DE2303277C3 - Dampferzeuger - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit im unteren Bereich eines vertikalen Druckgefäßes angeordnetem horizontalem Rohrboden, an dem die Enden von sich innerhalb des Druckgefäßes erstreckenden, ein Bündel bildenden und ein Heizmittel führenden U-Rohren dicht befestigt sind, die von einer verdampfbaren Flüssigkeit umströmt werden, mit einer die kalten Schenkel des U-Rohrbündels umschließenden Vorwärmkammer. deren vertikale, dem Druckgefäß benachbarte Wand von diesem radialen Abstand hat und in die die kalte, zu verdampfende Flüssigkeit eingespeist und in nach oben und unten gerichtete Teilströme aufgeteilt wird, wöbe: üie Vorwärmkammer quer zu *>° den Rohren verlaufende Wände aufweist.

Ein solcher Dampferzeuger ist aus der US-Patentichrift 37 06 301 bekannt. Bei diesem Dampferzeuger erstrecken sich die quer zu den Rohren verlaufenden Wände nur über einen Teil des Querschnitts der Vorwärmkammer und sind derart zueinander versetzt angeordnet, daß die vorzuwärmende Flüssigkeit quasi zickzackförmig durch die Vorwärmkammer strömt und die Rohrschenkel im wesentlichen quer angeströmt werden. Dort, wo die Querwände an den vertikalen Wänden der Vorwärmkammer befestigt sind, ergeben sich Strömungstoträume, d. h. Zonen, in denen das Wasser stagniert. Ähnliche Zonen entstehen außerdem auch an den freien Enden der Querwände, und zwar unmittelbar nach der Umlenkung der zickzackförmig geführten Strömung. Solche Zonen haben den Nachteil, daß die Flüssigkeit in ihnen verdampft und etwa in der Flüssigkeit enthaltene Verunreinigungen sich dabei konzentrieren können. Dies kann Anlaß zu Korrosionen bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Dampferzeuger der eingangs genannten Art im Bereich der kalten Rohrschenkei eine Anordnung zu schaffen, die mit Sicherheit verhindert, daß die verdampfbare Flüssigkeil stagnierende Zonen bildet, die zu Salzkonzentrationen und damit zur Zerstörung der Rohre führen können.

Diese Aufgabe A-ird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die quer zu den Rohren verlaufenden Wände sich über den gesamten Querschnitt der Vorwärmkammer erstrecken und jedem Rohrschenkel ein Ringspalt zum Durchtritt der verdampfbaren Flüssigkeit zugeordnet ist und die vertikalen Wände der Vorwärm kamrr.jr bis zum Rohrboden geführt sind, wobei in dem dem Druckgefäß benachbarten Bereich der Vorwärmkammerwand am Rohrboden mindestens eine· Öffnung für den Durchtritt des nach unten ger.chteten Teilstromes de^r zu verdampfenden Flüssigkeit vorgesehen ist.

Durch die sich über den gesamten Querschnitt der Vorwärmkammer erstreckenden Querwände mit den den Rohrschenkeln zugeordneten Ringspalten wird innerhalb der Vorwärmkammer eine intensive Strömung der zu verdampfenden Flüssigkeit entlang den ka'ren Rohrschenkeln erzielt, ohne daß in der Vorwärmkammer Stauzonen entstehen, in denen in der verdampfbareri Flüssigkeit enthaltene Verunreinigungen sich durch Verdampfen der Flüssigkeit aufkonzentrieren könnten. Durch die bis zum Rohrboden geführten vertikalen Wände der Vorwärmkammer wird erreicht, daß die aus der Vorwärmkammer kommende, im Zwanglauf gegen den Rohrboden strömende Flüssigkeit gezwungen wird, nach Umlenkung gegen die Peripherie an der den kalten Rohrschenkeln benachbarten Druckgefäßwand entlang in den Raum unmittelbar oberhalb des mit warmen Rohrschenkeln bestückten Rohrbodenabschnitts zu strömen, wo sich dann die an den kalten Rohrschenkeln vorgewärmte Flüssigkeit mit der übrigen, im Naturumlauf zirkulierenden Flüssigkeit mischt. Somit wird auch im Bereich des mit den kalten Rohrschenkeln bestücken Rohrbodens die Bildung von Stauzonen vermieden.

