gasförmiges CO₂ fühvorzugsweise in einem mittleren Druckbereich der rende Leitungen als einfache Linien, Kondensat füh-Gasrurbinenanlage, in dem das CO₂ bereits in einer rende Leitungen gestrichelt und Signalleitungen Hochdruck-(HD-)Turbine teilweise entspannt wor- strichpunktiert gezeichnet.

den ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Der Niederdruck- (ND-)Verdichter 1, der mit dem

Kühhnittelleitungen im Reaktor für niedrigere Drücke 55 Generator 15 auf der ND-WeUe 16 der Anlage sitzt,

bemessen werden können. saugt aus dem Rückkühler 10 kaltes, entspanntes Gas

Weiterhin ist es bekannt (schweizerische Patent- an und verdichtet es auf einen Zwischendruck. Über schrift 269 599), das CO₂ in Gasturbinenanlagen so den Zwischenkühler 2 gelangt das Gas dann in den zu führen, daß ein Teil davon aus dem Gasstrom Mitteldruck-(MD-)Verdichter 3, der von der Hochabgezweigt, gekühlt -und verflüssigt wird. Bei einem 60 druck-(HD-)Turbine 7 über die HD-Welle 17 angederartigen Prozeß wird das verflüssigte CO₂ dann, trieben wird. Auf dieser Welle 17 sind weiterhin der vorzugsweise mit einer Pumpe, auf einen höheren HD-Verdichter 5 und die Kondensatpumpe 13 an-Druck gebracht, anschließend erwärmt und mit dem geordnet. Diese kann jedoch auch auf der ND-Welle Gaskreislauf wieder vereinigt. Diese Prozeßführung 16 sitzen,
dient der_; Carnotisierung des CO₂-Kreislaufs. 65 Am Ende des MD-Verdichters 3 wird der Gas-

Der Erfindung liegt die "Aufgabe zugrunde, bei strom in ,zwei Teilströme etwa hälftig aufgeteilt. Die

Gasturbinenanlagen der eingangs genannten Art den eine Teilmenge fließt durch den Vorkühler 11, den

Reaktor im Teillastbetrieb vor unzulässigen Tempe- Kondensator 12 und die Leitung 44 zur Pumpe 13