DE2231182C3

DE2231182C3 - Steam generator

Info

Publication number: DE2231182C3
Application number: DE19722231182
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing.; Schröder Heinz-Jürgen; 8520 Erlangen Mayer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1972-06-26
Publication date: 1976-07-15

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger für einen Druckwasserreaktor, mit einem das Primärmedium führenden Rohrbündel mit im Bereich des kalten Endes des Rohrbündels angeordneten Speisewasservorwärmer, wobei das Rohrbündel von einem Fallraum für das umlaufende zu verdampfende Sekundärmedium umgeben ist.The invention relates to a steam generator for a pressurized water reactor, with a primary medium leading tube bundle with feed water preheater arranged in the area of the cold end of the tube bundle, wherein the tube bundle of a fall space for the circulating secondary medium to be evaporated is surrounded.

Dampferzeuger dieser Bauform sind bekannt (DT-OS 20 54 577, US-PS 34 83 848). Hierbei verbcssert die Vorwärmung die Grädigkeit und damit die Ausnutzung der mit dem Primärmedium transportierten Wärme. Andererseits führt die Vorwärmung zu einer unerwünschten Erhöhung des Strömungswiderstandes. Hier sucht die Erfindung eine möglichst einfaehe Abhilfe, mit der die durch den erhöhten Strömungswiderstand verringerte Strömung wieder erhöht werden kann. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß im Fallraum Strahlpumpen zur Erzeugung eines Zwangsumlaufes des Sekundärmediunis angeordnet 5" sind, deren Treibmitteleintritte mit dem Austritt des Speisewasservorwärmers verbunden sind.Steam generators of this type are known (DT-OS 20 54 577, US-PS 34 83 848). Improved here the preheating the gradient and thus the utilization of the transported with the primary medium Warmth. On the other hand, the preheating leads to an undesirable increase in the flow resistance. Here the invention seeks the simplest possible remedy with which the increased flow resistance reduced flow can be increased again. According to the invention, this is achieved by that in the drop space jet pumps are arranged to generate a forced circulation of the secondary medium 5 " whose propellant inlets are connected to the outlet of the feedwater preheater.