Eine besonders vorteihafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Vorwärmkammer ein Kasten zum Zuführen der verdampfbaren Flüssigkeit vorgeschaltet ist, der in dem Raum zwischen den kalten und den warmen Rohrschenkeln des U-Rohrbündels angeordnet ist. Hierdurch läßt sich auf einfache Weise eine bessere Raumausnützung erreichen, die zu kleineren Abmessungen des Druckgefäßes führt.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind in der Vorwärmkammer parallel zu den kalten Rohrschenkeln sich erstreckende und zwischen diesen Schenkeln angeordnete Verdrängungskörper vorgesehen, die um die Rohrschenkei herum schmale Räume freilassen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dampferzeugers ist in der folgenden Beschreibung an

Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. I einen Vertikalschnitt durch das untere Ende eines Dampferzeugers nach der Erfindung.

F i g. 2 einen Schnitt durch den Dampferzeuger entsprechend der Linie 1!-II in F i g. 1, ^

F ig. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie IiMIl m Fig. 1.

F i g. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in F i g. 1 in gröberem Maßstab und

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend der Linie V-V in F i g. 2 in größerem Maßstab.

Gemäß F i g. I besteht der Dampferzeuger einer Kernreaktoranlage im wesentlichen aus einem vertikalen Druckgefäß lö. einem horizontalen Rohrboden 1, in dem ein Heizmittel führende Rohre 8 und 9 eines Bündels 12 dicht befestigt sind, und einer Eintrittskammer 4 sowie einer Austrittskammer 6 für das Heizmittel. Das Heizmittel ist z. B. Druckwasser, das vor dem Eintritt in die Kammer 4 den Reaktorkern gekühlt hat und nach Wärmeabgabe im Dampferzeuger zum Reaktorkern .zurückströmt. Die beiden Kammern 4 und 6 werden von dem Rohrboden, einer Trennwa.id 3 und einem kugeligen Bodeii 2 begrenzt, an dem ein Heizmittelzuführstutzen 5 und ein Heizmiuelabführstutzen 7 angeschlossen sind. Das Druckgefäß 10 geht in an sich be ;_? kannten nicht dargestellter Weise an seinem oberen Ende in eine Halbkugel über, an der ein Stutzen zur Entnahme des erzeugten Dampfes angeschlossen ist. Die Rohre 8 und 9 sind in ebenfalls an sich bekannter, nicht dargestellter Weise über Bogen miteinander ver- \o bunden. so daß sich das URohrbündel 12 mit an der Heizmitteleintrittskammer 4 angeschlossenen warmen Rohrschenkeln 8 und an der Heizmittelaustriuskammer 6 angeschlossenen kalten Rohrschenkeln 9 ergibt. Das Rohrbündel 12 ist von einer rohrförmigen vertikalen ^ Führungswand 16 umgeben, so daß zwischen dem Druckgefäß 10 und der Führungswand 16 ein Ringraum entsteht, in dem die im Naturumlauf zirkulierende Flüssigkeit, z. B. Wasser, abwärts strömt.

Oberhalb des mit den warmen Rohrschenkeln 8 bestückten Rohrbodenabschnitts ist als Führungsmittel für die Flüssigkeit ein nach einem flachen Halbkegel geformtes Blech 45 vorgesehen, das mit seinem gekrümmten Rand mit dem unteren Ende der Führungswand 16 dicht verbunden ist. Der übrige gerade Rand ist - bis auf eine rechteckig ausgeschnittene Öffnung 46 (F i g. 3) — mit einer vertikalen Wand 20 dicht ver bunden. die sich vom Rohrboden 1 ausgehend nach oben und nber die ganze Querausdehnung des Rohrbündels 12 erstreckt (F i g. 2). Das halbkegclförmige Blech 45 ist mit Durchtrittsöffnungen versehen, durch die sich jeweils ein Rohrschenkel 8 mit Spiel erstreckt, so daß im Ringraum zwischen Druckgefäß 10 und Führungswand 16 abwärtsströimende Flüssigkeit über den mit den warmen Rohrschenkeln 8 bestückten Rohrbodenabschnitt strömt und sich in zwischen diesen Schenkeln und dem Blech 45 aufwärtsfließende Teilströnie aufteilt.

