DE2244564C3 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, insbesondere für Druckwasserreaktoren, mit einem Rohrbündel, das in einem mindestens annähernd zylindrischen Gehäuse untergebracht und der Zylinderform angepaßt um ein zentrales Rohr wesentlich größeren Durchmessers gruppiert ist, das die Anschlußleitung für y> die Eintrittsenden der Rohre des Rohrbündels bildet und einen Rohrboden durchsetzt, in dem die Austrittsenden der Rohre des Rohrbündels enden, wobei Primärmedium in den Rohren des Rohrbündels und Speisewasser außerhalb der Rohre des Rohrbündels im Gegenstrom zueinander verlaufen. Solche Dampferzeuger kommen insbesondere für Druckwasserreaktoren in Frage, deren Wasser, also das Primärkühlmittel, zur Erwärmung des Speisewassers benutzt wird.

Bei einem bekannten Dampferzeuger der eingangs genannten Art (US-PS 34 12 713) verlaufen die geraden Rohre des Rohrbündels parallel zu dem zentralen Rohr zwischen einem am Primäreinlaß vorgesehenen Rohrboden und einem zu diesem parallelen Rohrboden, der am anderen Ende des zentralen Rohrs angebracht ist. Hier ist das Rohrbündel also in vollem Umfang den Wärmedehnungen des zentralen Rohrs ausgesetzt. Außerdem ist der zweite Rohrboden Teil einer düzkoofartig gestalteten Einlaßkammer, die wegen ihrer komplizierten Form praktisch nur als schweres Gußteil herstellbar ist und einen zusätzlichen Dampfströmungswiderstand bildet.

Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines Dampferzeugers der obengenannten Art, bei dem die Wärmedehnungsverhältnisse des Zentralrohrs und der Wärmetauscherrohre verbessert sind und der mit einer einfacher herstellbaren und dampfströmungsmäßi <* günstigeren Einlaßkammer am Zentralrohr auskommt

Die Erfindung besteht bei einem Dampferzeuger der eingangs genannten Art darin, daß das zentrale Rohr 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, und daß die dem zentralen Rohr zugekehrten Enden der Rohre des Rohrbündels mit radial verlaufenden Rohrabschnitten unmittelbar mit dem äußeren Teil verbunden sind. Hierbei übernimmt das zentrale Rohr nicht nur die Speisung des Rohrbündels von einem Ende her, sondern auch den Ausgleich von Wärmedehnungen, da die beiden Zentralrohrteile einen Schiebesitz bilden. Im Zusammenhang damit vergrößern die radial abgebogenen Wärmetauscherrohre noch die Wärmeelastizität der Gesamtanordnung. Man kann deshalb auf besondere Sammier und Kondensatoren verzichten, wie sie z. B. aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 18 26 411 bekannt sind. Der Ringspalt zwischen den beiden zentralen Rohrteilen kann so eng gemacht werden, daß der Leckverlust des Primärmediums vernachlässigbar klein ist.

Bei Dampferzeugern mit Einspeisung des Primärmediums durch ein Zentralrohr ist es bekannt, radial verlaufende Rohrabschnitte eines um das Zentralrohr gruppierten querliegenden U-Rohrbündels an das Zentralrohrende anzuschließen (US-PS 33 76 858). Hier handelt es sich jedoch um eine Sonderbauform mit Kugelgehäuse und Querstrom-Wärmetausch mit relativ schlechter Raumausnutzung. Bei einem anderen Wärmetauscher für Abhitzeverwertung (US-PS 34 06 747) sind zwar auch abgebogene Schenkel von Rohren an ein Zentralrohr angeschlossen; hierbei ist jedoch kein Gegenstrom-Wärmetausch vorgesehen; vielmehr strömt das gasförmige Heizmittel um die das aufzuheizende Medium führenden Rohre im Gleichstrom. Außerdem bilden die ineinander geschobenen Rohrteile des Zentralrohrs keinen Schiebesitz bzw. Ringspalt, sondern dienen der Hin- bzw. Rückleitung des Sekundärmediums.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verlaufen das zentrale Rohr und der wesentliche Teil des Rohrbündels vertikal. Der Speisewasserstand kann dann unterhalb der radial verlaufenden Rohrabschnitte liegen, so daß diese eine Trocknung und Überhitzung des Dampfes ergeben. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs können die Überhitzer-Rohrabschnitte teilweise mit Rippen versehen sein, wie an sich bekannt ist. Ferner ist eine Trocknung des Dampfes vor der Überhitzung möglich. Zu diesem Zweck kann zwischen einem oberen und einem unteren Teil der Rohrabschnitte ein Wasserabscheider angeordnet sein.

