DE1915039A1

DE1915039A1 - Dampferzeuger fuer Dampfkraftanlagen mit Beheizung durch Kernenergie

Info

Publication number: DE1915039A1
Application number: DE19691915039
Authority: DE
Inventors: Bredtschneider Dr-Ing Walter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-04-17
Filing date: 1969-03-25
Publication date: 1970-02-26
Also published as: AT328571B; CH488965A; US3682772A; FR2006362A1; ATA373068A; DE1915039B2; DE1915039C3; GB1247228A

Description

Dampferzeuger für Dampfkraftanlagen mit Beheizung durch Kernenergie

Es wird die Priorität der öaterreichi sehen Anmeldung A 3730/68 vom 17*4.1968 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht eich auf einen Dampferzeuger für Dampfkraftanlagen mit Betrieb durch Kernenergie, bei dem gemäß dem Dampfumwälzverfahren die Uberhitzungswärme einer Teilmenge des erzeugten Dampfes zur Verdampfung des Speisewassers herangezogen wird» wie dies beispielsweise beim Prinzip des Löffler-Kessela bekannt ist. Ein Dampferzeuger im Sinne des Löffler-Kessels enthält im allgemeinen eine Kesseltrommel mit einem Wasser- und einem Dampfraum, wobei laufend überhitzter Dampf in den fasserraum der Kesseltrommel eingeleitet wird, so daß auf diese Weise ständig eine Verdampfung des zugeführten Kesselspeisewassers stattfindet. Der den Heizflächen des Kessels zügeführte Naddampf wird dort Überhitzt, wobei ein Teilstrom des überhitzten oder vorüberhitzten Dampfes abgezweigt und zur Neubildung von Dampf herangezogen wird.

Sin Kessel dieser Art unterscheidet sich von Kesseln sonst Üblicher Bauart im wesentlichen dadurch, daß er nur Überhitzerheizflachen, nicht aber wasserführende Heizflächen aufweist. Auf diese Weise eignet sich ein derartiger Kessel besonders zur Beheizung durch Kernenergie, da der so erzeugte Dampf unmittelbar der Kraftmaschine zugeleitet werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im Sinne dieses Prinzips arbeitenden Kessel zu verbessern.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Dampferzeuger der

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geschilderten Art der zua Verdampfen dta Speisewasser« dienende Behälter in das Reaktor-Druckgehäuse alt slnbezogeiv, insbesondere mit diesem in der Weise vereinigt ist, ds3 sich der Reaktorkern im Dampfraun dieses Behälters befindet. Dadurch besteht der Vorteil, daß kein zusätzlicher Druckbehälter mehr erforderlich ist und auch entsprechende Leitungen zur Verbindung der Kesseltromrael mit dem Druckgehäuse des Reaktors entfallen. Im allge-* meinen sind die Abmessungen des Beaktordruckgehäuses so beaessen, daß im unteren Teil dieses Gehäuses noch ausreichend Platz vornanden ist, um dort einen Wasserstand für das Speisewasser auszubilden, von wo aus denn die Verdampfung erfolgt.

Wenn der Reaktorkern ia Rahmen der Erfindung innerhalb des w Dampfräumes des zum Verdampfen des Speisewasaere dienenden Behälters angeordnet i3t, so ist es tob Vorteil, daß der Reaktorkern von dem umlaufenden Daapf von oben nach unten durchströmt wird· Dabei kann der umlaufende Dampf von einer DaapfumwäIzpumpe oder mehreren solchen Daapfgebläsen in einen oberhalb des Reaktorkernes angeordneten Sattdampf-Samaelkssten gefördert werden, wobei der aus dem Reaktorkern unten austretende Heizdampf in einen entsprechenden Heißdampfsammelkasten strömt» aus dem ein Teil des Dampfes zum Dampfverbraucher geleitet wird, beispielaweile in einer Turbine entspannt wird. Der Rest des Heizdampfes kann nun Über eine Anzahl von Düsen in den Wasserraum des Behälters geführt werden, wo der Daapf seine Uberhitzungswärme abgibt und dadurch neuen Sattdaapf erzeugt.

Um die Oberfläche des la unteren Teil des Behälters befindlichen Wassers zu vergrößern, können durch entsprechende Einbauten ein oder mehrere Wasserwannen übereinander gebildet werden, wobei der eingeführte Heißdaapf auf die verschiedenen Wasserräume verteilt wird. Die über den Wasserspiegeln angeordnete Heizdampf~ verteilereinrichtung läßt sich ale Tropfenfänger und Tropfenverdampfer für aus den Wasserspiegeln mitgerissene Wassertropfen ausbilden.