Die Wand 20 befindet sich nicht in der Mitte des Raumes zwischen den warmen und kalten Rohrsehenkein 8 bzw. 9, sondern ist zu den kalten Rohrschenkeln 9 hin verschoben. Da auf diese Weise ein nicht mit Rohren bestückter Abschnitt des Rohrbodens entstünde, der eine ungleichmäßige Verteilung der Flüssigkeil auf die warmen Rohrschenkel 8 zur Folge hätte, sind im f\s Bereich dieses Abschnitts auf der Unterseite des Bleches 45 Stummel 47 angebracht, die in F i g. 2 schraffiert dargestellt sind und den Rohrschenkeln 8 entspre-

chende Schenkel simulieren.

Im unteren Bereich der alten Rohrschenkel 9 ist eine diese Schenkel umschließende Vorwärmkammer 31 vorgesehen, die von der Wand 20 und der in F 1 g. 3 rechten Hälfte der Führungswand 16 sowie nach oben durch eine Wand 37 und nach unten durch eine Wand 38 begrenzt ist. Die Wände 37 und 38 verlaufen quer zu den Rohrschenkeln 9. Im unteren Bereich des Rohrbündels 12 ist zwischen den warmen Rohrschenkeln 8 einerseits und den kalter, Rohrschenkeln 9 andererseits ein der Vorwärmkammer 31 vorgeschalteter Vierkantkasien 21 vorgesehen, der sich quer durch das Bündel 12 bis zur Führungswand 16 erstreckt. An den beiden Enden des Kastens 21 ist je ein Stutzen 22 und 23 angeschlossen, der die Druckgefäßwand durchdringt und in je eine Leitung 24 bzw. 23 übergeht, die an eine gemeinsame Pumpe Il angeschlossen sind (Fig. 3). die die zu verdampfende Flüssigkeit dem Dampferzeuger zuführt und sie einem Kondensator einer Dampfturbinenanlage entnimmt, in der der im Dampferzeuger erzeugte Dampf entspannt wird. In der Wand 20 sind im Bereich des Vierkantkastens 21 über dessen Länge verteilt mehrere Öffnungen 30 vorgesehen, die den Kasten 21 mit der Vorwärmkammer 31 verbinden.

Die Vorwärmkammer 31 weist außer den beiden quer verlaufenden Wänden 37 und 38 zwei Wand ■ 32 und 2i auf, die sich ebenfalls von der Wand 20 ausgehend und quer zu den Rohren 9 verlaufend bis zur F-ührungswand 16 erstrecken und mit den Wänden 20 und 16 dicht verschweißt sind. Ähnlich wie beim halbkegelförmigen Blech 45 sind in den Wänden 32 und 33 Durchlaßöffnungen vorgesehen, durch die sich die kalten Rohrschenkei 9 mit Spiel erstrecken, so daß in den Wänden jedem Rohr 9 ein Ringspalt zugeordnet ist Die Wand 33 verläuft von der vertikalen Wand 20 3us nach oben etwas ansteigend, wogegen die Wand 32 horizontal verläuft. Dadurch ergibt sich also /.wischen die sen Wanden ein gegen außen abnehmender Strömungsquerschnitt. Parallel zur Wand 33 ist nahe dem Rohrboden 1. ebenfalls von der Wand 20 ausgehend, die untere Wand 38 vorgesehen, die mit ihrem gebogenen Rand in die die Vorwärmkammer begrenzende Führungswand 16 übergeht und die ebenfalls Ringspalte bildende Durchlaßöffnungen wie die Wand 33 aufweist. Auf diese Weise ist zwischen der Wand 33 und der unteren Wand 38 ein Raum gebildet, der erfindungsgemäß mit Verdrängungskörpern 36 versehen ist, die sich über die ganze Höhe des Raumes erstrecken. Die Verdrängungskörper 36 weisen sechseckigen Querschnitt auf (Fig. 4), wobei die Seiten des Sechsecks abwechselnd gerade und konkav verlaufen. Die Verdrängungskörper 36 sind so dimensioniert, daß sie zwischen ihren konkaven Seiten und den Rohrs:henkcln 9 einen schmalen Zwischenraum 41 freilassen. Ferner sind schmälere Zwischenräume 42 zwischen den geraden Seiten benachbarter Verdrängungskörper vor gesehen, um der Wärmedehnung Rechnung zu tragen. Zum Zentrieren der Körper 36 sind an den Enden der konkaven Seiten je zwei Längswulste 40 vorgesehen, die an den Rohrschenke'n 9 anliegen.

