DE2157069B2

DE2157069B2 - Steam generator

Info

Publication number: DE2157069B2
Application number: DE2157069A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Mayer; Heinz-Juergen Schroeder; Gerhard Dr. Schuecktanz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-11-17
Filing date: 1971-11-17
Publication date: 1974-07-11
Also published as: SE381503B; JPS4861894A; AT319976B; CH544913A; JPS5544843B2; FR2161592A5; IT970859B; US3854453A; DE2157069A1; DE2157069C3; GB1408952A; BE791459A

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, insbesondere für Kernreaktoren, mit einem das Primärmcdium führenden Wärmeaustauscher, der von unten nach oben vom Sekundärmedium durchströmt wiid und mit einem Führungsmantel umgebe ι ist, über dem Abscheider angeordnet sind, wobei eine Einspeiseleitung für das Sekundärmedium in einen Ringraum /wischen dem Führungsmanlei und einem diesen umgebenden Gehäuse führt.The invention relates to a steam generator, in particular for nuclear reactors, with a primary cdium leading heat exchanger through which the secondary medium flows from bottom to top and with a guide jacket is ume ι, are arranged above the separator, with a feed line for the secondary medium in an annular space / between the guide manlei and a housing surrounding it leads.

Dampferzeuger der einleitend genannten Art sind beispielsweise aus dem Buch »Betrieb von Kernkraftwerken« von Weckesser, Kiemig-Taschenbuch. Band 37. Verlag Kiemig München 1969, S. 18 b^;s 20, sowie aus der deutschen Offenlegungsschrift I 426 696, der schweizerischen Patentschrift 403 799. der USA.-Patcntschrift 3 250 258 und der deutschen Gebrauchsmusterschrift I 992 049 bekannt. Bei diesen Dampferzeugern erfolgt die Zuführung des als Sekundärmedium üblichen Speisewassers und damit die Durchmischung mit dem aus den Abscheidern abfließenden Sekundärmedium. das auch als Umlaufwasser bezeichnet wird, in einem Bereich unterhalb der Abscheider. Dieses Systern bringt wegen des im Umlaufwasscr enthaltenen Dampfanteiles (Carry under) verschiedene Nachteile bezüglich der Regelung des Wasserstandes und der Stabilität des Verdampfungssystems mit sich. Der Dampfanteil im Umlaufwasser führt zur Blasenbildung. Die Blasen- und Schaumbildung bringt eine undefinierbare Erhöhung des Wasserstandes im Dampferzeuger mit sich und führt zu Schwierigkeiten bei der Regelung des Wasserstandes. Damit wird die Abscheidewirkung der Abscheider beeinflußt, woraus eine Erhöhung der Feuchtigkeit im Dampf resultiert. Außerdem können durch die Blasenbildung Schwingungen im Umlauf des Dampferzeugers angeregt und damit instabile Betriebszustände erhalten werden. Wegen des Dampfanteiles im Umlaufwasser (das Dampfvolumen verhält sich zum 6s Wasservolumen ungefähr wie 30 :1) wird das gesamte Rückflußvolumen vergrößert. Damit wird auch die Geschwindigkeit in den Anströmquerschnitten des UmiHufsysiemc!» im Dampferzeuger vergrößer!, wodurch die .Schaumbildung verstärkt und der Wasserstand wiederum in unkontrollierbarer Weise weiter erhöht wird. Daraus ergibt sich die Aufgabe, Dampfanteile im Um-Imifwasser weitgehend zu vermeiden.Steam generators of the type mentioned in the introduction are, for example, from the book "Operation of nuclear power plants" by Weckesser, Kiemig-Taschenbuch. Volume 37. Verlag Kiemig Munich 1969, p. 18 b ^; s 20, as well as from the German laid-open specification I 426 696, the Swiss patent specification 403 799 of the USA patent specification 3 250 258 and the German utility model specification I 992 049. In these steam generators, the feed water, which is customary as a secondary medium, is fed in and thus mixed with the secondary medium flowing out of the separators. which is also known as circulating water, in an area below the separator. Because of the vapor content (carry under) contained in the circulating water, this system has various disadvantages with regard to the regulation of the water level and the stability of the evaporation system. The proportion of steam in the circulating water leads to the formation of bubbles. The formation of bubbles and foam brings about an indefinable increase in the water level in the steam generator and leads to difficulties in regulating the water level. This influences the separation effect of the separators, which results in an increase in the moisture in the steam. In addition, the formation of bubbles can cause vibrations in the circulation of the steam generator and thus unstable operating conditions can be maintained. Because of the proportion of steam in the circulating water (the steam volume is related to the 6s water volume approximately like 30: 1) the total reflux volume is increased. This also increases the speed in the inflow cross-sections of the UmiHufsysiemc! " increase! This results in the task of largely avoiding steam fractions in the Um-Imif water.

