DE2256633B2 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft einen Dampferzeuger, insbesondere für Druckwasserreaktoren, mit zwei U-Rohrbündeln, deren Schenkel zueinander zugekehrt und deren Rohrboden durch gemeinsame Einlaßkammern und Auslaßkammern für das Primärmedium, welches in den Rohren Hes U-Rohrbündels strömt. verhnnHrM. sind, wobei getrennte Bereiche für Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung eines Sekundärmediums vorgesehen sind und dem Überhitzerbereich ein Abscheider vorgeschaltet ist.

Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 19 92 049 ist ein Dampferzeuger bekannt, der für Druckwasserreaktoren verwendet werden soll. Der Dampferzeuger besitzt zwei U-Rohrbündel, deren Schenkel einander zugekehrt und durch gemeinsame Ein- und Auslaßkammern für das Primärmedium verbunden sind. Dabei sind getrennte Bereiche für Verdampfung. Vorwärmung oder Überhitzung vorgesehen, denn bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Gebrauchsnuisterschrift kann das eine U-Rohrbündel als Vorwärmer oder Überhitzer dienen, während das andere für die Verdampfung benutzt wird. Der bekannte Dampferzeuger besitzt ferner Abscheider zur Trennung von Dampf und Wasser. Diese Abscheider sind dem Überhitzerbereich vorgeschaltet, soweit ein solcher vorhanden ist.

Bei dem bekannten Dampferzeuger sind die beiden U-Rohrbündel in jeweils einer Rohrplatte befestigt. Ihre Schenkel sind mithin gleich lang. Beide U-Rohrbündel werden gemeinsam von einem eigenen Gehäuse umgeben. Daraus ergeben sich für die heutzutage in Kernkraftwerken üblichen Leistungen recht große Abmessungen mit entsprechend hohen Herstellungskosten. Des weiteren ist der Wärmeübergang in dem bekannten Dampferzeuger durch die Aufteilung in Verdampfer, Vorwärmer oder Überhitzerbereich zwar günstiger als bei Dampferzeugern ohne solche Trennung. Auch hier ist aber noch nicht das Optimum erreicht.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, Dampferzeuger der eingangs geschilderten Art zu optimieren. Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß die Bereiche von den vier Schenkeln der beiden U-Rohrbündcl gebildet werden, die zu diesem Zweck jeweils einen eigenen, den Schenkel umschließenden Mantel aufweisen, der Funktion entsprechend unterschiedlich lang bemessen sind und vom Sekundärmedium derart durchströmt werden, daß der Abscheider von dem auf den Vorwärmcrschcnkel des ersten U-Rohrbündels folgenden Verdampferschenkel des ersten U-Rohrbündels gespeist wird, das aus dem Abscheider kommende verdampfte Sekundärmedium dem Überhitzerschenkel des zweiten U-Rohrbündels zugeführt wird, während das aus dem Abscheider kommende unverdampfte Sekundärmedium dem den Überhitzerschenkel vorgeschalteten Schenkel des zweiten U-Rohrbündcls zugeführt wird.

Bei der Erfindung geling! durch die Aufteilung der gelrennten Bereiche auf einzelne, mit einem eigenen Mantel versehene Gehiiuseteile eine erhebliche Verbesserung des Wärmeüberganges, denn das zur Erwärmung zur Verfügung stehende Medium, bei Druckwasserreaktoren also das Primärkühlmittel, kann optimal ausgenutzt werden. Der neue Dampferzeuger zeichnet sich daher durch einen besonders guten Wirkungsgrad aus; dennoch ist er relativ einfach zu fertigen. Dies scheint zwar im Widerspruch dazu zu stehen, daß das Gehäuse im Vergleich zu dem Dampferzeuger nach der deutschen Gebrauchsmusterschrift 19 92 049 komplizierter ist. Tatsächlich aber läßt sich durch die Aufteilung der einzelnen Bereiche auf die einzelnen Schenkel der U-Rohrbündel wegen der kleineren Rohrplatte und der Gehäuseteile insgesamt eine Einsparung erreichen.