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.

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 .-inseitig 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.

Unterhalb des mit vertikaler Achse angeordneten Gehäuses 2 ist der Rohrboden 6 durch eine Kugelkalotte 10 abgeschlossen, an die eine Auslaßleitung 11 angeschlossen 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.

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 dieses zentrale Rohr 15 gelangt das Primärkühlmittel des Druckwasserreaktors zu dem Rohrbündel 7 des Dampferzeugers.

Das Rohr 15 ist bei 18 mit der Kugelkalotte 10 verschweißt. 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.

Der Ringspalt 20 gestattet Wärmedehnungen zwisehen dem inneren Rohrteil 22 und dem äußeren Rohrteil 23. Deshalb können die Rohre 16 des Rohrbündels 7 bei Wärmeänderungen des zentralen Rohrs 15 nicht unter Wärmespannungen gesetzt wexden. Der Spalt 20 zwischen den Rohrteilen 22 und 23 des Rohrs 15 ist im Vergleich zur Länge sehr eng. Er ist nur so 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 vernachlässigbar klein gegenüber dem durch das Rohrbündel 7 strömenden Teil ist. Oberhalb des inneren Rohrteils 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 Strömungswiderstand zustande kommt.

Oberhalb eines ersten inneren Rohrbünaelteils ist an einem sich verjüngenden Teil 26 des zentralen Rohrs ein Wassergrobabscheider 27 angeordnet, der im wesentlichen, von Prallblechen .78 gebildet wird. Die Prallbleche können durch gut wärmeleitende Abstandshalter mit den Rohren verbunden sein, damit sie aufgeheizt werden und eine bessere Nachverdampfung bewirken. Der darüberliegende Bereich 30 des Rohrbündeis 7 dient mit seinen mil Rippen 31 versehenen Stegen 32 als Überhitzer. Auch dieser Überhitzerteil 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.

Das Primärmedium strömt in Richtung des Pfeils 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 Pfeils 36 zum Reaktordruckbehälter zurück.

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. 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.

Beim Dampferzeuger nach der Erfindung strömen das Primärmedium und das Sekundärmedium im Bereich des Rohroündels 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 darüberliegende Teil des Dampferzeugers wirkt als Überhitzer, so daß der in Richtung des Pfeils 42 austretende Dampf nur noch eine ganz geringe Restfeuchte hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger, insbesondere für Druckwasserreaktoren, mit einem Rohrbündel das in einem mindestens annähernd zylindrischen Gehäuse untergebracht und der Zylinderform angepaßt um ein zentrales Rohr wesentlich größeren Durchmessers gruppiert ist, das die Anschlußleitung für die Eintrittsenden der Rohre des Rohrbündels bildet und einen Rohrboden durchsetzt, in dem die Austrittsenden der Rohre des Rohrbündels enden, wobei Primärmedium in den Rohren des Rohrbündels und Speisewasser außerhalb der Rohre des Rohrbündels im Gegenstrom zueinander verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Rohr (15) einen inneren verschiebbaren Teil (22) und einen äußeren konzentrischen Teil (23) umfaßt, der mit dem inneren Teil (22) einen im Vergleich zur Länge sehr engen Ringspalt (20) einschließt und mit dem Rohrboden (6) verschweißt ist, und daß die dem zentralen Rohr (15) zugekehrten Enden der Rohre des Rohrbündels (7) mit radial verlaufenden Rohrabschnitten (24) unmittelbar mit dem äußeren Teil (23) verbunden sind. *5

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Rohr (15) und der wesentliche Teil des Rohrbündels (7) vertikal verlaufen.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewasserstand unterhalb von radial verlaufenden Überhitzer-Rohrabschnitten (32) liegt.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Überhitzer-Rohrabschnitte (32) mit Rippen (31) versehen ist.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem oberen und einem unteren Teil der Rohrabschritte (24, 32) ein Wasserabscheider (27) angeordnet ist.