DE2455507A1 - Prozesswaermeanlage mit einer anzahl von mittels des kuehlgases eines hochtemperaturreaktors beheizten reaktionskammern - Google Patents

Prozesswaermeanlage mit einer anzahl von mittels des kuehlgases eines hochtemperaturreaktors beheizten reaktionskammern

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DE2455507A1 DE19742455507 DE2455507A DE2455507A1 DE 2455507 A1 DE2455507 A1 DE 2455507A1 DE 19742455507 DE19742455507 DE 19742455507 DE 2455507 A DE2455507 A DE 2455507A DE 2455507 A1 DE2455507 A1 DE 2455507A1
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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Description

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'HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GmbH
5000 Köln 1
Zeppelinstraße 15
Prozeßwärmeanlage mit einer Anzahl von mittels des Kühlgases eines Hochtemperatufreaktors beheizten Reaktionskammern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prozeßwärmeanlage mit einer Anzahl von mittels des Kühlgases eines Hochtemperaturreaktors beheizten Reaktionskammern, vorzugsweise von Röhrenspaltöfen zur Erzeugung von Wasserstoff, bei der die Reaktionskam-
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mern mit dem Hochtemperaturreaktor in einem gemeinsamen Spannbetondruckbehälter untergebracht und weitere energieverbrauchende Komponenten, wie z.B. Dampferzeuger, an den Kreislauf des Reaktor-Kühlgases angeschlossen sind.
Es ist bekannt, Kernkraftwerke mit geschlossenem Gasturbinenkreislauf in integrierter Bauweise herzustellen, bei denen sich außer dem Reaktorkern auch eine Gasturbine, ein Verdichter und wärmeaustauschende Apparate innerhalb des Spannbetonbehälters befinden. So wird in der Offenlegungsschrift 2 062 934 ein gasgekühlter Kernreaktor beschrieben, bei dem die Gasturbine in einem Hohlraum in der Wandung des den Reaktorkern umgebenden Druckbehälters untergebracht ist. Eine weitere Kernreaktoranlage der geschilderten Bauweise ist in der Offenlegungsschrift 1 764 249 dargestellt, bei der der Kernreaktor und alle Kreislaufkomponenten in dicht beabstandeten parallelen und vertikalen Bohrungen innerhalb des Betondruckbehälters von außen zugänglich angeordnet und Durchlaßwege für das Kühlmedium sowohl in der Wand des Druckbehälters als auch zwischen den einzelnen Bohrungen vorgesehen sind.
Ferner wurde bereits ein Kernkraftwerk mit geschlossenem Gaskühlkreislauf zur Erzeugung von Prozeßwärme vorgeschlagen, bei dem die in einem Hochtemperaturreaktor erzeugte Wärme über Wärmetauscher zunächst auf einen Zwischenkreis]auf übertragen und dann ihrer weiteren Verwendung zugeführt wird. Die Wärme kann beispielsweise zur Spaltung von Prozeßgas in Röhrenspaltöfen und zur Stromerzeugung in Dampfturbinenkreisläufen verwendet werden. Hierbei sind die zum primären Gaskühlkreislauf gehörenden Komponenten Reaktor, Wärmetauscher und Gebläse in innerhalb eines Spannbetonbehälters befindlichen Ausnehmungen angeordnet, während sich die zu den Prozeß- und Dampfturbinenkreisläufen gehörenden Anlagenteile außerhalb des Reaktorsicherheitsgebäudes befinden. * *
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Den zuerst genannten Anlagen ist gemeinsam, daß sie einen voll in einem Spannbetonbehälter integrierten Gaskühlkreislauf aufweisen und daß die im Reaktorkern erzeugte Energie zum Antrieb einer Gasturbine und zur anschließenden Stromerzeugung ausgenutzt wird. Demgegenüber wird bei dem letztgenannten Kernkraftwerk die Energie zunächst auf einen Zwischenkreislauf übertragen und erst dann zur Prozeßgaserzeugung verwendet.
Das im Sekundärkreislauf umlaufende Medium kann ein Gas, z.B. Helium, sein; es kann aber auch ein flüssiges Wärmeübertragungsmittel verwendet werden. Eine derartige Anlage ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 933 695 bekannt, bei der die Wärme eines Kernreaktor-Kühlmittels in einem Wärmetauscher an flüssiges Blei abgegeben wird, das sie seinerseits an ein Reaktionssystem überträgt. Wärmetauscher und Reaktionssystem sind in einem gemeinsamen Behälter untergebracht, der wiederum mit dem Reaktorkern zusammen in einem gemeinsamen Druckbehälter installiert ist.
