DE2157069C3

DE2157069C3 - Steam generator

Info

Publication number: DE2157069C3
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: 1975-02-27
Also published as: GB1408952A; AT319976B; JPS4861894A; US3854453A; CH544913A; SE381503B; BE791459A; IT970859B; DE2157069A1; FR2161592A5; DE2157069B2; JPS5544843B2

Description

The invention relates to a steam generator, in particular

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sondere für Kernreaktoren, mit einem das Primärmedium führenden Wärmeaustauscher, der von unten nach oben vom Sekundärmedium durchströmt wird und mit einem Führungsmantel umgeben ist über dem Abscheider angeordnet sind, wobei eine Einspeiseleitung für das Sekundärmedium in einen Ringraum zwischen dem Führungsmantel und einem diesen umgebenden Gehäuse führt.Especially for nuclear reactors, with a heat exchanger that carries the primary medium and runs from the bottom to the secondary medium flows through it at the top and is surrounded by a guide jacket over the separator are arranged, with a feed line for the secondary medium in an annular space between the Guide jacket and a surrounding housing 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 bis 20, sowie aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 426 696, der schweizerischen Patentschrift 403 799, der USA.-Patentschrift 3 250 258 und der deutschen Gebrauchsmusterschrift 1 992 049 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 Umlaufwasser 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 Betriebszustähde erhalten werden. Wegen des Dampfanteiles im Umlaufwasser (das Dampfvolumen verhält sich zum Wasservolumen ungefähr wie 30 :1) wird das gesamte Rückflußvolumen vergrößert Damit wird auch die Geschwindigkeit in den Anströmquerschnitten des Umlaufsystemes im Dampferzeuger vergrößert, wodurch die Schaumbildung verstärkt und der Wasserstand wiederum in unkontrollitaiiarer Weise weiter erhöbt wird. Daraus ergibt sich die Aufgabe. Damplanteile im Umlaufwasser weitgehend zu vermeiden.Steam generators of the type mentioned in the introduction are, for example, from the book "Operation of nuclear power plants" von Weckesser, Kiemig-Taschenbuch, Volume 37, Verlag Kiemig Munich 1969. pp. 18 to 20, and from German Offenlegungsschrift 1 426 696, Swiss Patent 403 799, and the USA patent 3 250 258 and the German utility model 1 992 049 known. With these steam generators the feed water, which is customary as a secondary medium, is fed in and mixed with it with the secondary medium flowing out of the separators, which is also referred to as circulating water, in an area below the separator. This system brings about what is contained in the circulating water Steam content (carry under) various disadvantages with regard to the control of the water level and the Stability of the evaporation system with it. The proportion of steam in the circulating water leads to the formation of bubbles. The formation of bubbles and foam causes an indefinable increase in the water level in the steam generator with it and leads to difficulties in regulating the water level. This is the separation effect the separator influences, which results in an increase in the moisture in the steam The formation of bubbles causes vibrations in the steam generator's circulation and thus unstable operating conditions can be obtained. Because of the proportion of steam in the circulating water (the steam volume is related to the Water volume roughly like 30: 1) the total reflux volume is increased so that the velocity is also increased enlarged in the flow cross-sections of the circulation system in the steam generator, whereby the foam formation is intensified and the water level is in turn increased further in an uncontrollable manner. Hence the task. Damplan parts in the circulating water largely to be avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß die Einspeiseleitung eine Verlängerung umfaßt die in den oberhalb des Führungsmantels gelegenen Bereich der Abscheider führt wo sich das aus der Verlängerung austretende Sekundärmediuni mit dem aus den Abscheidern abfließenden Sekundärmedium mischtAccording to the invention this object is achieved in that the feed line comprises an extension in the area of the separator located above the guide jacket, where the extension leads emerging secondary medium mixes with the secondary medium flowing out of the separators

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 Dampfanteil kondensiert Eine Blasen- bzw. Schaumbildung tritt daher nicht auf. womit eine wesentlich bessere Wasserstandsregelung des Dampferzeugers sowie ein günstiges Stabilitätsverhalten 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 to such an extent that the steam carried along condenses There is therefore no formation of bubbles or foam. with which a much better water level control of the steam generator and a favorable stability behavior can be achieved.

