DE2318111A1

DE2318111A1 - Kernkraftanlagen

Info

Publication number: DE2318111A1
Application number: DE2318111A
Authority: DE
Inventors: Brian Victor George
Original assignee: British Nuclear Design of Construction Ltd
Current assignee: British Nuclear Design of Construction Ltd
Priority date: 1972-04-12
Filing date: 1973-04-11
Publication date: 1973-10-18
Also published as: IT980822B; GB1391987A; US3937652A; FR2179970B1; JPS498697A; FR2179970A1

Description

Poienicmwäli·

Br.-feg. WiI keim Roichsl
ίίρΗπίί. .Wcl/ifüEgf fieichel

6 Frankfurt a. M. 1
ParkBircißö 13

7411

BRITISH NUCLEAR DESIGN & CONSTRUCTION LIMITED, Whetstone, Leicester, England

Kernkraftanlagen

Die Erfindung betrifft Kernkraftanlagen, und sie bezieht sich insbesondere auf derartige Anlagen, die einen Kernreaktor enthalten, bei dem die Spaltzone des Reaktors oder das Reaktorcore durch ein Fluid wie Kohlenstoffdioxid oder Helium gekühlt wird, das durch ein oder mehrere Kühlmittelumwälzvorrichtungen umgewälzt wird.

Es kann vorteilhaft sein, in einer derartigen Anlage die Kühlmittelumwälzvorrichtungen durch Dampfturbinen anzureiben; und in den Fällen, wenn die durch das Kühlmittel von der Reaktorspaltzone abgeführte Wärme dazu verwendet wird, um in einem oder mehreren Hauptkesseln, die einen oder mehrere Hauptturbogeneratoren mit Dampf versorgen, Hochdruck-

309842/0994

Dampf zu erzeugen, ist vorgeschlagen worden, die Kühlmittelumwälzvorrichtungen durch Dampfturbinen anzutreiben, die mit Dampf aus diesem Hauptsystem, vorzugsweise von der kalten Nacherhitzungsleitung desselben (d.h. an einer Zwischenstufe in dem Hauptturbinenexpansionsverfahren), versorgt werden, da dies die Verluste in bezug auf den thermodynamischen Wirkungsgrad minimalisiert. In Fällen dieser Art und in Fällen, bei denen Nacherhitzung des Dampfes in dem Hauptdampfsystem innerhalb des Reaktorgefäßes durch Wärmeaustausch mit dem heißen Kühlmittel bewirkt wird, ist das Einschalten der Turbinen für Kühlmittelumwälzvorrichtungen in die Dampfnacherhitzungsleitung ganz passend, da die letztere in Jedem Fall in das Reaktorgefäß (wo die Kühlmittelumwälzvorrichtungen angeordnet sind) zurückgeführt wird. In einem Fall jedoch, bei dem ein Dampf-Zu-Dampf-Nacherhitzungskreislauf verwendet wird (d.h. bei dem entweder direkter oder abgezapfter Dampf für Nacherhitzungszwecke verwendet wird), wäre zu teuer, Dampf zu dem Reaktor zurückzuführen, nur. um die Kühlmittelumwälzvorrichtungen anzutreiben.

Die vorliegende Erfindung liefert eine Kernkraftanlage mit einem Kernreaktor, der eine Reaktorspaltzone , wenigstens einen Hauptkessel, wenigstens eine Hauptkühlmittelumwälzvorrichtung, die Kühlmittel durch die Spaltzone und durch den Hauptkessel umwälzt, und eine die Kühlmittelumwälzvorrichtung antreibende Dampfturbine enthält, die diese Hauptkühlmittelumwälzvorrichtung antreibt, bei der erfindungsgemäß die Anlage wenigstens einen Hilfskessel enthält, der durch das Kühlmittel erhitzt wird und Dampf erzeugt und diesen Dampf der die Kühlmittelumwälzvorrichtung antreibenden Dampfturbine zuführt.

