DE2351678C - Dampfkraftanlage mit einem Druckwasserreaktor und mehreren vom Druckwasser beheizten Dampferzeugern - Google Patents

Description

durchflossenen (3, 9) als auch die vom Druck- allelschaltung zweier Druckwasserkreisläufe in bezug wasser zuletzt durchflossenen Dampferzeuger (4, 30 auf den Reaktor bekannt, wobei die Dampferzeuger 10) speisewasser- und dampfseitig zueinander speisewasser- und dampfseitig zueinander parallel geparallel geschaltet sind. schaltet sind.

Zur Erläuterung der Erfindung ist die Schaltung

. eines Ausführungsbeispiels in Fig.5 dargestelli.

35 F i g. 1 zeigt den sich bei der Dampfkraftanlage nach

In Dampfkraftanlagen mit einem Druckwasser- der Erfindung ergebenden Arbeitsprozeß im i-s-Diareaktor wird der Dampf in mehreren Wärme- gramm im Vergleich zu einer herkömmlichen Dampftauschern erzeugt. Die Wärmetauscher enthalten kraftanlage mit nicht in Reihe zueinander geschalte-Rohrbündel, durch die das als Kühlmittel für den ten Dampferzeugern. In F i g. 3 ist der Temperatur-Kernreaktor verwendete Druckwasser strömt. Um 4° verlauf in den in Reihe geschalteten Dampferzeugern die Rohre der Rohrbündel herum befindet sich das dargestellt. F i g. 2 zeigt den gleichen Temperaturzu verdampfende Wasser. Der Dampf wird an- verlauf bei Verwendung nur eines Dampferzeugers, schließend in Turbinen entspannt und in nachge- In F i g. 4 sind die Temperaturen am Dampferzeuger schalteten Kondensatoren wieder in Wasser ver- abhängig von der Leistung// der Dampfkraftanlage wandelt. 45 aufgetragen.

Bei der zunehmenden Anzahl von Dampfkraft- In F i g. 1 ist der Prozeßverlauf im i-s-Diagramm

anlagen wird es immer schwieriger, genügend Kühl- näher erläutert. Bei herkömmlicher Prozeßführung wasser für die Kondensation des aus den Turbinen tritt der Frischdampf mit dem Zustand am Punkt A austretenden Dampfes zu finden. Aus diesem Grunde in den Hochdruckteil der Turbine ein und wird dort werden in zunehmendem Maße luftgekühlte Konden- 50 auf den Zustand gemäß Punkt B entspannt. Dann gesatoren eingesetzt. Zur Abführung der Wärme sind langt er in den mechanischen Nässeabscheider bei Luftkühlung sehr große Kühlmittelmengen er- (Strecke B-C) und den dampfbeheizten Zwischenforderlich. Um diese Kühlmittelmengen zu verrin- Überhitzer (Strecke C-D) und von da mit dem Zugern, ist es aus der deutschen Offenlegungsschrift stand gemäß Punkt D in die Niederdruck-Teilturbi-19 57 217 bei einer Dampfkraftanlage bekannt, 55 nen. Dort entspannt der Dampf bei wassergekühlter unterschiedlichen Ausgängen der Turbine vonein- Kondensation bis zum Punkt F. Bei luftgekühlter ander getrennte Kondensatoren nachzuschalten und Kondensation läßt sich jedoch nur ein Abdampfdiese Kondensatoren kühlluftseitig in Reihe zu schal- druck verwirklichen, der etwa dem Punkt £ bei einten. Dadurch erzielt man eine höhere Aufwärmung stufiger Schaltung entsprechen würde. Der Gefälleder Luft, ohne in dem von der Kühlluft zuerst durch- 60 unterschied von E nach F kennzeichnet die Wirströmten Kondensator einen höheren Innendruck in kungsgradverschlechterung.