Parallel zur Wand 32 ist die obere Begrenzungswand 37 der Vorwarmkainmer 31 vorgesehen, die ebenfalls Ringspalle bildende Durchlaßöffnungen wie die Wand 32 aufweist. Die Wand 37 ist am oberen Ende der vertikalen Wand 20 mit dieser dicht verbunden und ebenfalls mit der Führungswand 16 dicht verschweißt. In dem durch die beiden Wände 32 und 37 gebildeten Raum erstrecken sich Verdrängungskörper 35, die in

gleicher Weise wie die Verdrängungskörper 36 ausgebildet und angeordnet sind.

Die die Vorwärmkammer 31 begrenzende Führungswand 16 ist über einen Bereich von je 45', gemessen von der vertikalen Wand 20 aus (F i g. 2), nach unten bis zum Rohrboden 1 verlängert, so daß die beiden Wandteile 39 (Fig. 2) entstehen. Dadurch ergibt sich am Rohrboden 1 zwischen diesen beiden Wandtcilen 39 eine Öffnung von 90°, durch welche die die Ringspalte in der Wand 38 durchströmende Flüssigkeit strömen muß, bevor sie über den Ringraum zwischen den Wandteilen 39 einerseits und der benachbarten Druckgefäßwand in den Raum zwischen dem halbkegelförmigen Blech 45 und den mit den warmen Rohrschenkeln 8 bestückten Rohrbodenabschnitt gelangt, wo sie sich mit der im Naturumlauf zirkulierenden Flüssigkeit mischt.

Im Zentrum des Rohrbodens 1 ist eine Sackbohrung 48 vorgesehen, von deren Grunde eine schräg nach oben geführte Bohrung 49 ausgeht, an die eine Leitung 50 angeschlossen ist (Fig. 5), die dem Rohrboden 1 entlang aus dem Verdampfer herausgeführt ist (F i g. 2) und zum Abschlämmen dient.

Im Betrieb des Dampferzeugers wird beispielsweise 90% der gesamten zu verdampfenden Flüssigkeitsmenge über die Leitungen 24 und 25 dem Vierkantkasten 21 zugeführt, aus dem die Flüssigkeit über die Öffnungen 30 in die Vorwärmkammer 31 strömt. Ungefähr die Hälfte der Flüssigkeitsmenge, also 45%, strömt dann im Zwanglauf über die Ringspalte in der Wand 33 durch die Spalten 41 und 42 an den Rohrschenkeln 9 und zwischen den Verdrängungskörpern 36 abwärts. Nach Durchströmen der Ringspalte in der Wand 38 strömt die Flüssigkeit unter intensivem Bespülen des mit den kalten Rohrschenkeln 9 bestückten Abschnitts des Rohrbodens 1 radial nach außen zur Peripherie des Bündels der kalten Rohrschenkel 9 und gelangt über die 90°-öffnung zwischen den Wandteilen 39 in den Ringraum zwischen diesen Wandteilen und der benachbarten Druckgefäßwand. In diesem Ringraum strötni die Flüssigkeit entlang der Peripherie des genannter Bündels und gelangt dann nach Passieren der Stirnkante der vertikalen Wand 20 — wie schon erwähnt — ir den Raum unterhalb des Bleches 45. Die andere Hälfte der in die Vorwärmkammer 31 einströmenden Flüssigkeit strömt über die Ringspalte in der Wand 32 zwischen den Verdrängungskörpern 35 in Richtung der kalten Rohrschenkcl 9 nach oben und mischt sich nach dem Durchströmen der Ringspalte in Her oberen Wand 37 mit der übrigen Flüssigkeit, die über das Blech 45 in den von der Führungswand 16 umschlossenen Raum gelangt ist. Die restlichen 10% der zu verdampfenden Flüssigkeit wird in an sich bekannter Weise ungefähr auf der Höhe des Niveaus der zu verdampfenden Flüssigkeit durch einen nicht dargestellten Stutzen in den Ringraum zwischen dem Druckgefäß 10 und der Führungswand 16 eingespeist.