309842/0994

Die Erfindung kann in Reaktorsysteme eingebaut werden, wie sie z.B. in der deutschen Patentanmeldung P 21 43 026.2, eingereicht am 27. August 1971, beschrieben worden sind, die ein Hauptkesselsystem und ein Hilfskesselsystem enthalten, welche beide durch Wärme erhitzt werden, die von der Reaktorspaltzone an sie mittels des Kühlmittels, das durch die Kühlmittelumwälzvorrichtungen umgewälzt wird, übertragen wird, wobei die Hilfskessei Dampf für wesentliehe elektrische Leistung liefern und eine Kapazität besitzen, die typischerweise einige 20% der maximalen Anlagenausgangsleistung beträgt.

Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, die in Reaktorsystemen gemäß der obengenannten Patentanmeldung eingebaut sind und zur Erläuterung der Erfindung dienen sollen. Dabei wird auf die beigefügten schematischen Zeichnungen Bezug genommen.

In diesen Zeichnungen zeigt:

Fig.. 1 eine erste Ausführungsform und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, die der in Fig. 1 gezeigten sehr ähnlich ist, jedoch eine Abwandlung derselben enthält.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Kernreaktorspaltzone 11 in einer Reaktorkammer 12 innerhalb eines Druckgefäßes 13 aus Spannbeton eingeschlossen. Innerhalb der Wandstärken des Gefäßes 13 sind Kammern oder Hohlräume 14 und 15 vorgesehen, die sich vertikal erstrecken und die an ihren Enden verschlossen sind und über Durchführungen 16 mit

309842/0994

der Reaktorkammer 12 verbunden sind. Innerhalb jeder einzelnen Kammer einer Vielzahl von Kammern 14 (deren Anzahl angenommen vier ist) ist eine entsprechende Hauptkesseleinheit 17 und eine entsprechende Hauptumwälzvorrichtungseinheit 18 angeordnet, die erhitztes Kühlmittel, z.B. Helium, unter Druck von der Reaktorspaltzone 11 abzieht und dann durch die entsprechende Hauptkesseleinheit 17 zieht, bevor es sie in die Reaktorkammer 12 zum nochmaligen Durchströmen der Spaltzone zurückführt. In ähnlicher Weise ist eine Vielzahl von Hilfskesseleinheiten 19 (von denen ebenfalls vier vorhanden sein können) vorgesehen, von denen jede in einer entsprechenden Kammer 15 angeordnet ist und ebenfalls mit einer entsprechenden Hilfsumwälzvorrichtungseinheit 20 zusammenarbeitet, die in ähnlicher Weise erhitztes Kühlmittel von der Reaktorspaltzone 11 abzieht und dann durch die entsprechende Hilfskesseleinheit 19 zieht, bevor sie es an die Reaktorkammer 12 zum nochmaligen Durchströmen der Spaltzone 11 zurückführt. Die detaillierte Anordnung einschließlich der Durchführungen, durch die die gewünschten Zirkulationswege für das Reaktorkühlmittel erreicht werden, sind in der genannten Patentanmeldung näher beschrieben und dargestellt.

Die, Hauptkesseleinheiten 17 werden durch die Wasserzuführungsleitungen 21 mit Wasser versorgt, und ihre Hochdruck-Dampf ausgangs ströme werden durch die Dampfleitungen 22 je-ii-oos Ja^frff-i ^pvw -il· -anftphi einer oder mehreren Turbinen der (nicht dargestellten) Hauptdampfturbogeneratoren der Anlage zugeführt. Jede Kammer 14, die eine Hauptkesseleinheit 17 umschließt, kann ebenfalls eine (nicht dargestellte) entsprechende Dampfnacherhitzungseinheit versorgen, um den Dampf, der den Hauptturbogeneratorturbinen zugeführt wird, zwischendurch nachzuerhitzen.