Es kann weiterhin von Vorteil sein, das gesaate Speisewasser in

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die obere Waaaerwarate einzuleiten, so daß das Speisewasser, soweit es nicht bereit» in der obersten Wanne verdampft ist, kaskadenartig von einer Wanne in die nächst niedrigere Überläuft, wobei urnun der Vorteil besteht, daß die Wasserstandsregelung nur in diera untersten Wasserraum vorhanden sein muß und die Regelung der Speisewassermenge auf diese Weise besondere vereinfacht werden kann.

Der über dem Reaktorkern befindliche Dampf raum des Reektorgehäuses kann von dem übrigen Dampfraum abgeteilt werden, so daß er unmittelbar als Sammelraum für den in den Reaktorkern eintretenden Sattdampf dient. Die DampfUmwälzpumpen im Dampfrau* des Gehäuses fördlern dien angesaugten Sattdampf in den Über des Reaktorkern befindlichen Sammelraum, wobei gegebenenfalls die Antriebswellen iieser Ptiapen nach außen hin durchgeführt sind, so daß die Antriebsmaachinen der Pumpen sich außerhalb des Druck· behälters befinden. Der Dampfumlauf kann für sich allein oder aber auch zusätzlich dtoeh DampfStrahlpumpen bewerkstelligt werden, wobei Dampf von höherem Druck als dem Druck des Umlaufdampfes als Treibmittel heranzuziehen ist* Der Dampf höheren Druckes läßt sieh getrennt in Oberflächen-Wärmeaustauschern erzeugen, in denen d>er zu den Waaaerräumen geführteHeißdampf einen Teil seiner iberiiitzungawärme als Heizmittel abgibt» Ein solcher Oberflächen-läreeauatauscher läßt sich ebenfalle innerhalb des Dampfraumes dies Reaktorgehäuses an geeigneter Stelle anordnen.

Es ist aber auch möglich, den OberflächenirärmeaUBtauscher und die Dampfstrahlpumpe bzw. die DampfStrahlpumpen außerhalb des Reaktorgehäuses anzuordnen, wobei der durch den Dampf höheren Druckes betriebene Injektor den aus den OberflächenWärmeaustauscher austretenden leüdampf ansaugt und in die Waaserräume des Kessels fördert. Im diesem Falle erhält der Oberfläch en-Wärmeaustauscher mit Vorteil eine zusätzliche Außenbeheizung, so daß dieser zur Anwärmung dies Gesamtsystems und zur Ingangsetzung der Umlaufströmtiiig ilenen oder zumindest mit herangezogen werden kann. Der bus dieme Oberflächen-Wärmeaustauscher austretende teilweise abgekühlte Bampf kann aber auch von einer Dampf-

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Umwälzpumpe angesaugt werden, die ihn in die Wasuerräurae deu Kessels zurUckpumpt. Diese Umwälzpumpe läßt eich von einer Gegendruckturbine antreiben, die als Antriebsclampf den im Oberflächenwärneaustauacher erzeugten Dampf höheren Druckes erhält und deren Auspuffdampf dem von der Dampfumwälzpumpe geförderten Umlaufdampf zugemischt wird.

In vielen Fällen muß aan damit rechnen» daß im Zentrum des _; . Reaktorkerns eine stärkere Wärmeentwicklung stattfindet als in den Randzonen. Man hat dsher schon daran gedacht, im Zentrum des Kerne eine verstärkte Kühlwirkung zu bewerkstelligen. Im Rahmen der Erfindung kann die verstärkte Kühlung im Innern des Kerne dadurch bewirkt werden, daß der Heißdampf-Aufnahmeraum w unterhalb des Reaktorkerne konzentrisch unterteilt wird, so daß auf diese Weise aus der einen Kammer der Verbrauchsdampf abgezogen und aus der anderen Kammer dar Heißdampf in den Wasserrauffi eingeleitet werden kann« Sie beiden Kammern lassen sich gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Absperrorganes miteinander verbinden.

An Hand der Zeichnung aoll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, schematischer Darstellung. Gleiche oder einander entsprechende Teile aind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeiepiel stellt das Druekgehäuae 1 gleichzeitig den Behälter zur Dampfbildung der, der der Trommel eines Löffler-Kessel« entspricht. Im Dampf- . raum dieses Behälters befindet eich der Reaktorkern 2, während im unteren Teil des vom Druckgehäuae 1 eingeschlossenen Raumes sich bei 3 ein Wasserstand ausbildet· Das Speisewasser wird von außen her bei 4 in Richtung dee Pfeiles 5 zugeführt« Durch Einleitung von Heißdampf in den Waaaerraum 3 wird laufend Öattdampf erzeugt, der durch Dampfpumpen 6 und 7 länge der Wege B und 9 angesaugt und Über die Leitungen 10 und 11 in einen oberhalb des Reaktorkern & 2 angeordneten 8ettdampfeammelkasten 12 . gefördert wird. Der aue des Reaktorkern unten austretende Heißdampf strömt in einen Heißdampf sammelkasten 13« aus dem ein