Erfindungsgem? - wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einspeiselcitung eine Verlängerung umfaßt, die in den oberhalb des Führungsmantels gelegenen Bereich der Abscheider führt, wo sich das, aus der Verlän gerung austretende Sekundärmedium mit dem aus den Abscheidern abfließenden Sekundärmedium mischt.According to the invention? - this task is solved by that the Einspeiselcitung comprises an extension which is located in the area above the guide jacket the separator leads where the secondary medium emerging from the extension meets the Separating outflowing secondary medium mixes.

Durch die Zuführung des kalten Sekundärmediums im Abscheidebereich wird das von den Abscheidern abfließende und mit Dampf vermischte Umlaufwasser so weit abgekühlt, daß der mitgeführte Dampfantei! kondensiert. Eine Blasen- bzw. Schaumbildung tritt daher nicht auf, womit eine wesentlich bessere Wasserstandsregelung des Dampferzeugers sowie ein günstiges Stabilitatsverhalten erzielt werden.By supplying the cold secondary medium in the separation area, that which flows off from the separators becomes and circulating water mixed with steam is cooled down to such an extent that the steam portion! condensed. There is therefore no formation of bubbles or foam, which results in a much better water level control of the steam generator as well as a favorable stability behavior be achieved.

Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des zu geführten Sekundärmediums im Abscheiderbereich zu erreichen, kann die Verlängerung ein Verteilcrboden sein oder mehrere sternförmig angeordnete l.eitungs stücke umfassen.In order to ensure that the secondary medium to be supplied is distributed as evenly as possible in the separator area reach, the extension can be a distributor base or several lines arranged in a star shape pieces include.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Dampferzeuger beispielhaft an Hand der Zeichnung näher erläutert. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einspeisung dargestellt, gleiche Bauteile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The following is the steam generator according to the invention explained in more detail by way of example with reference to the drawing. Various exemplary embodiments are shown in the figures the feed according to the invention shown, the same components are in the figures with the same Provided with reference numerals.

F i g. I zeigt einen Längsschnitt durch einen Dampferzeuger. In einem Behältermantel 1 ist in an sich bekannter Bauart ein U-Rohr-Wärmeaustauscher 2 n.ii Primärmitielzufluß 3 und Primärmittelabfluß 4 angeordnet. Oberhalb des U-Rohr-Bündels 2 befindet sich ein Abscheider 5. Der erzeugte Dampf strömt über die Frischdampf-Austrittsleitung 6 im Dampfdom 7 ab. Das kalte Sekundärmedium wird über einen Stutzen 8 eingespeist und fließt in an sich bekannter Weise aus einer Ringröhre 9, die sich unterhalb des Wasserspiegels 10 befindet, in den Ringspalt U zwischen dem Führungsmantel 12 und dem Behältcrmantel 1. Der Führungsmantel 12 umgibt das U-Rohr-Bündel 2 und dient als Träger für den Abscheider 5. Das im Ringspalt 11 nach unten strömende Sekundärmedium tritt unmittelbar über dem Rohrboden 13 durch öffnungen 14 in das U-Rohr-Bündel 2 ein. Im U-Rohr-Bündel 2 steigt das Sekundärmedium unter Dampfblasenbildung nach oben. Der erzeugte Frischdampf strömt über die Austrittsleitung 6 ab. Aus dem Abscheider 5 fließt das Umlaufwasser unter Beimengung von frisch zugeführtem Sekundärmedium aus der Ringleitung 9 in den Ringspalt 11 ab.F i g. I shows a longitudinal section through a steam generator. In a container jacket 1 is known per se Design a U-tube heat exchanger 2 n.ii Primary medium inflow 3 and primary medium outflow 4 are arranged. Above the U-tube bundle 2 there is a separator 5. The steam generated flows over the Live steam outlet line 6 in the steam dome 7. The cold secondary medium is fed in via a nozzle 8 and flows in a manner known per se from an annular tube 9, which is below the water level 10 is located in the annular gap U between the guide jacket 12 and the Behältcrmantel 1. The guide jacket 12 surrounds the U-tube bundle 2 and serves as Carrier for the separator 5. The secondary medium flowing down in the annular gap 11 occurs immediately Above the tube sheet 13 through openings 14 in the U-tube bundle 2. This increases in U-tube bundle 2 Secondary medium upwards with formation of vapor bubbles. The live steam generated flows through the outlet line 6 from. The circulating water flows out of the separator 5 with the addition of freshly supplied water Secondary medium from the ring line 9 into the annular gap 11.

