DE1919278C

DE1919278C - Process for operating a nuclear reactor plant

Info

Publication number: DE1919278C
Application number: DE19691919278
Authority: DE
Inventors: Ludolf Dipl Ing 7500 Karlsruhe Ritz
Original assignee: Gesellschaft fur Kernforschung mbH, 7500 Karlsruhe
Filing date: 1969-04-16
Publication date: 1973-04-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Kernreaktoranlage, bestehend aus einem Primär- und einem Sekundärkühlkreislauf, die über verschiedene Wärmetauscher miteinander gekoppelt sind, wobei primärseitig ein Wärmetauscher mit Heißdampf und ein Wärmetauscher mit kondensierendem Sattdampf betrieben wird und bei welcher der Primärkühlkreislauf einen dampfgekühlten Schnellen Brutreaktor und der Sekundärkühlkreislauf ein mit Heißdampf betriebenes Nutzaggregat enthalten, dessen Heißdampf in den beiden Wärmetauschern mit Zwischenbefeuchtung in einer Dampftrommel mehrstufig erzeugt wird. The invention relates to a method for operating a nuclear reactor plant, consisting of a primary and a secondary cooling circuit, which are coupled to one another via different heat exchangers, a heat exchanger with superheated steam and a heat exchanger with condensing saturated steam being operated on the primary side and in which the primary cooling circuit is a steam-cooled one The fast breeder reactor and the secondary cooling circuit contain a useful unit operated with superheated steam, the superheated steam of which is generated in several stages in the two heat exchangers with intermediate humidification in a steam drum.

Bei Anlagen dieser Art mit dampfgekühlten ther-• aischen Reaktoren als Wärmequellen muß der Wär metauscher sehr groß ausgelegt werden und geht damit beachtlich in die Investitionskosten ein. Dies kommt hauptsächlich daher, weii im Verdampfungsbereich des Sekundärkühlmittels die Temperaturdifferenz zwischen Primär- und Sekundärkühlmittel in Strömungsrichtung des Primärkühlmi'tels kleiner wird und dessen Kondensation aus reaktortechnischen Gründen nicht zugelassen werden kann. Bei Schnellen Brutreaktoren kommt als weitere Schwierigkeit hinzu, daß mit zunehmenden Drücken das Neutronempektrum weicher wird. Will man eine möglichst hohe Brutrate erzielen, so sind auch hier gewisse Grenzen gesetzt. In systems of this type with steam-cooled thermal reactors as heat sources, the heat exchanger has to be designed to be very large and is therefore a considerable factor in the investment costs. This is mainly due to the fact that in the evaporation area of the secondary coolant the temperature difference between the primary and secondary coolant in the direction of flow of the primary coolant becomes smaller and its condensation cannot be permitted for reasons of reactor technology. Another difficulty with fast breeder reactors is that the neutron spectrum becomes softer with increasing pressures. If you want to achieve the highest possible breeding rate, there are certain limits here as well.

Es ist bekannt (französische Patentschrift 1 141 064) bei einem Kernreaktor überhitzten Nutzdampf zu erzeugen. Die Dampferzeugung erfolgt über einen Primär- und eir.cn Sekundärkreislauf. von denen der Primärkreiilaiif mit Schwerwasser, der Sekundärkreislauf mit Leichtwasser betrieben wird. Die Dampferzeugung im Sekundärkreislauf erfolgt dabei über mehrere Wärmetauscher, die durch einen Z\.ischenbefeuchtungsvorgang in einer Kesseltrommel getrennt sind. Primärseitig wird der Heißdampf durch Überhitzerrohre im eigentlichen Reaktor selbst eras zeugt. Diese Art der Dampferzeugung ist jedoch baulich aufwendig und umständlich im Betrieb.It is known (French patent specification 1 141 064) useful steam superheated in a nuclear reactor to create. The steam is generated via a primary and a secondary circuit. of which the primary circuit with heavy water, the secondary circuit is operated with light water. The steam is generated in the secondary circuit over several heat exchangers, which by means of an intermediate humidification process are separated in a boiler drum. The superheated steam comes through on the primary side Superheater tubes in the actual reactor itself eras testifies. However, this type of steam generation is structural expensive and cumbersome to operate.

Es ist weiterhin für die Reaktorkühlung das Löffler-Prinzip zur Heißdampferzeugung bekannt, bei welchem der Reaktor mit Sattdampf gekühlt wird, der in einem externen Dampferzeuger, dem sogenannten Löffler-Kessel erzeugt wird. Die Dampferzeugung in diesem Löffler-Kessel erfolgt mittels aus dem Hauptheißdampfstrom abgezweigten Heißdampfes, der im Löffler-Kessel in das Kondensat eingeblasen wird.The Löffler principle for generating superheated steam is also known for reactor cooling, in which the reactor is cooled with saturated steam in an external steam generator, the so-called Löffler boiler is generated. The steam generation in this Löffler boiler takes place from the main hot steam flow diverted superheated steam that is blown into the condensate in the Löffler boiler.