Bei der Erfindung wird ausgenutzt, daß das Sekundärmedium praktisch immer beim Eintritt in den Dampferzeuger unter dem Druck einer Pumpe steht. Bei Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktoren sorgen Speisewasserpumpen für einen beträchtlichen Förderdruck, von dem ein Teil für einen Zwangsumlauf des Sekundärniediums benutzt wird, wie es die Erfindung vorsieht. Der Zwangsumlauf überwindet den im Bereich der Vorwärmung erhöhten Strömungswiderstand und verbessert auch noch den Umlauf im Dampferzeuger, so daß sich ein stabileres Betriebsvcrhallen ergibt. Die dazu verwendeten Strahlpumpen sind einfache Geräte ohne bewegliche Teile, und es wird auch keine zusätzliche äußere Umwälzpumpe benötigt, wie etwa bei der bekannten Injektorpumpenanordnung für die Kühlmittcliimwiilzunü in nuklearen Dampferzeugern (DT-AS 12 90 554), wo das Speisewasser über einen Hohlschaufelkranz der Treibdüse eines der Dampf-Wasser-Trennung bei einem Siedewasserreaktor dienenden Fallzyklons zugeleitet wird. Bei einer anderen bekannten Anordnung zur Förderung von Kessel- oder Speisewasser mittels Strahlpumpen (DT-PS 8 97 201) wird als Arbeitsmittel Kesselwasscr vom Druck und der Temperatur des Sattdampfes benutzt, dessen Arbeitsvermögen durch Energicauslausch mit Dampf um die erforderliche Pumpenarbeit erhöht wurde. Bei der Erfindung spielt dagegen ein gegebenenfalls vorhandener Dampfanteil des vorgewärmten Speisewassers keine Rolle, da die Bewegungsenergie von den Speisewasserpumpen geliefert wird.The invention makes use of the fact that the secondary medium is practically always under the pressure of a pump when entering the steam generator. In nuclear power plants with pressurized water reactors, feed water pumps ensure a considerable delivery pressure, a part of which is used for a forced circulation of the secondary medium, as the invention does provides. The forced circulation overcomes the increased flow resistance in the preheating area and also improves the circulation in the steam generator, so that there is a more stable operating hall. The jet pumps used for this are simple devices no moving parts, and no additional external circulation pump is required, as is the case with the known injector pump arrangement for the coolant air circulation in nuclear steam generators (DT-AS 12 90 554), where the feed water has a Hollow blade ring of the propellant nozzle of the steam-water separation at a boiling water reactor serving falling cyclone is fed. With another known arrangement for pumping boiler or feed water by means of jet pumps (DT-PS 8 97 201) is used as a working medium boiler water from the pressure and the temperature of the saturated steam is used, its working capacity by energy exchange with steam the required pump work has been increased. In the case of the invention, however, an optionally present one plays a role Steam portion of the preheated feed water is irrelevant, as the kinetic energy from the feed water pumps is delivered.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einem U-Rohrbündc! und einen dessen kalten Ende zugeordnten Speisewasservorwärmer, der vom Sekundärmedium im Gegenstrom zum Primärmedium durchströmt wird, und besteht darin, daß der Austritt des Vorwärmers art einen Kanal angeschlossen ist. der mehrere verteilt angeordnete Strahlpumpen speist. Hierdurch erhält man eine gleichmäßige und kräftige Strömung.A preferred embodiment of the invention relates to a steam generator with a U-Rohrbündc! and a feed water preheater assigned to its cold end, which is flowed through by the secondary medium in countercurrent to the primary medium, and consists in that the outlet of the preheater is kind of connected to a channel. the several distributed Jet pumps feeds. This results in a steady and powerful flow.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind /um Schutz des Vorwärmers dessen Wände mit Klappen versehen, die sich bei Überschreiten zulässiger Differenzdruckwerte öffnen. Hierbei ist berücksichtigt, daß die Wände des Vorwärmers mindestens für den Druck ausgelegt werden, der als Druckdifferenz an den Strahlpumpen für die Beschleunigung des Sekundärniediums zur Verfugung gestellt werden soll. Dennoch könnten bei einem Störfall, z. B. Bruch oder Anriß der äußeren .Speisewasserleitung. Druckdifferenzen auftreten, welche die Einbauten des Vorwärmers gefährden würden, deren Entstehung jedoch durch die Klappen verhindert ist.According to a further development of the invention, the walls of the preheater are protected by flaps which open when the permissible differential pressure values are exceeded. It is taken into account that the walls of the preheater are designed at least for the pressure, which is the pressure difference to the Jet pumps for the acceleration of the secondary medium should be made available. Yet could in the event of an accident, e.g. B. Breakage or cracks in the outer .Speisewasserleitung. Pressure differences occur, which would endanger the built-in preheater, but are created by the flaps is prevented.

Oberhalb des Vorwärmers kann man Leiteinrichtungen anordnen, wodurch die Strömung, die mit der Strahlpumpe in Gang gesetzt wird, in gezielter Weise zu den wesentlichen Teilen des Wärmetauschers geführt wird.Above the preheater can be arranged guide devices, whereby the flow that with the Jet pump is set in motion, guided in a targeted manner to the essential parts of the heat exchanger will.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird an Hand der Figur ein Ausführungsbeispiel beschrieben.To explain the invention in more detail, an exemplary embodiment is described with reference to the figure.