Bei dem bisher beschriebenen, bekannten Dampferzeuger mit Naturumlauf besitzt das vom Abscheider 5 abströmende Umlaufwasser einen großen Dampfanteil. Die damit verbundenen Nachteile wurden bereits beschrieben. Zur Abkühlung des von den Abscheidern geführten und mit Curryunder vermischten Umlaufwassers sind in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 mehrere Rohrleitungsstränge 15 vorgesehen, die von der Ringleitung 9 in den Bereich des Abscheiders 5 geführt und zwischen den einzelnen Elementen des Abscheiders verlegt sind. Die Rohrstränge 15 sind mit mehreren Austrittsöffnungen 15a versehen, über die das Speisewasser in möglichst gleichmäßiger Verteilung in den Bereich des Abscheiders 5 einfließt. Damit ist eine ausreichende Durchmischung des Umlaufwassers mit demIn the previously described, known steam generator with natural circulation, the separator 5 outflowing circulating water has a large proportion of steam. The associated disadvantages have already been described. For cooling the circulating water fed by the separators and mixed with curryunder are in the embodiment of FIG. 1 several pipeline strands 15 provided by the Ring line 9 led into the area of the separator 5 and between the individual elements of the separator are relocated. The pipe strings 15 are provided with several outlet openings 15a through which the feed water flows into the area of the separator 5 in as uniform a distribution as possible. This is a sufficient one Mixing of the circulating water with the

Speisewasser im Bereich der Abscheider sichergestellt. Durch die gleichmüßige Kühlung des Umluufwnssers im Abscheidebereicb wird der Dumpfanteil kondensiert und eine Schaum- bzw, Blasenbildung vermieden.Feed water ensured in the area of the separator. Due to the uniform cooling of the circulating water in the separating area, the vapor fraction is condensed and the formation of foam or bubbles is avoided.

Fig.2 zeigt einen Schnitt längs der Linie U-Il der Fig. I. Der Abscheider 5 ist in der Figur nicht enthalten, um die Übersichtlichkeit zu wahren. Der F i g. 2 ist zu entnehmen, daß mehrere Rohrleitungsslränge 15 sternförmig von der Ringleitung 9 in den Bereich des Abscheiders 5 geführt sind. Über die Austrittsöffnun- >o gen 15a der Rohre 15 wird damit eine gleichmäßige Einspeisung des Sekundärmediums im Bereich des \bscheiders 5 erreicht und dementsprechend eine gleichmäßige Kühlung des Umlaufwassers erhalten.Fig.2 shows a section along the line U-II of the Fig. I. The separator 5 is not included in the figure, to keep the clarity. The F i g. 2 it can be seen that several pipeline lengths 15 are guided in a star shape from the ring line 9 into the area of the separator 5. Via the outlet opening > In the 15a of the pipes 15, the secondary medium is fed evenly in the area of the separator 5 achieved and accordingly get a uniform cooling of the circulating water.