Aus der britischen Patentschrift 10 60 220 sind Dampferzeuger bekannt, bei denen ein U-Rohrbiindel mit einem Gehäuse versehen ist, das für jeden Schenkel einen eigenen Mantel bildet. Bei diesen bekannten Dampferzeugern fehlen aber die für den optimalen Wärmeübergang erforderlichen einzelnen Be.eiche für Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung und vor allen Dingen die Abscheider, die das Sekundärmedium vortrocknen und dadurch den Wirkungsgrad steigern. Das gleiche gilt auch gegenüber dem Dampferzeuger nach der schweizerischen Patentschrift 3 36 843.

Der Einlaß des Dampfabscheiders liegt vorteilhaft oberhalb des Einlasses in den Mantel des zweiten U-Rohrbündels, weil dann der Dampf im Sinne seiner natürlichen Strömungsrichtung geführt werden kann. Darüber hinaus kann man in diesem Fall günstigerweise den Einlaß des Mantels des zweiten U-Rohrbündels mit einem Wasserauslaß d^s Dampfabscheiders über ein Fallrohr verbinden. Durch dieses Fallrohr strömt das abgeschiedene Wasser unter der Wirkung der Schwerkraft in den Schenkel, der zur Verdampfung des letzten Teils des Sekundärmediums vorgesehen ist.

Für eine raumsparende Bauweise empfiehlt es sich, den Dampfabscheider in vertikaler Richtung räumlich parallel zu dem Schenkel des zweiten U-Rohrbündels anzuordnen. Dabei kann der Dampfabscheider einen in Höhe der Verbindungsstelle der beiden Schenkel liegenden Zentrifugalabscheider umfassen. Diesem kann dann ein zylindrisches Gefäß nachgeschaltet sein, das parallel zu dem einen Schenkel angeordnet ist und Feinabscheider enthält. Der neue Dampferzeuger ergibt in dieser Form trotz, seiner auf einzelne Bereiche aufgetrennten Gestaltung ein geschlossenes Gebilde mit relativ geringem Raumbedarf.

Eine günstige Herstellungsweise für den neuen Dampferzeuger besteht darin, daß die den beiden U-Rohrbündeln zugeordneten Mäntel mit den Rohrboden verschweißt sind, die ihrerseits mit den gemeinsamen Ein- und Auslaßkammern verschraubt sind. Dabei kann eine Ein- oder Auslaßkammer für das Sekundärniedium von einer exzentrisch zum zylindrischen Rohrbündel angeordneten zylindrischen Wand gebildet werden. Dies ergibt mit einfachen Formen eine günstige Möglichkeit zur Umlenkung des Sekundiirmediums und eine den strömenden Mengen angepaßt«; Querschnittsveränderung.

Vorstehend wurde bereits auf die Anordnung des Dampfabscheiders hingewiesen, die der natürlichen Strömungsrichtung von Dampf und abgeschiedenem Wasser entgegenkommt. Dennoch kann es zweckmäßig sein, in dem Fallrohr "nterhalb des Dampfabscheiders eine Pumpe anzuordnen, um damit einen notwendigen Ausgleich der Druckunterschiede vorzunehmen, der sich bei Änderung der Belastung des Dampferzeugers durch die hydrostatischen Höhen in den mit dem Dampfabscheider verbundenen Schenkeln ergibt. Aus dem gleichen Grunde kann es auch zweckmäßig sein. Drosseln im Dampfabfluß bzw. Wasserabfluß des Dampfabscheiders anzuordnen, mit denen die Strö mung auf das gewünschte Maß vorgegeben wird, das im wesentlichen durch nichtveränderbare Strömungswiderstünde in den vor- oder nachgeschalteten Schenkeln bestimmt ist.

V/ie schon erwähnt, ist der neue Dampferzeuger trotz seiner relativ aufwendigen Bauweise wegen der geringen Abmessungen der einzelnen Elemente kostengünstig herzustellen. Des weiteren kann es zweckmäßig sein, das Gehäuse des neuen Dampferzeugers im Bereich der Krümmer mit Teilen zi: versehen, die Flansche zum Verschließen von Berohmngsöffnungen aufweisen. Durch solche Berohrung"-öffnungen sind auch Inspektionen oder Reparaturen Ir'.'ht durchzuführen.

so daß der neue Dampferzeuger im S'örungsiall nicht als Ganzes ausgebaut oder ausgewechselt werden muß.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung vvird an

Hand der Figuren ein Ausführungsbeispie! beschrieben.