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Teil des Sampfes Über die Leitung 15 in Richtung, des Pfeiles 14 nach außen hin zu einer Dampfturbine oder einem anderen Dampfverbraucher abströmt, während der Rest des Heißdampfes Über eine Vielzahl von Leitungen 16 zu Düsen 17 innerhalb des Wasaerraumea 3 gelangt, wo jetzt neuer Sattdampf erzeugt wird.

Bei dem in Figur 2 dargestellten AusfUhrungsbelapiel ist die Wasseroberfläche dadurch vergrößert, daü Wannen 18 und 19 oberhalb de υ Wasi.errauaes 3 angeordnet sind, wobei dan Speisewasser über die Leitung 4 zunächst in die obere Wanne 18 gelangt und dann kaskadenartig überlaufend zur Wanne 19 und schließlich in den unteren Raum 3 gelangt. Die Wasserstandsregelung zur Steuerung der zugeführten Speisewassermenge beschränkt aich dabei auf Einhaltung des Wasserstandes 3.

Bei dem in Figur 3 dargestellten AuaführungsbeisDiel sind die Dampfzuleitungen 41 bis 44 für die übereinanderliegenden Wannen als Tropfenfänger und Tropfenverdampfer ausgebildet* Der über dem Reaktorkern in Figur 1 und 2 dargestellte Sammelkasten 12 kommt hierbei erst im Sinne des Raumes 12 a zur Geltung» da der Dampfraum des Reaktorgehäusea durch die Wände 45» 46 jetzt von dem übrigen Dampfraum abgeteilt ist. Die Antriebsmaachinen für die Dampfgebläse 6 und ? sind übrigens bei allen Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 außerhalb des Druckgehäuaea 1 angeordnet und mit 20 und 21 bezeichnet.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Dampfuelauf durch DampfInjektoren 22 und 23 bewerkstelligt, wobei als Treibdampf Daapf höheren Druckes in Oberflächen-färaeaustauschern 24 und 25 erzeugt wird. Xn diesen Wärmeaustauschern gibt dar zu den Was8erräumen geführte Heißdampf einen Teil seiner Überhitzungswäraeala Heiaaittel ab.

Bei dem in Pigur 5 dargestellten Auaführungabeiapiel aind Oberflächen-Wäratauatauacher 26 und Dampfstrahlpuape 27 außerhalb des Reaktorgehäuaea 1 angeordnet« wobei der durch dan Dampf höhere» Druckea betriebene Injektor 27 den aus das Oberflächen-Wäraeauatauacher 26 Über die leitung 28 austretenden Heißdaapf ansaugt und in dia Waaaerräuae des Kessais fördert.

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Dabei kann eier Oberfllchenwäreetauscher 26, wie durch die Pfeile 29 angedeutet ist, eine zusätzliche AuSenbeheizung erhalten, ao daß auf diese Weise eine Anwäraung de· Gesamtayatems erfolgt* Außerdem kann der Kessel auf diese Weise angefahren «erden.

Bei dem in Figur 6 dargeatellten AusfUhrungsbeispiel wird der aus dem Oberflächen-Wärmetauseher 26 Über die Leitung 28 austretende teilweise abgekühlte Dampf τοη einer Dampfumwälzpumpe 30 angesaugt, die ihn Über die Leitung 31 in die Wasserräuae des Kessels zurückpumpt, wobei die Uswälzpuape 30 von einer Gegendruckturbine 32 angetrieben wird, die als Antriebsdaepf den im Oberflächenwäraeauetauscher erzeugten Dampf höheren Druckes über die Leitung 33 zugeführt erhält. Der Abdampf der Turbine 32 wird über die Leitung 34 dem τοη der Dampfumwälzpumpe 30 geförderten Umlaufdampf zugemiecht.

Figur 7 zeigt schließlich noch ein AuefUhrungebeispiel, bei dem mit einer stark unterschiedlichen Wärmesafteilung im inneren Bereich des Reaktorkerns im Gegensatz zu seinem peripher®» Bereich zu rechnen ist. Der Heifldampfaufnehmer«^« J, at hier unterhalb des Reaktorkerne 2 konzentrisch unterteilt, so daß sich um einen Mittelraum 35 herum konzentrisch ein Außenraum 36 ergibt. Ua beim An- und Hochfahren des Kesselet wenn noch kein Verbrauchsdampf entnommen wird» eine Kühlung des gesamten Reaktorkerne zu erreichen, sind die beiden Kammern 35 und 36 durch eine mit einem Absperrorgan 3d versehene Leitung 39 miteinander verbunden.

