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Dampferzeuger Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einem
in einem mindestens annähernd zylindrischen Gehäuse untergebrachten Rohrbündel,
das der Zylinderform angepaßt ist.
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Solche Dampferzeuger hat man bisher häufig mit sogenannten U-Rohrbündeln
ausgeführt, bei denen weitgehend gleiche U-förmig gebogene Rohre für das Primärmedium
mit beiden Schenkeln in einem gemeinsamen Rohrboden befestigt sind. Hier können
sich aber unerwünschte Wärmespannungen ergeben, weil die Längsdehnungen im warmen
Schenkel des U-Rohrbündels, in den das Primärmedium eintritt, gegenüber den Dehnungen
im kalten Schenkel, aus dem das Primärmedium austritt, beträchtlich größer sein
können. Außerdem läßt sich bei einer solchen Anordnung das an sich gewünschte Gegenstromprinzip
nicht konsequent verwirklichen, das in wärmetechnischer Hinsicht am günstigsten
wäre. Deshalb ist das Ziel der Erfindung eine Verbesserung eines Dampferzeugers
der oben genannten Art.
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Der erfindungsgemäße Dampferzeuger zeichnet sich dadurch aus, daß
das Rohrbündel von einem zentralen Rohr wesentlich größeren Durchmessers mit radial
verlaufenden Stegen ausgeht. Das Rohrbündel besitzt demnach sozusagen nur noch den
einen Schenkel der sonst üblichen U-Rohrbündel. Der andere Schenkel ist für alle
Rohre des Bündels durch das gemeinsame zentrale Rohr ersetzt. Dadurch kann man die
Strömung des Speisewassers in bezug auf das Rohrbündel konsequent im Gegenstrom
führen. Zugleich ergibt sich eine günstige Lösung für das Problem der Wärmedehnungen,
weil man unterschiedliche Wärmedehnungen an einer Stelle, nämlich an dem zentralen
Rohr auffangen kann.
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Vorteilhafterweise ist das zentrale Rohr verschiebbar gegenüber einem
Rohrboden befestigt, in dem die dem zentralen Rohr abgekehrte Seite des Rohrbündels
endet. Die Verschiebbarkeit bei gleichzeitiger Dichtigkeit kann u.a. mit einem Balg
erreicht werden, der am zentralen Rohr einerseits und an dem Rohrboden andererseits
befestigt wird. Fabrikatorisch einfacher kann es aber sein, wenn das zentrale Rohr
den Rohrboden durchsetzt und einen inneren verschiebbaren Teil und einen äußeren
konzentrischen Teil umfaßt, der mit dem inneren Teil einen im Vergleich zur Länge
sehr engen Ringspalt einschließt und mit dem Rohrboden verschweißt ist. Der Ringspalt
wirkt dann als Labyrinthdichtung mit einem hohen Strdmungssiderstand im Vergleich
zum Rohrbündel.
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Im Hinblick auf einen Naturumlauf des Speisewassers ist es günstig,
wenn das zentrale Rohr und der wesentliche Teil des Rohrbündels vertikal verlaufen.
Hierbei sollte der Speisewasserstand zweckmäßig unterhalb der Stege liegen. Man
kann dadurch eine Überhitzung des Dampfes im Bereich der Stege selbst erreichen.
Zu diesem Zweck kann ein Teil der Stege vorteilhaft mit Rippen versehen sein, die
die Wärmeabgabe an den Dampf verbessern. Anstelle einfacher Rippen kann man auch
Wärmerohre zur Vergrößerung der Heizfläche verwenden, die in "Wärme- und Stoffübertragung",
Band 4 (1971), Seiten 39 bis 47, beschrieben sind. Unter Umständen kann man auch
alle Stege mit Eisrtchtungen zur Verbesserung des Wärmeüberganges ausrüsten. Zwischen
einem oberen und einem unteren Teil der Stege kann man ferner einen Wasserabscheider
anordnen. Die Wärme der darüber gelegenen Stege kommt dann ausschließlich der gewünschten
Überhitzung bzw. Nachverdampfung zu gute.
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Bei der Verwirklichung der Erfindung empfiehlt es sich, an der dem
zentralen Rohr abgekehrten Seite des Rohrbndels eine um den Umfang gleichmäßig verteilte
Einspeisung des Speisewassere vorzusehen, Man erreicht dadurch eine gleichmäßige
und optimale Belastung aller Rohre des Rohrbündels. Außerdem lassen sich durch eine
allseitige Einspeisung Totwasserzonen vermeiden, die
sonst zu einer
Anreicherung mit korrosionefördernden Produkten führen können. Zur Vergleichmäßigung
der Einspeisung kann sich eine Verteilerkammer um den Umfang des Rohrbündels erstrekken.
Man kann aber auch so viele Einspeiseleitungen um den Umfang des Rohrbündels verteilen,
daß im Inneren des Verdampfergehäuses gelegene besondere Verteilungseinrichtungen
nicht mehr erforderlich sind.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Dampferzeuger
für einen Druckwasser-Leistungsreaktor beschrieben. Der Dampferzeuger ist in einem
Vertikalschnitt gezeichnet. Sein Aufbau ist rotationssymmetrisch, so daß ein Horizontalschnitt
nicht erforderlich erscheint.
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Der Dampferzeuger 1 besitzt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse
2, das oben durch eine flache Kappe 3 mit einem zentralen Dampfauslaß 4 abgeschlossen
ist. Den unteren Abschluß bildet ein Rohrboden 6, indem ein als Ganzes mit 7 bezeichnetes
Rohrbündel zur Führung des Primärmediums einseitig befestigt ist. Das Primärmedium
ist beim Ausführungsbeispiel leichtes Wasser. Das Sekundärmedium ist gleichermaßen
leichtes Wasser, das allenfalls als Speisewasser für eine Dampfkraftanlage üblicher
Bauart aufbereitet ist.