Löffler-Kessel dieser Art werJ.'n in mehr oder weniger direkten Kreisläufen eingesetzt (»Nuclear Po wer«, October 1961, S. 75).Löffler boilers of this type are more or less produced used in direct cycles ("Nuclear Po wer", October 1961, p. 75).

Letzlich ist es bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 062 837) die Erhitzung und Verflüssigung des Primärkühlmittels eines Schwerwassersiedereaktors iir. Wärmetauscher bei gegenüber dem Sekundärmittei erhöhtem Druck durchzuführen.Finally, it is known (German Auslegeschrift 1 062 837) that the primary coolant is heated and liquefied of a heavy water boiler iir. Heat exchanger at opposite the secondary medium perform increased pressure.

Davon ausgehend hat die Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren zum Betreiben einer Kernreaktoranlagider eingangs beschriebenen Art anzugeben, welches einfach ist, eine Senkung der Investitions- und Betriebskosten gestattet, aber auch regeltechnisch leicht zu beherrschen ist. Das Verfahren soll darüber hinaus auch die Verwendung einfacher, sowohl in der Reaktortechnik als auch in der konventionellen Kraftwerkstechnik bewährter Konstruktionselemente ermöglichen. On this basis the invention to provide a process for operating a Kernreaktoranlagider shall specify the initially described type which is simple, a reduction of investment and operating costs allow, but also control technology easy to master. The method should also enable the use of simple construction elements that have been tried and tested in reactor technology as well as in conventional power plant technology.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß ein Teil des im Reaktor überhitzten Dampfes primärseitig in nur einem Wärmetauscher bis zur vollständigen Verflüssigung abgekühlt und das so entstehende Kondensat in an sich bekannter Weise mit dem anderen Teil des im Reaktor überhitzten Dampfes zur Erzeugung von Frischdampf vermischt und wieder in den Reaktor zurückgeführt wird, wobei in ebenfalls an sich bekannter Weise als Kühlmittel für den Primärkreislauf ganz oder zum überwiegenden Teil DjjO verwendet wird, und daß das im Sekundärkr^iaiauf hinter dem Nutzaggregat anfallende Kon- densat ohne Zwischenstufe in nur einem Wärmetauscher verdampft und in Heißdampf übergeführt wird. Üblicherweise wird die Erhitzung und Verflüssigung zweckmäßig in dem Wärmetauscher bei gegen- This object is achieved according to the invention in that part of the steam superheated in the reactor is cooled on the primary side in only one heat exchanger until it is completely liquefied and the condensate thus formed is mixed in a known manner with the other part of the steam superheated in the reactor to generate live steam and is fed back into the reactor, also being used in a manner known per se as a coolant for the primary circuit wholly or for the most part, and that the condensate occurring in the secondary circuit behind the utility unit evaporates in just one heat exchanger without an intermediate stage and is converted into superheated steam. Usually, the heating and liquefaction is expedient in the heat exchanger with opposing

Über dem Sekundärkühlmittel erhöhtem Druck durchgeführt. Die Erzeugung des Frischdampfes erfolgt vorteilhafterweise in mindestens einem Löffler-Kessel. Daneben oder an seiner Stelle können im Bedarfsfalle selbstverständlich auch noch andere Verdampfer, wie z. B. Einspritzverdampfer vorgesehen sein. Durch die Verflüssigung des Primärkühlmittels im Wärmeaustauscher wird ein wesentlich erhöhter Wärmeübergang zum Sekundärkühlmittel bei gleichbleibender Temperaturdifferenz erzielt. Der Einsatz von D.,0 im Priinärkühlkreislauf gestattet die Anwendung höherer Drücke, da D.,O ein schlechterer Moderator ist als H..O und daher das Neutronenspektrum nicht so stark zu niedrigeren Energien hin verschiebt. Beide Maßnahmen haben zur Folge, daß der aus sehr hochwertigen Bauelementen bestehende und normalerweise gegen Strahlung bzw. Kontamination abzuschirmende Primärkreislauf, insbesondere der Wärmeaustauscher, sehr kompakt ausgeführt werden kann. Die Drücke im Reaktor können dabei ohne wesentlichen Brutverlust mindestens in derselben Größenordnung liegen, wie z. B. bei vergleichbaren schnellen gasgekühlten Brutreaktoren, wobei jedoch der Wärmetransport günstiger und die erzielbare Brennstableistung höher liegen.Carried out over the secondary coolant increased pressure. The live steam is advantageously generated in at least one Löffler boiler. In addition to or instead of it, other evaporators can of course also be used if necessary. such as B. injection evaporator may be provided. By liquefying the primary coolant in the heat exchanger there is a significantly increased heat transfer to the secondary coolant while the heat transfer remains the same Temperature difference achieved. The use of D., 0 in the primary cooling circuit allows the application higher pressures, since D., O a worse moderator is as H..O and therefore the neutron spectrum does not shift so much to lower energies. Both measures have the consequence that the very high-quality components that normally need to be shielded against radiation or contamination Primary circuit, in particular the heat exchanger, be made very compact can. The pressures in the reactor can be at least of the same order of magnitude without significant loss of breeding lie, such as B. with comparable fast gas-cooled breeder reactors, however the heat transport is more favorable and the achievable fuel rod output is higher.