Dabei zeigen

Fig. 1, 2 und 3 den Dampferzeuger nach der Erfindung in drei zueinander senkrechten Ansichten; die

F i g. 4 und 5 sind Schnitte mit Einzelheiten des Dampfabscheiders, während die

F i g. 6 den Dampferzeuger in größerem Maßstab in einem Längsschnitt darstellt.

Der Dampferzeuger nach der Erfindung umfaßt zwei U-förmige Gehäuseteile 1 und 2. die in einer Ebene angeordnet sind. Die Gehäuseteile umschließen mit ihren zylindrischen Mänteln und den kreisringförmigen Krümmern zwei U-Rohrbündel 3 und 4 mit ungleich langen Schenkeln 5, 6, 7 und 8. Von den Mänteln sind jeweils die eines langen Schenkels 6 und 8 mn denen der gegenüberliegenden kurzen Schenkel 5 und 7 über eine gemeinsame Einlaßkammer 10 bzw. Auslaßkammer 11 verbunden. Die Schenkel verlaufen vertikal.

An die Ein- und Auslaßkammern 10 und 11. die für die Zu- und Abfuhr des Primärmediums vorgesehen sind und zwischen den Mänteln liegen, schließen sich Ein- und Auslaßkammern 12. 13, 14 und 15 für das Sekundärmedium an, die zu den Mänteln gehören. Zusätzlich gibt es am oberen Gehäuseteil 1 im Bereich des Krümmers einen Anschluß 17. Dort mündet die Dampfleitung eines Dampfabscheiders 20, der aus einem Grobabscheider 21 und einem Feinabscheider 22 besteht.

Der Abscheider 20 i.^ct mit seinem Zufluß 25 an die Anschiußkammer 14 des Gehäuscteilcs 2 angeschlossen, also an den Anslaß des Mantels des ersten U-Rohrbündels 4. Sein als Fallrohr 26 ausgebildeter Wasst.T-auslaß führt dagegen zur Anschlußkammer 12. die den Einlaß in den einen Mantel des zweiten U-Rohrbündels 3 darstellt. Dami; oilclet der Abscheider 20 eine Verbindung zwischen den vom Sekundärmedium in Reihe durchströmten beiden Gehäuseteilen 1 und 2. Er liegt räumlich parallel zum langen Schenkel 6 des Gehäuscteilcs 1.

Der Feinabscheider 22 enthält in seinem zylindrischen Mantel 28 ein über den Durchmesser reichendes Filterbett 29 aus zickzackförmig ineinander geschach-

^fiS telten Blechen mit Fangrinnen (nicht dargestellt). Auf der einen Seite des dadurch entstehenden Raumes ist die Dampfzufuhrleitung 30 vorgesehen. Die andere Seite enthält die DampfauslaBleitune 31. die zum Ansrhlnß

17 in den Krümmer 55 des Gchäu.seteiles I geführt ist. Das abgeschiedene Wasser gelangt durch Leitungen 32 in das Fallrohr 26. Dampf- und Wasseranschlüsse 17. 25, 26 können durch Drosseln so justiert werden, daß günstige Strömungsgeschwindigkeiten erhalten werden s (nicht dargestellt).

Der Grobabscheider 21 ist, wie insbesondere die F i g. 5 erkennen laßt, als Zentrifugalabscheider aufgebaut. Er enthält eine geschlitzte Torusspirale .53, aus der der Dampf durch die Leitung 30 nach oben abgeführt wird. Das mit dem Anschluß 25 exzentrisch zugeführte Wasser-Dampfgemisch wird durch die Fliehkraft aus dem Schlitz 34 der Torusspirale 33 herausgeschleudert und an die Innenseite des Gehäuses 21 gepreßt. Dort wird das Wasser durch Leitschaufeln 35 nach unten in das Fallrohr 26 abgeleitet, wobei mitgerissener Dampf noch ausdampfen und in die Leitung .30 abströmen kann.

Die F i g. 6 zeigt in größerem Maßstab konstruktive Finzclhciten des Dampferzeugers nach der Erfindung. wobei die Schenkel der Gehäuseteile 1 und 2 durch jeweils eine Unterbrechung verkürzt dargestellt sind.