Die Neigung des halbkegelförmigen Bleches 45 ist so zu wählen, daß bis in den Bereich der Sackbohrung 48 der mit warmen Rohrschenkeln 8 bestückte Abschnitt des Rohrbodens 1 mit noch genügender Geschwindigkeit gespült wird. Findet an den kalten Rohrschenkeln 9 eine Vorwärmung der zu verdampfenden Flüssigkeit bis zur Sattdampftemperatur statt, so kann zwischen dem halbkegelförmigen Blech 45 und dem Rohrboden 1 eine so starke Dampfbildung entstehen, daß die Neigung des Bleches 45 null oder sogar negativ werden kann.

In dem dem Bündel der kalten Rohrschenkel 9 benachbarten Ringraum zwischen dem Druckgefäß IC und der Führungswand 16 kann eine sich über 180° erstreckende, etwa auf der Höhe der Schnittlinie IV-IV angebrachte Schikane vorgesehen sein, die vermeidet daß die vorgewärmte, aus der unteren Wand 38 austretende Flüssigkeit nach oben in den genannten Ringraum strömt.

Hierzu 2 Biau Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger mit im unteren Bereich eines vertikalen Druckgefäßes angeordnetem horizontalern Rohrboden, an dem die Enden von sich innerhalb des Druckgefäßes erstreckenden, ein Bündel bildenden und ein Heizmittel führenden U-Rohren dicht befestigt sind, die von einer verdampfbaren Flüssigkeit umströmt werden, mit einer die kalten Schenkel des U-Rohrbündels umschließenden Vorwärmkammer, deren vertikale, dem Druckgefäß benachbarte Wand von diesem radialen Abstand hat und in die die kalte, zu verdampfende Flüssigkeit eingespeist und in nach oben und unten gerichtete Teilströme aufgeteilt wird, wobei die Vorwärnikammer quer zu den Rohren verlaufende Wände aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zu den Rohren (9) verlaufenden Wände (32,33, 37, 38) sich über den gesamten Querschnitt der Vor-Wärmkammer (31) erstrecken und jedem Rohrschenkel (9) ein Ringspalt zum Durchtritt der verdampfbaren Flüssigkeit zugeordnet ist und die vertikalen Wände (16. 20) der Vorwännkammer (31) bis zum Rohrboden (1) geführt sind, wobei in dem dem Druckgefäß (10) benachbarten Bereich der Vorwärmkammerwand (16) am Rohrboden (I) mindestens eine Öffnung für den Durchtritt des nach unten gerichteten Teilstromes der zu verdampfenden Flüssigkeit vorgesehen ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet. daß der Vorwärmkammer (31) ein Kasten (21) zum Zuführen der verdampfbaren Flüssigkeit vorgeschaltet ist. der in dem Raum zwischen den kalten (9) und den warmen Rohrschenkeln (8) des U-Rohrbündels (12) angeordnet ist.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorwä..nkammer (31) sich parallel zu den kalten Rohrschenkeln (9) erstreckende und zwischen diesen Schenkeln an- 4c geordnete Verdrängungskörper (35, 36) vorgesehen sind, die um die Rohrschenkel (9) herum schmale Räume (41) freilassen.