Der Dampferzeuger besitzt ein längliches Gehäuse 1 mit vertikaler Achse, das ein U-Rohrbündel 2 zur Führung des Primärmediums enthält. Die Rohre sind im einzelnen nicht dargestellt. Sie sind am unteren Ende des U-Rohrbündels 2, dessen Schenkel 2,-j und 2b ebenfalls vertikal verlaufen und dessen Rohrbogen 2c am oberen Ende des Rohrbündels liegt, in einer Rohrplatte 3 gefaßt, die mit einem Kugelboden 3<? zusammen zwei durch eine Wand 3b voneinander getrennte Räume bildet. An die beiden Räume ist der Einlaß 4 für das Primärmedium einerseits und der Auslaß 5 für das Primärmedium andererseits angeschlossen, das das Rohrbündel 2 im linken Schenkel 2a aufsteigend und im rechten Sehenkel 2b absteigend durchströmt. Primärmedium ist bei einem Druckwasserreaktor als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung leichtes Wasser, das unter einem Druck von beispielsweise 150 Atmosphären steht und Temperaturen von etwa 300"C aufweist.The steam generator has an elongated housing 1 with a vertical axis which contains a U-tube bundle 2 for guiding the primary medium. The tubes are not shown in detail. You are at the lower end of the U-tube bundle 2, whose legs 2, -j and 2b also run vertically and whose tube bend 2c is at the upper end of the tube bundle, held in a tube plate 3, which with a spherical bottom 3 <? together form two spaces separated from one another by a wall 3b. The inlet 4 for the primary medium on the one hand and the outlet 5 for the primary medium on the other hand are connected to the two spaces, which flows through the tube bundle 2 in an ascending manner in the left arm 2a and in a descending manner in the right arm 2b. In a pressurized water reactor, as a preferred embodiment of the invention, the primary medium is light water which is under a pressure of, for example, 150 atmospheres and has temperatures of approximately 300.degree.

Das Priniärrohrbündel 2 ist von einem Führungsmantel 6 umschlossen, der einen Flüssigkeitsabscheider trägt und den sogenannten Fallraum 8 von dem Dereich des U-Rohrbündcls 2 trennt, in dem das als Sekundärmedium vorhandene leichte Wasser verdampft wird. Durch den Flüssigkciisabscheider 7 gelangt Dampf in den Dampfdom 10. aus dem er aus dem Aus-The Priniärrohrbündel 2 is enclosed by a guide jacket 6, which is a liquid separator and the so-called fall space 8 separates from the area of the U-Rohrbündcls 2, in which the secondary medium existing light water is evaporated. Passed through the liquid separator 7 Steam into the steam dome 10.

IaIi 11 entweichen kann.IaIi 11 can escape.

Bei der durch die Pfeile angedeuteten Strömung des P.imürniediums vom Einlaß 4 zum Auslaß 5 ist der dem Auslaß zugeordnete Bereich des U-Rohrbündels als Vorwärmer 13 ausgenutzt. Zu diesem Zweck ist durch S Wände 13a ein abgegrenzter Bereicn geschaffen, in dem Strömungskanüle 14 durch Leiiwände 15 eine hin- und hergehende Querströmung durch das U Rohrbündel veranlassen. Das Sekundärmedium wird bei 18 unten in den Vorwürmer 13 eingespeist.With the flow of the indicated by the arrows P.imürniediums from inlet 4 to outlet 5 is the dem Area of the U-tube bundle assigned to the outlet as Preheater 13 used. For this purpose, a delimited area is created by S walls 13a, in the flow cannula 14 by means of guide walls 15 a reciprocating cross flow through the U tube bundle cause. The secondary medium is fed into the worm 13 at the bottom at 18.