Aus den deutschen Patentschriften 1 298 233 und 1 589 999 ist es ferner bekannt, die Wärme des Kühlmittelkreislaufs direkt d.h. unter Umgehung eines Zwischenkreislaufs - einer Prozeßwärmeanlage zuzuführen. Hierbei wird im ersten Fall das heiße Helium so geleitet, daß es unmittelbar die rait einem Katalysator gefüllten Rohre einer Methan-Spaltanlage umströmt. In der zweiten Patentschrift wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zur Erzeugung von Wasserstoff die im Reaktorkern gewonnene Energie einem mit einem gekörnten Metalloxid beschickten Reaktionsbehälter zugeleitet wird, der von einem Gemisch aus Wasserdampf und Kohlenmonoxid durchströmt wird.
Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen; d.h. einmal soll bei der geplanten Prozeßwärmeanlage die in einem Hochtemperatur-Reaktor erzeugte Wärme den Reaktionskammern ohne 7wischenkreislauf direkt zugeführt werden, und
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zum anderen sollen die Reaktionskammern zusammen mit dem Reaktorkern in einem gemeinsamen Druckbehälter angeordnet werden.
Da die zur Erzeugung von Prozeßgas, z.B. Wasserstoff, erforderlichen hohen Reaktoraustrittstemperaturen mindestens 900° C betragen und die Reaktionskammern, beispielsweise Röhrenspaltöfen{ gut zugänglich sein müssen, um den notwendigen Katalysator in bestimmten Zeitabständen wechseln zu können, treten eine Anzahl von Problemen auf.
Das Hauptproblem ist die Unterbringung der zum Gaskühlkreislauf (Primärkreislauf) gehörenden Komponenten, zu denen neben den Reaktionskammern auch die Dampferzeuger und Gebläse rechnen. Alle diese Komponenten müssen je für sich ausbaubar und gut zugänglich sein, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß der Spannbetonbehälter in seinen äußeren Abmessungen möglichst klein gehalten sein soll.
Ein weiteres Problem bildet die Wärmeisolierung der mit hohen Temperaturen beaufschlagten Bauteile des Gaskühlkreislaufs, zu denen vor allem die Gasführungen gehören.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, durch die spezielle Anordnung aller Komponenten und Gasführungen die oben erwähnten Probleme zu überwinden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gaskühlkreislauf (Primärkreislauf) in mehrere gleiche Stränge unterteilt ist, die je in Hintereinanderschaltung eine Reaktions- kammer, einen Dampferzeuger, ein Gebläse sowie gasführende Leitungen umfassen, dass alle Komponenten in symmetrisch um den in einer Kaverne befindlichen Hochtemperaturreaktor angeordneten Pods in der Spannbetondruckbehälter-Waniung ausbaubar installiert sind, wobei die Reaktionskammern und die Dampferzeuger in getrennten Pods und die Gebläse unmittelbar unter den Dampferzeugern angeordnet sind, und daß die Rückführung des relativ kalten
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Gases von den Gebläsen zu dem Hochtemperaturreaktor durch die Pods und durch Leitungen erfolgt, die zwischen den Pods jedes Stranges sowie zwischen einem dieser Pods und der Kaverne vorgesehen sind, wobei das kalte Gas als Mantelstrom um die hochtemperaturbeaufschlagten Bauteile geführt wird.
Der gesamte Primärkreis ist also aus einer Anzahl von gleichen Kreislaufsträngen zusammengesetzt, die nur über den Hochtemperaturreaktor miteinander gekoppelt sind.
Während die Reaktionskammern und die Dampferzeuger nach oben ausgebaut werden, erfolgt der Ausbau des relativ leichten Gebläses, das jeweils unterhalb des Dampferzeugers liegt, nach unten. Somit kann jede Komponente für sich ausgebaut werden.
Es ist vorteilhaft, die zur Aufnahme der Komponenten im Spannbetondruckbehälter vorgesehenen Pods sowie die Reaktorkaverne und die Gasführungen mit gasdichten Stahllinern auszukleiden. Auftretende Druckbelastungen werden vom Beton aufgenommen, und um unzulässig hohe Temperaturen im Beton zu vermeiden, werden die Liner betonseitig mit Wasser gekühlt und sind auf der Innenseite mit einer Isolierung versehen.