309842/0994

Die Hilfskesseleinheiten 19 werden mit Frischwasser durch Wasserzuführungsleitungen 23 versorgt, und ihre Dampfausgangsströme werden über die Dampfleitungen 24 ggf. den Turbinen 25 von einem oder mehreren Hilfsdampf-Turbogeneratoren zugeführt, die eine wesentliche Leistung zum Betrieb der Anlage liefern. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Dampf von den Hilfskesseleinheiten 19 jedoch ebenfalls dazu verwendet, die Dampfturbinen 26 anzutreiben', die ihrerseits die Hauptkühlmittelumwälzvorrichtungseinheiten 18 antreiben. Die erforderlichen Leistungen für diese Einheiten 18 sind nur einige 3% der gesamten Anlagenausgangsleistung. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Dampf von den Hilfskesseln über die Dampfleitungen 24 einem Druckkessel 27 und dann den Turbinen 26 zugeführt, von denen er zu einem weiteren Druckkessel 28 abgesaugt wird, wenn er der Reihe nach den Hilfsturbogeneratorturbinen 25 zugeführt wird. Jede eine Kühlmittelumwälzvorrichtung antreibende Dampfturbine 26 ist mit einer entsprechenden Neben- oder Beipaßleitung versehen, die in der Zeichnung die Druckreduzierventile 29 und einen Bottichschwimmer 30 enthält; und diese Einrichtung zusammen mit der (nicht dargestellten) Drosselsteuerung ermöglicht, daß die flexiblen Leistungserfordernisse der Hauptumwälzvorrichtungen 18 erfüllt werden können, wobei ebenfalls den Erfordernissen der Sicherheitsvorschriften genügt wird. Jede Turbine 26 kann direkt mit der entsprechenden Umwälzvorrichtung 18 gekuppelt sein und kann typischerweise eine einstufige Maschine sein, die mit angenähert 6000 UpM bei Einlaßdampfbedingungen von 105 kg/cm² (1500 psig) und 537,8 ⁰C (1000⁰F) und Auslasbedingungen von 45,5 kg/cm (650 psig) und 426,7 ⁰C (800 ⁰F) betrieben wird.

309842/0994

An dem Druckkessel 28 kann ein Sicherheitsventil 31 als Schutz für das Hilfsdampfsystem für den Fall eines Fehlers der Hauptumwälzvorrichtungen 18 vorgesehen werden, und ein Zuführungserhitzungssystem 32 kann zwischen die Auslaßseite der Turbinen 25 der Hilfsturbogeneratoren und die Wasserzuführungsleitungen 23 geschaltet werden. Die Hilfsumwälzvorrichtungseinheiten können ebenfalls durch Dampfturbinen angetrieben werden, die von den Hilfskesseleinheiten 19 versorgt werden, oder (wie es dargestellt ist) jede Einheit kann durch einen entsprechenden elektrischen Motor 33 angetrieben werden, der durch die Hilfsgeneratoren versorgt wird, die ihrerseits durch die Hilfsturbinen 25 angetrieben werden.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist mit der in Fig. 1 gezeigten fast identisch, und entsprechende Teile sind durch gleiche Bezugszeichen in den beiden Figuren bezeichnet (mit der Ausnahme, daß in Fig. 2 keine Hilfsturbine 25 wirklich dargestellt ist). Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen ist der, daß in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Dampf von dem Druckkessel 28 nacherhitzt.wird, bevor er den Hilfsturbinen 25 zugeführt wird, und daß zu diesem Zweck jedem Hilfskessel .19 in der gleichen Kammer 15 eine entsprechende Nacherhitzungseinheit 33 zugeordnet ist, durch die der Dampf auf seinem Weg von dem Druckkessel zu den Hilfsturbinen 25 strömt. Diese Nacherhitzung liefert ein geringes Ansteigen des gesamten Anlagenwirkungsgrades.