Der Vorwärmer 13 wird in Gegenrichtung /if dem durch das Primärrohrbündel 2 strömenden Primarmcdium in Richtung der Pfeile mäanderförmig durchströmt, da er durch Leiiwände 15 unterteilt ist. Am oberen Ende schließt sich an den Vorwärmer ein Kanal 30 an, der zu einer Strahlpumpe 32 führt. Die Strahlpumpe ist im Fallraum 8 angeordnet. Sie pumpt bei der gezeichneten Ausführung das im Fallraum von oben nach unten strömende Sekundärmedium, so daß auch für kleine Umlaufzahlcn von z. B. 1,5 eine stabile Strömung erhalten wird, bei der das vorgewärmte Speisewasser und das Umlaufwasser gemischt in den Durchlaß 9 gelangen, von dem sie in den Siederaum 12 aufsteigen.The preheater 13 is in the opposite direction / if the Primarmcdium flowing through the primary tube bundle 2 flows through a meandering shape in the direction of the arrows, since it is divided by lei walls 15. At the top At the end of the preheater, a channel 30 connects, which leads to a jet pump 32. The jet pump is arranged in the fall space 8. In the version shown, it pumps up that in the fall space from above secondary medium flowing below, so that even for small Umlaufzahlcn of z. B. 1.5 a stable flow is obtained in which the preheated feed water and the circulating water get mixed into the passage 9, from which they rise into the boiling chamber 12.

Die Geschwindigkeit des Sekundärmediums im Vorwärmer 13 kann relativ niedrig sein, da der für den *5 Betrieb der Strahlpumpe 32 erforderliche Druck durch die Konstruktion der Strahlpumpe in weiten Grenzen unabhängig von der Strömung im Vorwärmer gemacht werden kann. Dennoch empfiehlt es sich, im Vorwärmer besondere Abstützungen 28 anzuordnen, die das Rohrbündel 2 des Schenkels 2b festlegen, damit keine Schwingungen auftreten. Zum Festlegen kann man Stegteile verwenden, die den gesamten Querschnitt des Rohrbündel 2b überdecken. Außerdem sind in den Vorwärmerwänden Klappen 27 vorgesehen, welche bei Überschreiten bestimmter Druckdifferenzwerte sich öffnen und dadurch Zerstörungen des Vorwärmers durch Überdrücke verhindern.The speed of the secondary medium in the preheater 13 can be relatively low, since the pressure required for the operation of the jet pump 32 can be made largely independent of the flow in the preheater by the design of the jet pump. Nevertheless, it is advisable to arrange special supports 28 in the preheater which fix the tube bundle 2 of the leg 2b so that no vibrations occur. To set you can use web parts that cover the entire cross section of the tube bundle 2b. In addition, flaps 27 are provided in the preheater walls, which open when certain pressure differential values are exceeded and thereby prevent the preheater from being destroyed by excess pressure.

Im Inneren des Fiihrungsmaniels 6. der den Siederaum begrenzt, ist beim Auslührungsbeispiel eine l.eiteinrichtung 36 vorgesehen. Sie besteht im wesentlichen aus einer quer zu den Schenkeln 2:i, 2b verlaufenden Platte mit Durchlässen 38, die nach Größe und örtlicher Verteilung variiert werden können. Bezweckt ist eine solche Lenkung des aufsteigenden Sekundürmediums. daß sich im Siedebereich 12 eine weitgehend gleichmache Strömung ausbildet.In the interior of the guide maniel 6, which delimits the boiling chamber, a guide device 36 is provided in the exemplary embodiment. It consists essentially of a plate running transversely to the legs 2: i, 2b with passages 38 which can be varied according to size and local distribution. The aim is to steer the ascending secondary medium in this way. that in the boiling range 12 a largely uniform flow develops.