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Unterhalb des mit vertikaler Achse angeordneten Gehäuses 2 ist der
Rohrboden'6 durch eine Kugelkalotte 10 abgeschlossen, an die eine Auslaßleitung
11 angeschloseen ist. Die Auslaßleitung führt über eine nicht dargestellte Hauptkühlmittelpumpe
in bekannter Weise zurück zum Reaktordruckbehälter des Druckwasserreaktors, in dem
das Primärmedium vom Reaktorkern erhitzt wird.
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Vom Reaktordruckbehälter führt eine pumpen- und ventillose Leitung
zu einem zentralen Rohr 15 im Dampferzeuger 1, das einen wesentlich größeren Durchmesser
als die Rohre 16 des Rohrbündels 7 hat. Insgesamt ist sein Querschnitt annähernd
gleich der Summe der Querschnitte der Rohre 16 des Bündels 7. Durch
dieees
zentrale Rohr 15 gelangt das Primärkühlmittel des Druckwasserreaktors zu dem Rohrbündel
7 des Dampferzeugere.
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Das Rohr 15 ist bei 18 mit der Kugelkalotte 10 verschweißt.
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Durch den Rohrboden 6 ist es dagegen mit einem durch einen Ringspalt
20 gegebenen Spiel geführt, das auch zwischen einem inneren Rohrteil 22 und einem
äußeren Rohrteil 23 besteht. Der äußere Rohrteil ist mit dem Rohrboden 6 bei 21
verschweißt.
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Der Ringapalt 20 gestattet Wärmedehnungen zwischen dem inneren Rohrteil
22 und dem äußeren Rohrteil 23. Deshalb können die Rohre 16 des Rohrbündels 7 bei
Wärmeänderungen des zentralen Rohres 15 nicht unter Wärmespannungen gesetzt werden.
Der Spalt 20 zwischen den Rohrteilen 22 und 23 des Rohres 15 ist im Vergleich zur
Länge sehr eng. Er ist nur eo groß bemessen, daß das für eine ungestörte Bewegung
erforderliche Spiel unter Berücksichtigung von Wärmedehnungen vorhanden ist. Dadurch
ist sichergestellt, daß eine durch den Spalt 20 entweichende Menge des Primärmediums
vemachläßigbar klein gegenüber dem durch das Rohrbündel 7 strömenden Teil ist. Oberhalb
des inneren Rohrteiles 22 ist der äußere Rohrteil 23 verdickt. Dort beginnt eine
Anzahl von radial verlaufenden Stegen 24 des Rohrbündels 7. Die Gruppierung dieser
Rohre wird zweckmäßig so gewählt, daß über die gesamte Fläche des Rohrbodens 6 eine
gleichmäßige Rohrteilung oder ein gleichmäßiger Strömungsnideretand zustande kommt.
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Oberhalb eines ersten inneren Rohrbündelteiles 25 ist an einem sich
verjüngenden Teil 26 des zentralen Rohres ein Wassergrobabscheider 27 angeordnet,
der im wesentlichen von Prallblechen 28 gebildet wird. Die Prallbleche können durch
gut wärieleitende Abstandshalter mit den Rohren verbunden sein, damit sie aufgeheizt
werden und eine bessere Nachverdampfung bewirken. Der darüberliegende Bereich 30
des Rohrbündels 7 dient mit einen mit Rippen 31 versehenen Stegen 32 als Überhitzer.
Auch dieser ftberhitzerteil wird vom zentralen Rohr 15 gespeist. Zu diesem Zweck
ist auf die Verjüngung 26 ein Rohr 34 wesentlich kleineren
Durchmessers
aufgesetzt, von dem die überwiegend geradlinig verlaufenden Stege 32 des zweiten,äußeren
Rohrbündelteils ausgehen.
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Das Primärmedium strömt in Richtung des Pfeiles 35 von unten durch
das zentrale Rohr 15 nach oben zu den radial verlaufenden Stegen 32 des Rohrbündels
7. Nach dem Durchströmen des Rohrbündels 7 sammelt sich das Primärmedium in der
Kugelkalotte 10 und strömt dann in Richtung des Pfeiles 36 zum Reaktordruckbehälter
zurück.
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Das Speisewasser tritt dagegen - wie durch den Pfeil 38 angedeutet
ist - in der Nähe des Rohrbodens 6 in den Zwischenraum zwischen dem zentralen Rohr
15 und dem zylindrischen Gehäuse 2.
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Dort ist eine Verteilerkammer 40 so angeordnet, daß das zuströmende
Speisewasser gleichmäßig um den Umfang des Rohrbündels 7 verteilt wird. Nach Möglichkeit
sorgt die Verteilereinrichtung auch dafür, daß die der Schweißnaht 21 benachbarten
inneren Bereiche des Rohrbodens 6 ausreichend bespült werden. Man vermeidet dadurch
Totwasserzonen mit Anreicherungen von korrosionsfördernden Produkten.
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Beim Dampferzeuger nach der Erfindung strömen das PrimErmedium und
das Sekundärmedium im Bereich des Rohrbündels 7 gegensinnig. Der der Verteilerkammer
40 nahegelegene untere Bereich des Dampferzeugers dient dabei als Vorwärmzone. Daran
schließt sich eine Siedezone an, die bis etwa zu den Prallblechen 28 reicht. Der
darüber liegende Teil des Dampferzeugers wirkt als Überhitzer, so daß der in Richtung
des Pfeiles 42 austretende Dampf nur noch eine ganz geringe Restfeuchte hat.
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9 Patentansprüche 1 Figur