Bei der Beschreibung des Dampferzeugers nach ij F i g. 1 wurde davon ausgegangen, daß ein Teil des Sekundärmediums über die Ringleitung 9 direkt in den Ringspalt 11 eingespeist wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Einspeisung in der bisher üblichen Weise nicht erforderlich ist, sondern daß das gesamte Sekun- ;* därmedium über die Rohrleitungen 15 zugeführt werden kann.When describing the steam generator according to ij F i g. 1 it was assumed that part of the secondary medium via the ring line 9 directly into the Annular gap 11 is fed. It should be noted that this feed in the usual way is not required, but that the entire second; * Dar medium can be supplied via the pipes 15.

F i g. 3 zeigt ein andere; Einspeisesystem. Die Rohrleitungen 15 sind nicht direkt in den Bereich des Abscheiders 5 geführt, sondern die Rohrleitungen 15 verlaufen beispielsweise ebenfalls sternförmig oberhalb des Abscheiders 5 und sind mit nach unten abstehenden Rohren 16 versehen, die zwischen die Abscheiderelemente hineinreichen. Das Sekundärmedium tritt aus den Rohröffnungen am Ende der Rohre 16 und aus eventuell zusätzlich angeordneten Austrittsöffnungen 16;) innerhalb des Abscheiders 5 aus. Damit enden bei diesem Ausführungsbeispiel die Speisestränge für das Sekundärmediuni oberhalb des Austrittes 17 des Umlaufwassers aus den Elementen des Abscheiders 5. Die gleichmäßige Kühlung des Umlaufwassers wird hiervon nicht beeinträchtigt.F i g. 3 shows another; Feed system. The pipelines 15 are not led directly into the area of the separator 5, but the pipes 15 run for example, also in a star shape above the separator 5 and are protruding downwards Pipes 16 are provided which extend between the separator elements. The secondary medium escapes the pipe openings at the end of the pipes 16 and any additional outlet openings 16;) within the separator 5. In this embodiment, the feed lines for the Secondary media above the outlet 17 of the circulating water from the elements of the separator 5. The This does not affect uniform cooling of the circulating water.

Beim Einspeisesystem nach Fig.4 verlaufen die Rohrstränge 15 ebenfalls sternförmig zwischen den Elementen des Abscheiders 5 unterhalb der Austrittsebene 17 des Umlaufwassers aus dem Abscheider 5. Die Rohrleitungen 15 sind bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht aus einer Ringleitung gespeist, sondern das Sekundärmedium wird ihnen über den Einsweisestutzen 18 zentral zugeführt. Mit dieser Ausführungsform erhält man den Vorteil, daß der Durchmesser des Behältermantcls 1 verkleinert werden kann, was zu einer erheblichen Kostenspnrung führt.In the feed system according to Fig. 4, the run Pipe strings 15 also in a star shape between the elements of the separator 5 below the exit plane 17 of the circulating water from the separator 5. The pipes 15 are in this embodiment However, it is not fed from a ring main, but the secondary medium is fed to you via the one-way connection 18 fed centrally. This embodiment has the advantage that the diameter of the container jacket 1 can be reduced in size, which leads to a considerable reduction in costs.

In Fig.5 ist für die Einspeisung des Sckundärmediums ein Verteilerboden 19 vorgesehen. Dieser Verteilcrboden 19 trill als Doppelboden an Stelle der sonst üblichen Plutte, auf die die Elemente des Abscheiders 5 montiert sind. Der Doppelboden in Sandwich-Konstruktion wird von den Zuflußrohren der Elemente des Abscheiders durchdrungen. Das Speisewassd wird über die Speiseleitung 20 in den Verteilerboden 19 geleitet und dort über Ausflußöffnungen nach oben zwischen den Zuflußrohren der Abscheider 5 gleichmäßig über den Abscheiderquerschnitt in den Bereich der Abscheider 5 abgegeben. Es vermischt sich, wie bei den bisherigen Ausführungsbeispielen, mit dem aus den Elementen der Abscheider 5 austretenden Umlaufwasser. Da sich die Austrittsöffnungen für das Speisewasser in dem oberen Boden der Verteilerplattc 19 äußerst gleichmäßig verteilen lassen, erhält man mit dieser Ausführungsform eine besonders gleichmäßige Durchmischung des Umlaufv. assers mit dem Speisewasser.In Fig.5 is for the feed of the secondary medium a distributor base 19 is provided. This distribution floor 19 trill as a double floor instead of the usual plutte on which the elements of the separator 5 are mounted. The double floor in sandwich construction is supported by the supply pipes of the elements of the Penetrated separator. The feed water is fed into the distributor base 19 via the feed line 20 and there via outflow openings upwards between the inflow pipes of the separator 5 evenly via the separator cross-section into the area of the separator 5 submitted. As in the previous exemplary embodiments, it mixes with that from the elements the separator 5 escaping circulating water. Since the outlet openings for the feed water are in Let the upper bottom of the distribution plate 19 distribute extremely evenly, you get with this Embodiment a particularly uniform mixing of the Umlaufv. assers with the feed water.