Vorzugsweise sind die Reaktionskammern als Röhrenspaltöfen ausgebildet und dienen der Erzeugung von Wasserstoff. Es ist zweckmäßig, beim Einbau der Röhrenspaltöfen in den zugehörigen Pod durch eine Dichtung zwischen der Tragplatte des Röhrenspaltofens und dem Befestigungsflansch am Liner dieses Pods zwei voneinander getrennte Räume zu schaffen und den Raum oberhalb der Tragplatte mit reinem Helium zu füllen. Wird für dieses Helium ein höherer Druck gewählt als für das Kühlgas, das unterhalb der Tragplatte ansteht, so ist, wenn überhaupt, nur eine Leckage des Reinheliums in den Primärkreislauf möglich und damit ausgeschlossen, daß der Raum oberhalb der Tragplatte jedes Röhrenspaltofens durch die radioaktiven Verunreinigungen des
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Primärkreisgases, das ebenfalls Helium ist, kontaminiert wird. Somit ist gewährleistet, daß dieser Raum, in dem sich jeweils die Anschlüsse der einzelnen Spaltrohre befinden, ohne Strahlungsbelastungen zugänglich ist. Dies ist erforderlich, da in Zeitabständen von ca. 4 Jahren der innerhalb der Spaltrohre notwendige Katalysator ausgewechselt werden muß, der unter Wärmezufuhr die Spaltung des in das Spaltrohr eingebrachten Methan/Wasserdampf-Gemisches in Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan und Wasserdampf auslöst.
Neben den genannten, in dem Spannbetondruckbehälter integrierten Komponenten des Primärkreislaufs gehören zur Gesamtanlage ein Prozeß- und ein Dampfturbinenkreislauf mit einer Vielzahl von Komponenten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch nur auf den innerhalb des Spannbetondruckbehälters angeordneten Teil der Gesamtanlage, so daß auf eine Beschreibung der Prozeß- und Dampfturbinenkreisläufe verzichtet werden kann.
Die Reaktionskammern und Dampferzeuger sind innerhalb des Spannbetondruckbehälters in Höhe des Reaktorkerns installiert, so daß sie untereinander parallel liegen. Auf diese Weise ist es möglich, die das heiße Gas führenden Leitungen kurz zu halten und die am Beton auftretenden Wärmebelastungen zu reduzieren. So sind alle gasführenden Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Pods jedes Stranges sowie zwischen der zentral angeordneten Reaktorkaverne und den Pods, die die Reaktionskammern enthalten, geradlinig und horizontal ausgeführt, d.h. sie stellen die kürzeste Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten dar.
Die Heißgasführung vom Hochtemperaturreaktor zu den Reaktionskammern, z.B. den Röhrenspaltöfen, erfolgt in Leitungen, die radial unten aus der Reaktorkaverne austreten und unterhalb der Röhrenspaltöfen in die zugehörigen Pods einmünden. ■■■
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Unterhalb der Tragplatten eines jeden Röhrenspaltofens führt eine Gasleitung zu dem jeweils nachgeschalteten Dampferzeuger. Alle Gasführungen sind als koaxiale Leitungen ausgeführt.
Das unten aus dem Kernreaktor austretende erhitzte Kühlgas gelange zunächst durch die radialen Heißgasführungen von unten in die Röhrenspaltöfen, umströmt die Spaltrohre und tritt - auf eine mittlere Temperatur abgekühlt - unterhalb der Tragplatte aus, um durch die inneren Rohre der koaxialen Leitungen von oben in die Dampferzeuger einzutreten. Hier strömt es mantelseitig (um die Dampferzeugerrohre) nach unten, kühlt sich dabei weiter ab und wird anschließend in den nachgeschalteten Gebläsen verdichtet.
Die Rückführung des Kühlgases von den Gebläsen zum Hochtemperaturreaktor erfolgt koaxial um die Komponenten und Gasführungen. Vom Gebläse strömt das Kühlgas zunächst in einem Ringspalt zwischen dem Dampferzeuger und dem zugehörigen Pod jedes Stranges nach oben, gelangt durch den äußeren Raum der koaxialen Leitung zwischen jeweils einem Röhrenspaltöfen- und Dampferzeuger^-Pod in den PQd des Röhrenspaltofens, strömt hier in einem Ringspalt zwischen Röhrenspaltöfen und zugehörigem Pod nach unten und gelangt als äußerer Strom der koaxialen Leitung zwischen dem Hochtemperaturreaktor und den Pods der Röhrenspaltöfen in die Reaktorkaverne, in der es in einem Ringraum zwischen Kaverne und Hochtemperaturreaktor hochströmt und von oben in den Reaktor eintritt.