Man erkennt, daß der längere Schenkel 6 des Gchäuseteiles 1 mit einer ebenen Rohrplatte 37 abgeschlossen ist. an die sich die Auslaßkammer 11 anschließt. Das Gehäuse der Auslaßkammer ist mit der Rohrplatte durch Schrauben 38 und Muttern 40 lösbar vertunden, so daß der Dampferzeuger in einzelnen Teilen transportiert werden kann. Dies gilt auch für die andere Seite der Kammer 11. wo ein gleicher Rohrboden 42 des Gehäuseteiles 2 angeschlossen ist. Lediglich die Gehäuscteilc zwischen den Ein- und Auslaßkammern 10. 11 sind miteinander verschweißt.

Die Einlaßkammer 10 ist mit entsprechenden Rohrboden 44 und 45 verschraubt, die die Schenkel 5 und 8 der Gehäuseteiie 1 und 2 abschließen.

Im Bereich der Ein- und Auslaßkammern 12. 13, 14 und 15 für das Sekundärmedium sind die zylindrischen Rohrboden der U-Rohrbündel von ebenfalls zylindrischen Gehäuseteilen 46 exzentrisch umgeben. Die Ex- .jo zentrizität wird so gewählt, daß das zu- oder abströmende Sekundärmedium gleichmäßig über den Querschnitt des U-Rohrbündels verteilt wird. Zu dem gleichen Zweck kann man ferner das U-Rohrbündel insbesondere im Bereich der Einlaßkammern 12. 13 über einen Teil seiner Höhe mi: einer Schürze 48 abdecken, die mit Stäben 49 gegen einen Absatz 50 gepreßt wird. Das Speisewasser mi."3 dann in den Spalt 51 eintreten, wodurch die gleichmäßige Verteilung gefördert wird. Zusätzlich kann die Strömung durch Leitbleche 52 an der Innenwand des zylindrischen Gehäuseteils geführt werden.

Der Anschluß 17 der Dampfleitung 31 führt durch den 180°-Krümmer 55 des Gehäuseteiles 1 zum Innenbogen, wo Öffnungen 56 in dem das U-Rohrbündel 3 umgebenden Leitrohr 58 vorgesehen sind.

Am anderen Ende ist der Gehäuseteil 2 mit einem dnickfesten 180' -Krümmer 60 versehen, der ein /im Schutz des U-Rohrbündels 4 und zur Strömungsfüh rung vorgesehenes Leitrohr 61 umgibt.

In den Ein- und Aiislaßkammcrn 10 und 11 für da: l'rimärmedium sind IJmlenkblcchc 65 untergebracht die das Primärmcdium vcrlustarm in entgegengesetzte! Richtung führen und auf die gegenüberliegender Schenkel aufteilen bzw. aus diesen zusammenführen! Ferner sind an den Ein- und Auslaßkammern Flandlö eher 66 angeordnet, die Reparaturen an den U-Rohr bündeln 3. 4 gestatten.

Beim Ausführungsbeispiel ist der kürzere Schenkel 5| 7 für beide Rohrbündel 3, 4 nur etwa halb so lang wie! der längere Schenkel 6, 8. Die Schenkellängen sind abc dennoch nicht gleich lang, wie die F i g. I und 2 deutlich zeigen. Vielmehr ist der kurze Schenkel 5 im Hinblick] auf die zu übertragenden Wärmemengen etwa doppcl so lang wie der kurze Schenkel 7. Diese Länge kannj jedoch mit dem Druck und der Temperatur variier werden, um optimale Verhältnisse zu erreichen. Für diej Daten vorliegender Druckwasserreaktoren dürfte das dargestellte Längenverhältnis jedoch besonders gün stig sein. Es führt zu folgender Wirkungsweise:

Das Primärmedium eines Druckwasserreaktors, voi allem leichtes Wasser, wird in die Einlaßkammer 10J eingespei'i'r. Dort tritt es durch die Rohrboden 44. 45 in) Parallelschaltung in die beiden U-Rohrbündel 3 und ein. Es verläßt diese durch die Rohrboden 37 und 42 ir die Auslaßkammer 11. wo es von einer Hauptkühlmil telpumpc abgesaugt wird.