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

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 of the feed according to the invention are shown in the figures the same components are provided with the same reference symbols in the figures.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Dampferzeuger. In einem Behältermantel 1 ist in an sich bekannter Bauart ein U-Rohr-Wärmeaustauscher 2 mit Primärmittelzufluß 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 11 zwischen dem Führungsmantel 12 und dem Behältermantel 1. Der Führungsmantel 12 umgibt das U-Rohr-Bündel 2 und dient als Träger für den Abscheider 5. Das im Ringspalt U 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. 1 shows a longitudinal section through a steam generator. In a container jacket 1 is known per se A U-tube heat exchanger 2 with primary medium inflow 3 and primary medium outflow 4 is arranged Above the U-tube bundle 2 there is a separator 5. The steam generated flows over the fresh steam outlet line 6 in the steam dome 7. That cold secondary medium is fed in via a nozzle 8 and flows in a manner known per se from a Annular tube 9, which is located below the water level 10 in the annular gap 11 between the guide jacket 12 and the container jacket 1. The guide jacket 12 surrounds the U-tube bundle 2 and serves as a Carrier for the separator 5. The secondary medium flowing down in the annular gap U 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 from 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. I 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 Durchmischun£ des Umlaufwassers mit demIn the known steam generator described so far with natural circulation, the circulating water flowing off from the separator 5 has a large proportion of steam. The associated disadvantages have already been described. To cool down the water run by the separators and circulation water mixed with curryunder are in the exemplary embodiment according to FIG. I several Pipeline strands 15 are provided, which run from the ring line 9 into the region of the separator 5 and are laid between the individual elements of the separator Provided outlet openings 15a through which the feed water is distributed as uniformly as possible into the The area of the separator 5 flows in. This ensures that the circulating water is sufficiently mixed with the

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«wasser im Bereich der Abscheider sichergestellt, die gleichmäßige Kühlung des Umlaufwassers Abscheidebereich wird der Dampfanteil kondensiert eine Schaum- bzw. Blasenbildung vermieden.
ψ ig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie U-U der ig. 1. Der Abscheider S ist in der Figur nicht enthalum die Übersichtlichkeit m wahren. Der F i g. 2 ist entnehmen, daß mehrere Rohrleitungsstränge 15 förmig von der Ringleitiung 9 in den Bereich des eiders 5 geführt sind. Über die Austrittsöffnuu-η ISi. der Rohre 15 wird damii eine gleichmäßige inspeisung des Sekundärmediums ha Bereich des Abscheiders 5 erreicht und dementsprechend eine gleichige Kühlung des Umlaufwassers erhaltea
Bei der Beschreibung des Dampferzeugers nach i g. 1 wurde davon ausgegangen, daß ein Teil des Seindärmedhims über die Ringleitung 9 direkt in den igspalt If eingespeist wird. Es ist darauf hinzuweidaß diese Einspeisung in der bisher üblichen Weise nicht erforderlich ist, sondern daß das gesamte Sekun- so därmedium über die Rohrleitungen 15 zugeführt werden kann.«Water is ensured in the area of the separator, the even cooling of the circulating water in the separating area is condensed, the formation of foam or bubbles is avoided.
ψ ig. 2 shows a section along the line UU of ig. 1. The separator S is not true m in the figure enthalum clarity. The F i g. 2 it can be seen that a plurality of pipeline strands 15 are guided in a shape from the ring line 9 into the region of the eider 5. Via the outlet opening η ISi. of the pipes 15 a uniform supply of the secondary medium ha area of the separator 5 is achieved and accordingly a uniform cooling of the circulating water is obtaineda
When describing the steam generator according to i g. 1 it was assumed that part of the Seindärmedhims is fed directly into the igspalt If via the ring line 9. It should be added that this feed is not necessary in the usual manner, but that the entire secondary medium can be fed in via the pipelines 15.