Kauf nehmen zu müssen. Diese Stufenschaltung von Für die Dampfkraftanlagen nach der Erfindung ist

Kondensatoren ermöglicht es, gegenüber Anordnun- von wesentlicher Bedeutung, daß gleichzeitig und gen ohne in Reihe geschaltete Kondensatoren die parallel je eine Teildampfmenge, die etwa der Hälfte Kühlluftmenge und dadurch den Platzbedarf und die 65 der Gesamtmenge entspricht, den Prozeß entsprenotwendigen Investitionen zu verringern. Allerdings chend der gestrichelten Linien vom Punkt A_x bzw. A₂ wird dadurch der Wirkungsgrad der Anlage herab- zu den Punkten E₁ bzw. E₂ durchläuft. Das dabei auf- ·»«»♦·»* tretende gesamte Nutzgefälle ist größer als bei ein-

stufiger Schaltung. Dazu ist es jedoch erforderlich, als bei einfacher Schaltung. Eine konstruktive der Turbine den Frischdampf mit zwei unterschied- Verstärkung der genannten Bauteile ist jedoch liehen Drücken und Temperaturen gemäß den trotz höherem Frischdampfzustand nicht not-Puakten -4, und A₂ zuzuführen. wendig.

Dies geschieht durch Stufenschaltung der Dampf- 5 In Fig. 5 ist die Dampfkraftanlage nach der Ererzeuger_v wie in F i g. 2 bis 4 näher erläutert ist. In findung an Hand eines Schaltbildes erläutert. Der ρ ig. 2 sind die Temperaturen ander Wärmetauscher- Reaktor 1 wird durch zwei Primärkühlkreise geflächef eines Dampferzeugers bei einstufiger Schal- kühlt, die einmal durch die Leitungen 2, die Dampftung gezeigt- Das Kühlmittel im Primärkreis tritt mit erzeuger 3 und 4 und die Umwälzpumpe 5, im <f_er Temperatur t_E in den Dampferzeuger ein und io anderen Fall durch die Leitungen 8, die Dampfvcrläßt diesen nach Wärmeabgabe mit der ent- erzeuger 9 und 10 und die Umwälzpumpe 11 gebilsprechend niedrigeren Temperatur t_A. Das Speise- det werden. In den Dampferzeugern 3 und 9 wird der wasser gelangt mit der Temperatur t_sp in den anderen Frischdampf höheren Druckes erzeugt, der durch die Raum des Dampferzeugers, wird auf die Temperatur Leitungen 6, 12 und 14 der Hochdruck-Teilturbine t aufgewärmt und verdampft bei dieser Temperatur. 15 15 zugeleitet wird. Der in den Dampferzeugern 4 und ^S In Fig· 3 ^sm<* die gleichen Verhältnisse bei Stu- iO erzeugte Frischdampf niedrigeren Druckes gelangt fenschaltung der Dampferzeuger dargestellt. Das durch die Leitungen 7, 13 und 20 in die Hochdruck-Kühlmittel des Primärkreises wird im Dampferzeuger Teilturbine 21. Der entspannte Dampf höheren jnit der Fläche F₁ von der Temperatur r_£ auf die Druckes verläßt die Hochdruck-Teilturbine 15 und Temperatur t_M abgekühlt, wobei Frischdampf der ao gelangt durch die Leitung 16 zum mechanischen Temperatur r_sl erzeugt wird, welcher aus dem Speise- Dampftrockner 17 und anschließend in den mit wasser entsteht, das mit der Temperatur r_spi zugeführt Frischdampf beheizten Zwischenüberhitzer 18. Von wurde. Im Dampferzeuger mit der Fläche F₂ kühlt dort strömt er in die Niederdruck-Teilturbine 19. In das Medium des Primärkreises weiter von der Tem- ähnlicher Weise wird der Dampf vom Austritt der oeratur t_M ^{aui die} Temperatur t_A ab, wobei Frisch- 25 Hochdruck-Teilturbine 21 mit Hilfe der Leitung 22 dampf von der Temperatur i_s2 aus Speisewasser er- zum Dampftrockner 23 und anschließend zum Zwireuet wird, welches mit der Temperatur r_sp2 eingelei- schenüberhitzer 24 geführt. Danach strömt er durch tet wurde' Beim Vergleich der Fig. 2 und 3 kann die Leitung25 in die beiden Niederdruck-Teilturinan erkennen, daß der Mittelwert aus den Tem- binen 26. Die Teilturbinen 15, 19, 21 und 26 treiben neraturen f_sl und f_s2 höher liegt als die Tempera- 30 den Generatoren 27 an.