LXe Strahlpumpe 32 ergibt unabhängig von der Gewichtsdifferenz zwischen warmen und kalten Sekundärmedium einen stabilen Umlauf vom Fallraum 8 zum Siederaum 12 im Inneren des Führungsmantels 6, insbesondere bei kleinen Umlaufzahlen. Durch den reduzierten Umlauf können im Vergleich zu einem Dampferzeuger mit Naturumlauf bei gleicher Leistung folgende Vorteile erhalten werden. Es lassen sich die Behälterabmessungen reduzieren, da durch den reduzierten Wasseranteil im Rohrbündel der Druckvcrlust geringer wird und außerdem durch den Zwangsumlauf ein größerer Förderdruck als beim Naturumlauf aufgebracht werden kann. Damit ist eine Verringerung der Rohrleitung und eine Reduzierung des Behälterdurchmessers des Dampferzeugers im Sicdebereich. im Bereich des Rohrbodens und damit in den Primürkammem 4 und 5 möglich. Dies führt zu einer erheblichen Gewichts- und Kostenersparnis. Bei einer Änderung der Umlaufzahl von ungefähr 4 auf ungefähr 1,5 w ird die Wassermenge, die in den Abscheidern 7 abzuscheiden ist. von etwa 75% Gewichtsanteilen auf etwa 12.5% Gewichtsanteilen reduziert. Das bedeutet bei Verwendung herkömmlicher Wasserabscheider 7 eine höhere Belastbarkeit und damit geringere Anzahl der Absehciderelemente und eine Durchmcsscrverkleinerung des Dampfdomes 10 sowie eine Verminderung des Druckverlustes tier Abscheider 7. was einen strömiingsstabilisierenden Lflekt besitzt. An Stelle der herkömmlichen Wasserabscheider lassen sich außerdem wegen der Reduzierung der abzuscheidenden Wassenncnj'c die Abscheider vereinfachen und verkleinern, was wiederum eine erhebliche Kostenersparnis bedeutet. Die lür den Zwangsumlauf des Sekundärmediums benötigten Pumpen außerhalb des dampferzeuger, d. h. die Speise« asserpunipen eines Kernreaktors, können den Druckab-. fall im Bereich der Strahlpumpe 32 im allgemeinen deshalb ohne weiters aufnehmen, weil die im weiteren Verlauf des Kühlkreislaufes vorhandenen sonstigen Strömungsverluste weit größer sind.LXe jet pump 32 results regardless of the weight difference between warm and cold secondary medium a stable circulation from the fall space 8 to Boiler room 12 inside the guide jacket 6, especially with small numbers of revolutions. Through the reduced In comparison to a steam generator with natural circulation, the following can be achieved with the same output Benefits are obtained. The container dimensions can be reduced because of the reduced water content the pressure loss in the tube bundle is lower and, moreover, greater due to the forced circulation Delivery pressure can be applied as in natural circulation. This is a reduction in the pipeline and a reduction in the container diameter of the steam generator in the silt area. in the area of Tube sheet and thus in primary chambers 4 and 5. This leads to a considerable weight and Cost savings. When changing the number of revolutions from about 4 to about 1.5, the amount of water which is to be deposited in the separators 7. from about 75% by weight to about 12.5% by weight reduced. When using conventional water separators 7, this means a higher load capacity and thus a lower number of cider elements and a reduction in the diameter of the steam dome 10 as well as a reduction in the pressure loss of the separator 7. which has a flow stabilizing effect owns. Instead of the conventional water separator can also be because of the reduction the water to be separated is the separator simplify and downsize, which in turn means significant cost savings. The lür den Forced circulation of the secondary medium required pumps outside the steam generator, d. H. the food «asserpunipen of a nuclear reactor, can reduce the pressure. therefore generally fall in the area of the jet pump 32 without further ado, because the other existing in the further course of the cooling circuit Flow losses are far greater.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

22 claims:

1. Steam generator for a pressurized water reactor, with a tube bundle carrying the primary medium with a feed water preheater arranged in the region of the cold end of the tube bundle, wherein the tube bundle surrounded by a fall space for the circulating secondary medium to be evaporated is, characterized in that in the fall space (8) Jet pumps (32) arranged to generate a forced circulation of the secondary medium are, whose propellant inlets (30) are connected to the outlet of the feedwater preheater (13).

Is 2. Steam generator according to claim 1, associated with a U-tube bundle and a its cold end feedwater, which is flowed through by the secondary medium in countercurrent to the primary medium, characterized in that the outlet of the preheater to a channel reasonable (30) *> closed . which feeds several jet pumps (32) arranged in a distributed manner.

3. Steam generator according to claim 1 or 2, characterized in that to protect the preheater the walls of which are provided with flaps (27). which open when the permissible differential pressure values are exceeded.