Die beiden oben beschriebenen Ausfuhrungsformen der Erfindung wurden in ihrer Anwendung auf einen mit Helium gekühlten Hochtemperatur-gasgekühlten-Reaktor beschrieben, aber die Erfindung kann ebenfalls in Verbindung mit den Kühlmittelumwälzvorrichtungen von anderen Arten fluidgekühlter Reaktoren Anwendung finden.

309842/0994

Claims

Patentansprüche

ΜΛ Kernkraftanlage mit einem Kernreaktor, der eine iKeaktorspaltzone, wenigstens einen Hauptkessel, wenigstens eine Hauptkühlmittelumwälzvorrichtung, die Kühlmittel durch die Spaltzone und durch den Hauptkessel umwälzt» und eine die Kühlmittelumwälzvorrichtung antreibende Dampfturbine enthält, die diese Hauptkühlinittelumwälzvorrichtung antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage wenigstens einen Hilfskessel (19) enthält, der durch das Kühlmittel erhitzt wird und Dampf erzeugt und diesen Dampf der die Kühlmittelumwälzvorrichtung antreibenden Dampfturbine (26) zuführt.
2. Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Haupt-Dampf-Turbogenerator enthält, der durch den in dem Hauptkessel (17) erzeugten Dampf angetrieben wird.
3. Kernkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens einen Hilfs-Dampf-Turbogenerator (25) enthält» der Dampf erhält und durch ihn angetrieben wird, der aus der die Umwälzvorrichtung antreibenden Dampfturbine (26) lausströmt.

309842/0994»
4. Kernkraftanlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dampfnacherhitzungseinheit (33) enthält, die durch das Reaktorkühlmittel erhitzt wird und Dampf erhält, der aus der die Umwälzvorrichtung antreibenden Dampfturbine (26) ausströmt; und nach der Nacherhitzung dieses Dampfes diesen dem Hilfsturbogenerator (25) zuführt.
5. Kernkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Hauptkesseln (17) und eine Vielzahl von Hauptkühlmittelumwälzvorrichtungen (18) enthält, die jeweils durch eine diese entsprechende Umwälzvorrichtung antreibende Dampfturbine (26) angetrieben werden und die jeweils Kühlmittel durch die Spaltzone (11) und durch einen entsprechenden Hauptkessel (17) umwälzen,und daß ferner eine Vielzahl von Hilfskesseln (19), von denen jeder durch das Kühlmittel erhitzt wird und Dampf erzeugt und mit diesem Dampf wenigstens eine der die Umwälzvorrichtungen antreibenden Dampfturbinen (26) versorgt,, und eine Vielzahl von Hilfskühlmittelumwälzvorrichtungen (20) enthält, von denen jede jeweils Kühlmittel durch die Spaltzone und durch einen entsprechenden Hilfskessel (19) umwälzt.
6. Kernkraftanlage nach Anspruch 5 mit einem Druckkessel (13) aus Spannbeton, der die Reaktorspaltzone (11) und das Kühlmittel enthält und der eine Wand aufweist, innerhalb deren Stärke eine Vielzahl von Kammern (14, 15) ausgebildet sind, von denen jede jeweils mit dem Kammerinneren (12) in Verbindung steht,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hauptkessel (17) und seine ihm zugeordnete Hauptkühlmittelumwälzvorrichtung (18) in einer entsprechenden Kammer (14) eingeschlossen ist und daß jeder Hilfskessel

(19) und seine ihm zugeordnete Hilfskühlmittelumwälzvor-

309842/0994

richtung (20) in einer entsprechenden anderen Kammer (15) eingeschlossen ist.
7. Kernkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Dampfnacherhitzungseinheiten (33) enthält, von denen jede jeweils in der entsprechenden Kammer (15) eingeschlossen ist, in der auch die jeweiligen Hilfskessel (19) und die Hilfskühlmittelumwälzvorrichtungen (20) eingeschlossen sind, und daß jede dieser Dampfnacherhitzungseinheiten Dampf erhält, der von wenigstens einer der die Umwälzvorrichtungen antreibenden Dampfturbinen (16) ausströmt.

301842/0994