F i g. 3 zeigt ein anderes Einspeisesystem. Die Rohrleitungen 15 sind nicht direkt in den Bereich des Abscheiders 5 geführt, sondern die Rohrleitungen 15 ver- as laufen 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 tö und aus eventuell zusätzlich angeordneten Austrittsöffnungen 16a innerhalb des Abscheiders 5 aus. Damit enden bei diesem Ausführungsbeispiel die Speisestränge für das Sekundärmedium oberhalb des Austrittes 17 des Umlaufwassers aus den Elementen des Abscheiders 5. Die gleichmäßige Kühlung des Umlaufwassers wird hiervon nicht beeinträchtigtF i g. 3 shows another feed system. The pipelines 15 are not led directly into the area of the separator 5, but rather the pipelines 15 are out of the way 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 and from any additional outlet openings 16a within the separator 5. In this embodiment, the feed lines for the Secondary medium 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 Abscheiden 5 unterhalb der Austrittsebene 17 des Umlaufwassers ?u» dem Abscheider 5. Die Rohrleitungen 15 sind bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht aus einer Ringlieitung gespeist, sondern das Sekundärmedium wird ihnen über den Einspeisestutzen 18 zentral zugeführt. Mit dieser Ausführungsform erhält man den Vorteil, daß der Durchmesser des Behältermantels 1 verkleinert werden kann.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 through the separator 5. In this exemplary embodiment, the pipes 15 are not fed from a ring line, but rather the secondary medium is fed to them centrally via the feed connection 18. With this embodiment one obtains the advantage that the diameter of the container jacket 1 can be reduced.

was zu einer erheblichen Kostensparung führtwhich leads to considerable cost savings

In F i g. 5 ist für die Einspeisung des Sekundärmediums ein Verteüerboden 19 vorgesehea Dieser Verteilerboden 19 tritt als Doppelboden an Stelle der sonst üblichen Platte, auf die die Elemente des Abscheiders 5 montiert sind. Der Doppelboden in Sandwich-Konstruktion wird von den Zuflußrohren der Elemente des Abscheiders durchdrungen. Das Speisewasser wird über die Speiseleitung 20 in den Verteüerboden 19 gelei.ei 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 Verteilerplatte IS äußerst gleichmäßig verteilen lassen, erhält man mit dieser Ausführungsform eine besonders gleichmäßige Durchmischung des Umlaufwassers mit dem Speisewasser.In Fig. 5 is for the supply of the secondary medium A distribution base 19 is provided. This distribution base 19 acts as a double base in place of the otherwise usual plate on which the elements of the separator 5 are mounted. The double floor in sandwich construction is penetrated by the inlet pipes of the elements of the separator. The feed water is gelei.ei via the feed line 20 in the Verteüerboden 19 and there via outflow openings upwards between the inflow pipes of the separator 5 evenly Released into the area of the separator 5 via the separator cross-section. It mingles, like with them previous embodiments, with the circulating water emerging from the elements of the separator 5. Since the outlet openings for the feed water are extreme in the upper base of the distributor plate IS Allow to distribute evenly, a particularly uniform mixing is obtained with this embodiment of the circulating water with the feed water.

Als Alternativmöglichkeit ist in der F i g. 5 ein.e Speiseleitung 20a angezeichnet, mit der die Zuführung des Speisewasser)» in den Verteüerboden 19 von oben durch die Elemente des Abscheiders 5 erfolgt Diese Speiseleitung 20e kann dabei dem Verteilerboden 19 an einer beliebigen Stelle seines Querschnittes zugeführt sein.As an alternative, FIG. 5 ein.e feed line 20a indicated, with which the supply of the Feed water) »into the distributor floor 19 from above through the elements of the separator 5 Feed line 20e can be fed to distributor base 19 at any point in its cross section be.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger ein eindeutig regelbarer Wasserstand gefahren werden kann, da die Schaumbildung im Umlaufwasser vermieden ist Die eventuell noch im Frischdampf enthaltene Menge an Restfeuchte 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 Durchmesser des Behältermantels des Dampferzeugers verringern läßt womit eine zusätzliche Kostenersparnis gegeben ist Hinzuweisen ist noch darauf, daß sich das Instabilitätsrisiko im Umlaufsystem des Sekundärmediums 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 should be noted that with the invention Steam generator a clearly controllable water level can be operated, since foam formation in the circulating water is avoided 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 Significant cost savings also means that the outflow cross-section for the circulating water can be reduced, which is why the diameter of the tank jacket of the steam generator can be reduced with what An additional cost saving is given. It should be noted that the risk of instability reduced in the circulation system of the secondary medium and that in the steam generator according to the invention a greater increase in the secondary pressure is possible, as this increases as the secondary pressure rises Curryunder condensed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Steam generator, especially for nuclear reactors, with a heat exchanger leading the primary medium, which is from the bottom to the top from the secondary medium is flowed through and is surrounded by a guide jacket. but arranged the separator are, with a feed line for the secondary medium in an annular ring between the 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 Medhim mixes

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

3. Steam generator according to claim 1, characterized in that the extension star several comprises shaped arranged line pieces (15,16).

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