Durch diese Art der Gasleitung von den einzelnen Gebläsen zum Reaktor wird erreicht, daß das relativ kalte Gas auf seinem Weg zum Reaktor alle mit hohen Temperaturen beaufschlagten Bauteile innerhalb der Pods umströmt und dadurch die Probleme der Wärmeisolierung erheblich reduziert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das sich auf eine thermische Leitung des Kernreaktors von 2000 MW bezieht, besteht der
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Primärkreislauf aus vier gleichen Strängen, deren Komponenten um 90° zueinander versetzt in dem Spannbetondruckbehälter untergebracht sind. Die Pods der vier als Röhrenspaltöfen ausgebildeten Reaktionskammern und die Pods für die vier Dampferzeuger liegen dabei auf Kreisen mit verschiedenen Radien.
Alle Pods sind oben und unten durch Deckel druckfest und gasdicht abgeschlossen. Zum Ausbau der einzelnen Komponenten wird der betreffende Deckel entfernt, und die Komponenten können nach Abtrennung der entsprechenden Gasleitungen - als Ganzes nach oben bzw. unten ausgebaut werden.
Durch die Deckel sind vorteilhaft die Leitungen zwischen den in dem Spannbetondruckbehälter integrierten Röhrenspaltöfen und der Prozeßanlage bzw. zwischen den Dampferzeugern und der Dampfturbinenanlage verlegt. Das in die Röhrenspaltöfen eingebrachte Methan/Wasserdampf-Gemisch wird durch einen Verteiler, der sich in dem Raum oberhalb der Tragplatte des Röhrenspaltofens befindet, auf die einzelnen Spaltrohre aufgeteilt und beim Durchströmen der Spaltrohre von oben nach unten durch die Wärmezufuhr und die Katalysatorwirkung zerlegt. Durch ein Rohr mit einem im Vergleich zum Spaltrohr kleinen Querschnitt, das innerhalb jedes Spaltrohres verlegt ist und in einen am unteren Ende der Spaltrohre befindlichen Gassammeiraum hineinragt, strömt das Spaltgas wieder zurück und wird, bevor es aus dem Spannbetondruckbehälter herausgeführt wird, je Röhrenspaltöfen in einem Sammler zusammengefaßt. Ähnlich sind auch die Anschlüsse der Wasser- bzw. Dampfleitungen an die Dampferzeuger. Das Speisewasser wird zunächst auf die einzelnen Dampferzeugerrohre jedes Dampferzeugers aufgeteilt, die zentral nach unten geführt werden, und durchströmt dann von unten nach oben den in Helix-Bauweise ausgeführten Dampferzeuger. Der erzeugte Frischdampf wird wieder zusammengefaßt und aus dem Spannbetondruckbehälter herausgeführt.
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Zweckmässig ist innerhalb des Spannbetondruckbehälters auch ein Nachwärmeabfuhrsystem vorgesehen, das in an sich bekannter Weise aus einem Gebläse, einer Rückschlagklappe und einem Kühler besteht. Dieses vom Primärkreisiauf unabhängige Notkühlsystem sichert die Abfuhr der Reaktornachzerfallswärme bei Störfällen und in Stillstandszeiten. Während des Normalbetriebes des Kernreaktors wird es von einem geringen Bypaß des Reaktoreintrittsgases rückwärts durchströmt. Das Nachwärmeabfuhrsystem von 4 χ 50 % ist in vier symmetrisch um die Reaktorkaverne angeordneten Pods untergebracht, die sich zwischen den Pods für die Primärkreislaufkomponenten befinden. Die gesamte Anlage weist somit zwölf Pods auf, von denen die vier für das Nachwärmeabfuhrsystem vorgesehenen kleiner sind als die Pods für die Reaktionskammern und Dampferzeuger.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Prozeßwärmeanlage zur Erzeugung von Wasserstoff gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen
Fig. 1 einen Horizontalschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2,
Fig. 2 eine Vertikalschnitt-Abwicklung nach der Linie H-II der Fig. 1,
Fig. 3 das Schema des Primärkühlkreislaufs.