Im Vergleich zu den bekannten Kreisläufen hat die Erfindung den Vorteil, daß das relativ kostspielige D.,O-Inventar klein gehalten werden kann und die erforderlichen Leckage-Überwachungseinrichtungen auf ein Minimum beschränkt werden können. Die Trennung zwischen nuklearem Kreislauf (Primärkreislauf) und Nutzkreislauf (Sekundärkreislauf) macht zwar einen Wärmetauscher erforderlich, andererseits bleibt dadurch der Nutzkreislauf für Wartungs- und Reparaturarbeiten leicht zugänglich, so daß diese Arbeiten schnell und ohne Behinderung z. B. infolge kontaminierter Anlagenteile durchgeführt werden können. Möglichst kurze Wartungsbzw. Reparaturzeiten sind jedoch ein wesentlicher Gesichtspunkt für die Erzielung eines hohen Lastfakto^rs. Dieser Vorteil wiegt um so mehr, je geringer der hierdurch erforderliche Investitionsaufwand für den Wärmeaustauscher gehalten werden kann.Compared to the known circuits, the invention has the advantage that the relatively expensive D., O inventory can be kept small and the necessary leakage monitoring devices can be reduced to a minimum. The separation between the nuclear circuit (primary circuit) and utility circuit (secondary circuit) makes a heat exchanger necessary, on the other hand, the utility circuit remains easily accessible for maintenance and repair work, so that this work can be done quickly and without hindrance z. B. can be carried out as a result of contaminated plant components. Shortest possible maintenance or However, repair times are a major consideration for achieving a high Lastfakto ^r s. This advantage is all the more, the hereby required investment costs can be kept for the heat exchanger the less.

Eine Reaktoranlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an Hand eines schematischen Schaltbildes näher erläutert:A reactor system for carrying out the process according to the invention is shown on the basis of a schematic Circuit diagram explained in more detail:

Der im Reaktor 1 überhitzte D„O-Dampf tritt durch die Leitung 2 aus und wird in zwei Teilströme aufgeteilt. Etwa 30"o der Dampfmenge strömt durch die Zweigleitung 3 in den Wärmetauscher. In verflüssigter Form verläßt dieser Teilstrom den Wärmetauscher über die Leitung 5 und wird mittels einer Kondensatpumpe einem Löffler-Kessel 7 zugeführt.The D “O vapor, which is superheated in reactor 1, passes through the line 2 and is divided into two partial flows. About 30 "o of the amount of steam flows through the Branch line 3 into the heat exchanger. This partial flow leaves the heat exchanger in liquefied form via line 5 and is by means of a condensate pump a Löffler boiler 7 is supplied.

Der zweite Heißdampfteilstrom wird über die Leitung 8 mittels eines Gebläses 10 dem Löffler-Kessel 7 zugeführt, um den über die Leitung 5 eingepumpten ersten Teilstrom zu verdampfen.. Der so erzeugteThe second superheated steam partial flow is fed to the Löffler boiler 7 via the line 8 by means of a fan 10 supplied in order to evaporate the first partial flow pumped in via line 5 .. The one generated in this way

ίο Frischdampf wird über die Leitung 9 wieder in den Reaktor 1 zur Überhitzung zurückgeführt.ίο Live steam is returned to the via line 9 Reactor 1 returned to overheating.

Der Heißdampf des Sekundärkreislaufes strömt aus dem Wärmeaustauscher 4 über die Leitung 1Ϊ einer Hilfsturbine 12, die das Gebläse 19 antreibt, dem Nutzaggregat 13 zu. an das ein Generator 14 angeschlossen ist. An das Nutzaegregat 13 schließen sich übe. die Leitung 15 ein Kor iensator 16. mehrere Speisewasserpumpen 17 und Vor.värmaggregate 18 an. die über Abgriffe 19 mit der Turbine 13 verbunden sindThe superheated steam of the secondary circuit flows out of the heat exchanger 4 via the line 1Ϊ one Auxiliary turbine 12, which drives the fan 19, to the utility unit 13. to which a generator 14 is connected is. To the Nutzaegregat 13 close practice. the line 15 a Kor iensator 16. several feed water pumps 17 and preheating units 18. which are connected to the turbine 13 via taps 19

ao Nach der letzten Vorwärmstation wird das Kondensat zur Verdampfung und Überhitzung wieder in den Wärmetauscher 4 zurückgeführt.ao After the last preheating station, the condensate returned to the heat exchanger 4 for evaporation and overheating.