Das zur Dampferzeugung vorgesehene Spciscwassc wird dagegen nur in die Einlaßkammer 13 eingespeist Dort strömt es zunächst im Schenkel 7 nach unten, wo bei es vorgewärmt wird. Im anschließenden Schenkel 8; findet schon eine Verdampfung statt. An den Auslal. des Schenkels 8, also an die Auslaßkammer 14. ist de Abscheider 20 angeschlossen. Er trennt das Wasser Dampfgemisch und führt das Wasser in die Einlaßkam mer 12 des Schenkels 6, während der Dampf parallel ζ diesem Schenkel geführt wird und erst durch den Ein laß 17 wieder eintritt. Da das abgeschiedene Wasser im| längeren Schenkel des zweiten U-Rohrbündels 3 eben falls verdampft wird, werden die im Krümmer zusam mentreffenden beiden Dampfströme im anschließenden) kurzen Schenkel 5 überhitzt. Der überhitzte Damp verläßt den Dampferzeuger durch die Auslaßkamme 15.

Der neue Dampferzeuger besteht aus relativ kleine Einzelteilen. Er ist deshalb billig zu fertigen. Im Gegen satz zu der insbesondere aus F i g. 4 ersichtlichen Form bei der die Krümmer 55 und 60 nach dem Einbringe der U-Rohrbündel aufgeschweißt werden, kann ma dort auch eine Flanschverbindung vorsehen, die unte Umständen ein schnelles Auswechseln des U-Rohr bündeis oder Reparaturarbeiten an einzelnen Rohre ermöglicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger, insbesondere für Druckwasserreaktoren, mit zwei U-Rohrbündeln, deren Schenkel zueinander zugekehrt und deren Rohrboden durch gemeinsame Einlaßkammern und Auslaßkammern für das Primärmedium, welches in den Rohren des U-Rohrbündels strömt, verbunden sind, wobei getrennte Bereiche für Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung eines Sekundärmediums vorgesehen sind und dem Überhitzerbereich ein Abscheider vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche von den vier Schenkeln (5, 6, 7, 8) der beiden U-Rohrbündel (3, 4) gebildet werden, die zu diesem Zweck jeweils einen eigenen, den Schenkel umschließenden Mantel aufweisen, der Funktion entsprechend unterschiedlich lang bemessen sind und vom Sekundärmedium derart durchströmt werden, daß der Abscheider (20) von dem auf den Vorwärmerschenkel (7) des ersten U-Rohrbündels (4) folgenden Verdampferschenkel

(8) des ersten U-Rohrbündels (4) gespeist wird, daß aus dem Abscheider (20) kommende verdampfte Sekundärmedium dem Überhitzerschenkel (5) des zweiten U-Rohrbündels (3) zugeführt wird, während das aus dem Abscheider (20) kommende unverdampfte Sekundärmedium dem dem Überhitzerschenkel vorgescl'.jlteten Schenkel (6) des zweiten U-Rohrbündels (3) zugeführt wird.

2. Dampferzeuger nach Anspruc.i I. dadurch gekennzeichnet, daß der Einlab (25) des Dampfabscheiders (20) oberhalb des Einlasses (12) im Mantel des ersten U-Rohrbündels (4) liegt.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (12) des Mantels des zweiten U-Rohrbündels (3) mit einem Wasserauslaß des Dampfabscheiders (20) über ein Fallrohr (26) verbunden ist.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfabscheider (20) in vertikaler Richtung räumlich parallel zu dem Schenkel (6) des zweiten U-Rohrbündels (3) angeordnet ist.

5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfabscheider (20) einen in Höhe der Austrittsstelle aus dem Mantel des ersten U-Rohrbündels (4) liegenden Zentrifugalabscheider (21) umfaßt und daß diesem ein zylindrisches Gefäß (22) nachgeschaltet ist. das parallel zu dem einen Schenkel angeordnet ist und tinen Feinabscheider (29) enthält.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden l/-Rohrbündeln (3. 4) zugeordneten Mantel mit den Rohrboden (37, 42, 44,45) verschweißt sind, die ihterseits mit den gemeinsamen Ein- und Auslaßkammern (10, 11) verschraubt sind.

7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Auslaßkammern (12, 13, 14, 15) für das Sekundärmedium von exzentrisch zum zylindrischen Rohrbündel angeordneten zylindrischen Wänden (46) gebildet werden.

8. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch ge- fts kennzeichnet, daß eine Pumpe in dem Fallrohr (26) unterhalb des Dampfabscheiders (20) angeordnet ist.

9. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche | bis 8, gekennzeichnet durch Drosseln im Dampfabfluß bzw. Wasserabfluß des Dampfabscheider (20).

10. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 2) im Bereich der Krümmer (55, 60) Teile mit Flanschen zum Verschließen von Berohrungsöffnungen aufweist.