Die Fig. 1 und 2 lassen einen zylindrischen berstsicheren Spannbetondrückbehälter 1 erkennen, in dem zentral ein heliumgekühlter Hochtemperaturreaktor 2 mit kugelförmigen Brennelementen und die übrigen Primärkreislaufkomponenten (Röhrenspaltöfen, Dampferzeuger, Gebläse, Gasführungen, Nachwärmeabfuhrsystem) angeordnet sind, die weiter unten beschrieben werden.
Der Hochtemperaturreaktor 2 ist in einer Kaverne 3 eingebaut.
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Über dem Reaktorkern ist ein Sammelraum 4 zur Aufnahme des in den Reaktor eintretenden kalten Heliums zu erkennen. Unterhalb des Bodens des Reaktorkerns ist eine Säulenhalle 5 vorgesehen, in der das aus dem Kern austretende erhitzte Helium gesammelt wird. Über vier radialsymmetrische Ein- und Austrittsstutzen ist der Kernreaktor 2 mit dem übrigen Hauptkreislauf verbunden.
Auf einem Kreis um die Reaktorkaverne 3 sind um 90° zueinander versetzt vier Pods 6, 7, 8, 9 angeordnet, und parallel zu diesen befinden sich vier weitere Pods 10, 11, 12, 13, die ebenfalls symmetrisch, aber auf einem Kreis mit größerem Radius um die Kaverne 3 angeordnet sind. Diese großen Durchbrüche, die ebenso wie die Reaktorkaverne 3 von wassergekühlten und wärmeisolierten Stahllinern 14 umgeben sind, weisen als Abschluß berstsichere Deckel 15 auf, die redundant befestigt sind.
In jedem der vier Pods 6, 7, 8, 9 ist in Höhe des Reaktorkerns ein Röhrenspaltofen 16 angeordnet. Den Röhrenspaltöfen 16 jeweils nachgeschaltete Dampferzeuger 17 befinden sich in den Pods 10, 11, 12, 13. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist unterhalb jedes Dampferzeugers 17 in jedem der Pods 10, 11, 12, 13 ein Gebläse 18 vorgesehen, das aus einem einstufigen Axialgebläse besteht.
Wie die Röhrenspaltofen. 16 und die Dampferzeuger 17 können auch die Gebläse 18 leicht ausgebaut werden, jedoch im Gegensatz zu den beiden erstgenannten Komponenten nach unten.
Die Pods 6, 7, 8, 9 stehen je durch einen horizontalen Durchbruch 19 mit der Reaktorkaverne 3 in Verbindung. In diesem Durchbruch 19 befindet sich eine koaxiale Gasführung 46, bei der in der inneren Leitung 20 das heiße Reaktoraustrittsgas und in dem äußeren Ringspalt 21 das Reaktoreintrittsgas strömt. In einem Ringraum 22 zwischen dem Hochtemperaturreaktor 2 und der Reaktorkaverne 3 gelangt das kalte Reaktoreintrittsgas zum Gassammeiraum 4.
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- II -
Die Röhrenspaltöfen 16 sind je an einer Tragplatte 23 aufgehängt, die mittels eines Flansches an dem Liner 14 des betreffenden Pods befestigt ist. Die Verbindung zwischen den Tragplatten 23 und den Linern 14 ist abgedichtet, so daß zwei völlig voneinander getrennte Räume 44 und 45 entstanden sind. Der obere Raum 44 ist mit reinem Helium beaufschlagt, dessen Druck etwas höher ist als der des Primärgases.
Unterhalb der Tragplatte 23 der Röhrenspaltöfen 16 führen von den Pods 6, 7, 8, 9 horizontale Durchbrüche 24 zudem jeweils benachbarten der Pods 10, 11, 12, 13. Auch diese Durchbrüche beinhalten eine koaxiale Gasführung 47. Während in den inneren Leitungen 25 das die Röhrenspaltöfen 16 verlassende Gas zu den Dampferzeugern 17 geleitet wird, werden die äußeren Ringspalte 26 von dem in den Gebläsen 18 verdichteten, relativ kalten Gas durchströmt, das zum Hochtemperaturreaktor 2 zurückgeführt wird.
Der gesamte Primärkreislauf ist damit in vier gleiche Stränge unterteilt, die über dem Kernreaktor 2 gekoppelt sind und je einen Röhrenspaltöfen 16, einen Dampferzeuger 17, ein Gebläse 18 und die entsprechenden Gasleitungen umfassen.