tür/ Es tritt also hierbei eine Prozeßverbesserung Der Abdampf aus den beiden Niederdruck-Teil-

Jj_n ^s- turbinen 26 gelangt durch die Leitungen 28 in die

In weiterer Ausgestaltung der Dampfkraftanlage Kondensationselemente 29 und wird dort niedergenach der Erfindung ist es vorteilhaft, bei der Stufen- schlagen. Die Kühlluft wird durch Lüfteraggregate 30 «chaltune die Gesamtzahl der Dampferzeuger beizu- 35 in Richtung der Pfeile 31 durch die Kondensationshehalten und die Zahl der Kühlkreise auf die Hälfte elemente 29 und 37 gefördert. In letzteren wird der «!verringern Dies ist ohne Durchmesservergrößerung Abdampf höheren Druckes, der über die Leitungen der Dampferzeuger möglich, wenn man von den bis- 36 aus der Niederdruckteilturbine 19 zugeführt wird, her meist verwendeten haarnadelförmigen Rohr- kondensiert. Das Kondensat wird über die Leitunwstemen auf solche mit Geradrohren übergeht. 40 gen 32 bzw. 38 mit Hilfe der Pumpen 33 bzw. 39

Mit dieser Stufenschaltung der Dampferzeuger ist durch die Vorwärmer 34 bzw. 40 und die Leitungen noch ein weiterer Vorteil verbunden, der in Fi g. 4 35 bzw. 41 in die Dampferzeuger 3 und 9 bzw. 4 und erläutert ist. Dort sind die Temperaturen am Dampf- 10 eingespeist.

erzeueer über der Leistung W aufgetragen. Von etwa An Stelle des hier im Beispiel gewählten direkten

35«/0 der Nennleistung an wird die mittlere Tem- 45 luftgekühlten Kondensationsverfahrens mit Zwangsneratur t_u des Primärmediums konstant gehalten. Mit belüftung kann auch jedes andere geeignete luftge-7,inehmender Leistung spreizen sich daher die Ein- kühlte Kondensationsverfahren angewendet werden. Sstemperatur t_E und die Austrittstemperatur t_A Beim indirekten System mit Einspritzkondensatoren des Primärmediums beiderseits der mittleren Tem- erfolgt die Hintereinanderschaltung der Kuhlelemente neratur /« Der bei einstufiger Schaltung erzeugte 50 auf der Seite der Kühlluft. _i

Frischdampf hat die Temperatur t_s. Dieser Wert Da bei großen Kernkraftwerken die betroffenen

nimmt mit zunehmender Leistung erheblich ab, so Komponenten ohnehin mehrfach vorhanden sind, daß die Frischdampfmenge entsprechend dem Ge- wird ihre Anzahl nicht vergrößert Da die Dampffälleverlust spezifisch vergrößert werden muß. erzeuger im Primärkreis die technologische Grenzlei-Andererseits ist es jedoch erforderlich, die Sekun- 55 stung darstellen, ist es sogar möglich die Zahl der därseite der Dampferzeuger, die Frischdampfleitungen Kühlkreise und Primäipumpen auf die Hälfte zu und das Hochdruckgehäuse der Turbine so zu be- vermindern. Da mit gleich großen Damp erzeugermessen daß der wesentlich höhere Druck ent- heizflächen gearbeitet werden kann, erhöht steh de sprechend der Sattdampftemperatur t_b angewendet Eigenbedarfsenergie gegenüber der einfachen Schal-

^S ° T di

^rdSufenschaltung der Dampferzeuger nach ° T die strichpunktierten Kurven in Fig. 1,, dte

der Erfindung treten Sattdampftemperaturen ent- durch die Punkte E₁ und E₂ laufen, zeigen, verhd-

sprechend den Temperaturen t_n und t_s2 auf. Dabei ten sich die spezifischen Volumen des Turbinen^

lieft die Temperatur r_sl nahe bei der Sattdampf- dampfes bei der Stufenschaltung wie 1.2, so daB

temperatur i!und der Mittelwert aus den Tempera- 65 bei Verwendung üblicher Turbosatze mit drei Nieder-

türen"und „liegt höher als die Temperatur t_s. druck-Teilturbinen eine gute Füllung bei entsprechen-

Die vorstehend geschilderten Verhältnisse sind bei der Aufteilung nach dem erläuterten Beispiel bei

Stufenschaltung der Dampferzeuger also günstiger jeder Teilturbine gegeben ist.