Diese Anlage ist regeltechnisch sehr einfach zu beherrschen, da man in dem Löffler-Kessel einen natür-This system is very easy to control in terms of control technology, as a natural-

liehen Fixpunkt hat. in dem auch bei Betriebsschwankungen ständig Sättigungsdruck und -temperatur herrschen und mit dessen Hilfe ein Druckausgleichssystem in den Brennelementen wirksam werden kann. Außer dem wirkt der Löffler-Kessel auch als Reinigungsdement zur Ausscheidung von Korrossionsprodukten Die direkte Verbindung des Löffler-Kessels7 mit dem Reaktor 1 hat den Vorteil, daß diese stabilen Verhältnisse (Sättigungsdruck und Sättigungstemperatur) auch am Reaktoreintritt aufrechterhalten werden.has borrowed fixed point. in which saturation pressure and temperature always prevail, even with operational fluctuations and with the help of which a pressure equalization system can become effective in the fuel assemblies. Except The Löffler boiler also acts as a cleaning element to remove corrosion products The direct connection of the Löffler boiler 7 with the reactor 1 has the advantage that these stable conditions (Saturation pressure and saturation temperature) can also be maintained at the reactor inlet.

Die Erfindung ist mit Vorteil auch für thermische Reaktoren anwendbar, wobei als Primärkühlmittel in gewissen Anteilen auch H_äO dienen kann. Es ist ferner auch möglich, das oben beschriebene Zweikreissystem bei Wärmetauscherschäden mit einfachen Mitteln in einen Direktkreisbuf umzuwandeln. Hierzu können z. B. am Ein- und Austritt des Wärmetauschers 4 mittels Ventilen 22 und 23 verschließbare Verbindungsleitungen 20 und 21 zwischen Primär- und Sekundärkreislauf vorgesehen sein. Werden dieseThe invention is applicable with advantage for thermal reactors, can serve as a primary coolant in certain proportions and H _ä O. It is also possible to convert the two-circuit system described above into a direct circuit buffer using simple means in the event of heat exchanger damage. For this purpose, z. B. at the inlet and outlet of the heat exchanger 4 by means of valves 22 and 23 closable connecting lines 20 and 21 can be provided between the primary and secondary circuit. Will this

♦5 Ventile 22 und 23 geöffnet und gleichzeitig die Ventile 24 und 25 geschlossen, so wird die Anlage unter Umgehung des Wärmetauschers 4 in einen Direktkreislauf umgewandelt.♦ 5 valves 22 and 23 open and at the same time the valves 24 and 25 closed, the system is bypassed the heat exchanger 4 in a direct circuit converted.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

I 919 278 claims:

1. Process for operating a nuclear reactor plant, consisting of a primary and a Secondary cooling circuit, which are coupled to one another via various heat exchangers, wherein on the primary side a heat exchanger with superheated steam and a heat exchanger with condensing Saturated steam is operated and in which the primary cooling circuit is a steam-cooled Fast breeder reactor and the secondary cooling circuit

run a utility unit operated with Heii> mpf

contain its superheated steam in the two heat exchangers is generated in several stages with intermediate humidification in a steam drum, thereby marked that part of the in the reactor (1) superheated steam on the primary side in only one heat exchanger (4) until complete Liquefaction cooled and the resulting condensate in a known manner with the other. Part of the superheated steam in the reactor (1) is mixed to generate live steam and is returned to the reactor again, likewise in a manner known per se is used as a coolant for the primary circuit in whole or for the most part D..O, and that the Koni'jnsat accruing in the secondary circuit behind the utility unit (3) without an intermediate stage is evaporated in only the one heat exchanger (4) and led into superheated steam.

2. The method according to claim 1, characterized in that the desuperheating and liquefaction the primary coolant in the heat exchanger (4) in a manner known per se at opposite the secondary coolant takes place at increased pressure.

3. Nuclear reactor plant for performing the method according to claims 1 and 2, characterized by a known Löffler boiler as a mixed evaporator to generate the live steam in the primary circuit.

4. Nuclear reactor plant according to claims 1 to 3, characterized in that for circulation of the steam in the primary circuit, a fan (10) is provided in a known manner, which between Reactor outlet (2) and mixing evaporator inlet is arranged.