Als Alternaüvmögliciwieit ist in der F i g. 5 eine Speiseleitung 20.7 angezeichnet, mit der die Zuführung de Speisewassers in den Verteilerboden 19 von oben durch die Elemente des Abscheiders 5 erfolgt. Diese Speiseleitung 20a kann dabei dem Verteilerhoden 19 an einer beliebigen Stelle seines Querschnittes zugeführt sein.As an alternative, FIG. 5 a feed line 20.7 marked, with the supply of de feed water into the distributor base 19 from above takes place through the elements of the separator 5. This feed line 20a can connect to the distributor testicle 19 be fed to any point of its cross-section.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit derr. erfindungsgemäßen Dampferzeuger ein eindeutig regelbarer Wasserstand gefahren werden kann, da die Schaumbildung im Umlaufwasser vermieden ist. Die eventuell noch im Frischdampf enthaltene Menge an Restfeuchle wird vermieden und die Belastbarkeit der Abscheider wird vergrößert. Damit läßt sich die Anzahl der nötigen Abscheiderelemente verringern, was eine erhebliche Kostenersparnis bedeutet. Außerdem läßt sich der Abströmquerschnitt für das Umlaufwasser verkleinern, weswegen sich der Duichmesser des Behältermantels des Dampferzeugers verringern läßt, womit eine zusätzliche Kostenersparnis gegeben ist. Hinzuweisen ist noch darauf, daß sich das Instabilitätsrisiko im Umlaufsystem des SeliüiiJarmediums vermindert und daß bei dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger eine größere Anhebung des Sekundärdruckes möglich ist, da das mit steigendem Sekundärdruck zunehmende Curryunder kondensiert.In summary, it can be stated that with derr. according to the invention Steam generator a clearly controllable water level can be operated, since foam formation in the circulating water is avoided. the Any amount of residual moisture still contained in the live steam is avoided and the resilience of the Separator is enlarged. This allows the number of necessary separator elements to be reduced, which is a means considerable cost savings. In addition, the outflow cross-section for the circulating water can be reduced, which is why the Duichmesser of the tank jacket of the steam generator can be reduced, with which an additional cost saving is given. It should also be pointed out that the risk of instability decreased in the circulation system of the SeliüiiJarmediums and that in the steam generator according to the invention a greater increase in the secondary pressure is possible is because the curryunder, which increases with the secondary pressure, condenses.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Putent claims:

1. Duller / narrower, especially for nuclear reactors, with a heat exchanger carrying the primary medium, that from bottom to top of the Sektindärmedium is flowed through and is surrounded by a guide jacket, arranged above the separator are, with a feed line for the secondary in an annulus between the to Guide jacket and a housing surrounding it, characterized in that the feed line (8) comprises an extension (15), which leads into the area of the separator (5) located above the guide jacket (12), where the secondary medium emerging from the extension (15) with the secondary medium flowing out of the separators (5) Secondary medium mixes.

2. Steam generator according to claim 1, characterized in that the extension is a distributor ao bottom (19) is.

3. Steam generator according to claim 1, characterized in that that the extension comprises a plurality of spacing pieces (15, 16) arranged in a star shape.

2525th