18 Patentansprüche
7 figuren

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Claims

Patentansprüche

Dampferzeuger für Dampfkraftanlagen mit Beheizung durch Kernenergie« bei dam die Überhitzungewärme einer Teilmenge des erzeugten Dampfes zur Verdampfung des Speieewaaaers z.B. nach Art des Löffler-Kessel-Prinzipe herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Verdampfen des Speisewassere dienende Behälter in das Reaktor-Druckgehäuse mit einbezogen, insbesondere mit diesem in der Weise vereinigt ist, daß sich der Reaktorkern im Dampfraum dieses Behälters befindet·

Dampferzeuger nsch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorkern vom umlaufenden Dampf von oben nach unten durchatrömt wird.

Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das der umlaufende Dampf von einer oder mehreren Dampfumwälzpumpen in einen oberhalb des Reaktorkerns angeordneten Sattdampf-Sammelkasten gefördert wird.

Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dea Reaktorkern nach unten hin austretende Heißdampf in einen Heißdampf-Sammelkaeten strömt, aus dem ein Teil des Dampfea nach außen sum Dampfverbraucher geleitet wird, während der last des Heißdampfea über eine Anzahl von Düsen in den Waaaerraum des Behälters gelangt. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserraum in der Weise unterteilt ist, daß oberhalb einem unteren Wssserspiegels aine oder mehrere Waaserwannen Übereinander angeordnet sind, die eine Vervielfachung der Waaserapiegeloberfläche bewirken.

Dampfersauger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeführte Heißdampf auf die einzelnen Wasserräume verteilt wird.

Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dia über dem Waaaerraum angeordnete Heißdampf-Verteilereinrichtung als tropfenfänger und Tropfenverdampfer für aua den Wasserspiegeln mitgerissene Wassertropfen ausgebildet 1st.

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8. Dampferzeuger nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet« daß das gesamte Speisewasser in die obere Wasserwanne eingeleitet wird, wobei das nicht verdampfte Speisewasser kaskadenartig in die nächst niedrigere Wanne lauft.

9. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb des Reaktorkerns befindliche Dampfraum des Reektorgehäuees von dem Übrigen Dampfraum in der Weise abgeteilt ist, daß er unmittelbar als Sammelraum für den in den Reaktorkern eintretenden Settdampf dient.

10. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die DampfUmwälzpumpen im Dampfraum des Behälters angeordnet sind, während ihre zugehörigen Antriebsmaschinen

" sich außerhalb des Druckgehäuses befinden.

11. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß für den Dampfumlauf DampfStrahlpumpen verwendet oder mit verwendet sind, die mit Dampf von höherem Druck als dem Umlaufdampf betrieben sind.

12. Dampferzeuger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der als Treibmittel für die Dampfstrahler dienende Dampf höheren Druckes in Oberflächen-Wärmeaustauschern erzeugt ist, in denen der zu den Waeserräumen geführte Heizdampf einen Teil seiner überhltzungswärae als Heizmittel abgibt.

13. Dampferzeuger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen-Wärmeaustauscher innerhalb des Dampfraumes des Reaktorgehäuses angeordnet ist.

14. Dampferzeuger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen-Wärmeaustauscher, gegebenenfalls auch der Injektor, der den aua dem Oberflächen-Wärmeaustauscher austretenden Heißdampf ansaugt und in die Wasserräume des Kessels fördert, außerhalb des Reaktorgehäuses angeordnet sind.

15. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflachen-Wärmeaustauscher mit einer zusätzlichen Beheizung versehen ist·

16. Dampferzeuger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Oberflächen-Wärmeaustauscher austretende, teilweise abgekühlte Dampf von einer Dampfumwälzpumpe

• angesaugt wird, die von einer Gegendruckturbine angetrieben

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ist, die als Antriebadampf den im Oberflächen-Wärmeaustauscher erzeugten Dampf höheren Druckes erhält und deren Abdampf dem von der DampfUmwälzpumpe geförderten LJmIaufdampf zugemischt wird.

17. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der unterhalb des Reaktorkerne befindliche Heitfdampf-Sammelkasten konzentrisch in mindestens zwei Kammern unterteilt ist, wobei aus der einen Kammer der Verbrauchsdampf abgezogen und aus der anderen Kammer der Heißdampf in den Wasaerraum eingeleitet wird.

18. Dampferzeuger nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern unter Zwischenschaltung eines Absperrorganes miteinander verbunden sind.

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