Liste der mit Bezugszeichen versehenen Teile

1 Reaktor

2 Leitungen

3 Dampferzeuger

Dampferzeuger Umwälzpumpe

6 Leitungen

7 Leitungen

8 Leitungen

9 Dampferzeuger

10 Dampferzeuger

11 Umwälzpumpe

12 Leitungen

13 Leitungen

14 Leitungen

15 Hochdruck-Teilturbine

16 Leitung

17 Dampftrockner

18 Zwischenüberhitzer

19 Niederdruck-Teilturbine

20 Leitungen

21 Hochdruck-Teilturbine

22 Leitung

23 Dampftrockner

24 Zwischenüberhitzer

25 Leitung

26 Niederdruck-Teilturbine

27 Generator

28 Leitungen

29 Kondensationselemente

30 Lüfteraggregate

31 Pfeile

32 Leitungen

33 Pumpen

34 Vorwärmer

35 Leitungen

36 Leitungen

37 Kondensatioiiselemente

38 Leitungen

39 Pumpen

40 Vorwärmer

41 Leitungen

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei Patentansprüche: einer derartigen Dampfkraftanlage und bei Verwen-

1. Dampfkraftanlage mit einem Druckwasser- dung eines Druckwasserreaktors als Wärmequelle reaktor und mindestens zwei vom Druckwasser den Wirkungsgrad unier Beibehaltung der sich durch beheizten Dampferzeugern sowie mindestens zwei 5 die Stufenschaltung der Kondensatoren ergebenden luftgekühlten und luftseitig in Reihe geschalteten hohen Aufwärmspanne der Luft zu verbessern. Die Kondensationselementen, dadurchgekenn- Erfindung betrifft damit eine Dampfkraftanlage cntz e i c h η e t, daß mindestens zwei Dampferzeuger sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. (3, 4 oder 9,10) druckwasserseitig zueinander in Die Lösung der genannten Aufgabe besteht m der im Reihe geschaltet sind, daß die Leitungen (6,7 io Kennzeichen enthaltenen technischen Lehre und 12,13) zum Abführen des Dampfes aus den Aus der deutschen Offenlegungsschnft 19 57 217

Dampferzeugern über voneinander verschiedene ist es bereits bekannt, Kondensationselemente kühl-Teilturbinen (15, 19, 21, 26) mit den Konden- luftseitig in Reihe und verschiedenen Turbinenstufen sationselementen (37, 29) in der Weise verbunden nachzuschalten. Hierbei wird das dabei entstehende sind, daß das von der Kühlluft zuerst durch- 15 kältere Kondensat benutzt, um einen Teil des strömte Kondensationselement (29) mit einem Dampfes mit höherem Druck zu kondensieren. Eine vom Druckwasser zuletzt durchströmten Dampf- Wirkungsgradverbesserung entsprechend der erfinerzeuger (4, 10) verbunden ist, und daß die Lei- dungsgemäßen Anordnung ist damit jedoch nicht zu tungen (38, 32),' die das Kondensat aus den Kon- erzielen.

densationselementen (37, 29) abführen, getrennt ao Um das Druckwasser eines Kernreaktors möglichst zu den Dampferzeugern (3, 9; 4, 10) geführt sind. mit abzukühlen, ist es aus der deutschen Patent-2. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, da- schrift 10 79752 bekannt, zwei Wärmetauscher durch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) zwei druckwasserseitig in Reihe zu schalten. Die Sekunzueinander parallele Druckwasserkreisläufe (Lei- därseiten dieser Wärmetauscher stehen jedoch nicht tungen 2 bzw. 8 )besitzt, wobei in jeden Druck- »5 miteinander in Verbindung, so daß auch mit dieser Wasserkreislauf eine Reihenschaltung von zwei Arordnung die erfindungsgemäße Aufgabe nicht geDampferzeugern (3, 4; 9,10) eingeschaltet ist, löst wird.

und daß sowohl die vom Druckwasser zuerst Schließlich ist aus der DT-AS 1147 330 die Par-