Vier weitere Pods 27, 28, 29, 30, die auf einem Kreis mit kleinerem Radius als die Pods 6, 7, 8, 9 und ebenfalls um 90° versetzt angeordnet sind, dienen zur Aufnahme eines Nachwärmeabfuhrsystems 31, das nicht im einzelnen dargestellt ist. Es steht ebenfalls über eine radiale, koaxiale Gasführung 32 mit dem Kernreaktor 2 in Verbindung und ist in der Lage, jeweils 50 % der Nachzerfallswärme abzuführen.
Das in die Röhrenspaltöfen 16 eingebrachte Methan/Wasserdampf-Gemisch gelangt durch in den Deckeln 15 der Pods 6, 7, 8, 9 verlegte Leitungen 33 zu je einem Verteiler 34 und wird von hier den einzelnen Spaltrohren zugeführt, die in der Tragplatte 23 eingeschweißt sind. Das gespaltene Gas wird in einem Sammler 35 gesammelt und durch eine Leitung 36 zur nicht gezeigten Prozeßanlage geführt.Durch Zugangsstollen 37 in den Pod-Deckeln
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sind die Räume 44 oberhalb der Tragplatten 23 in den Schächten 6, 7, 8, 9 leicht zugänglich, so daß der in den Spaltrohren vorhandene Katalysator ausgewechselt werden kann.
Die Verbindungsleitungen zwischen den Dampferzeugern 17 und der (nicht dargestellten) Dampfturbinenanlage werden durch die Deckel 15 der Pods 10, 11, 12, 13 geführt. In einer Leitung 38 gelangt das Speisewasser jeweils zu Verteilern 39, wird hier auf die einzelnen Dampferzeugerrohre aufgeteilt und nach der Verdampfung und Überhitzung in den Dampferzeugern 17 in je einem Sammler 40 wieder zusammengefaßt. In einer Leitung 41 strömt der Frischdampf zurück zur Dampfturbinenanlage.
Im folgenden wird an Hand der Fig. 3 und auch der übrigen Zeichnungen der Kreislauf des Primärgases durch den Reaktor und einen der vier gleichartigen Kreislaufstränge beschrieben. Das kalte Helium tritt zunächst mit 410° C und 39,9 bar in den Sammelraum 4 über dem Reaktorkern ein, durchströmt den Reaktorkern von oben nach unten, wobei es sich erhitzt, und wird in der Säulenhalle 5 gesammelt. Über die vier Reaktoraustrittsstutzen wird es dann auf die vier parallelen Kreislaufstränge aufgeteilt.
Mit 930° C und 39,2 bar gelangt das Helium in die Heißgasführung 20 und tritt von unten in den Röhrenspaltofen 16 ein. Hier kühlt es sich durch das in den Spaltrohren entgegenströmende Prozeßgas auf eine mittlere Temperatur ab. Durch die koaxiale Verbindungsleitung 47, die es im inneren Rohr 25 durchströmt, wird das Primärgas zu dem Dampferzeuger 17 geführt, in den es mit 780° C und 39,1 bar eintritt. Der Dampferzeuger 17 wird ebenfalls mantelseitig, jedoch von oben nach unten durchströmt. Dabei kühlt sich das Gas durch das entgegenströmende verdampfen de Wasser weiter ab und verläßt den Dampferzeuger mit 4000C und 38,7 bar. In dem sich an den Dampferzeuger 17 anschließenden Gebläse 18 wird das Gas auf den höchsten Kreislaufdruck von 40 bar verdichtet; seine Temperatur beträgt jetzt 410°C.
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Die Rückführung vom Gebläse 18 zum Kernreaktor 2 erfolgt als äußerer koaxialer Gasstrom um alle Primärkreislaufkomponenten und die heißen Gasführungen. In einem Ringspalt 42 zwischen dem Dampferzeuger 17 und dem Stahlliner 14 strömt das aus dem Gebläse 18 austretende, relativ kalte Gas in dem zugehörigen Pod nach oben. Als äußerer Gasstrom 26 der koaxialen Gasführung zwischen je zwei der Pods 6, 7, 8, 9 und 10, 11, 12, 13 gelangt das Gas in einen der Pods 6,.7, 8, 9. In einem weiteren , Ringspalt 43 zwischen dem Röhrenspaltofen 16 und dem Stahlliner 14 in dem zugehörigen Pod strömt das Gas nach unten und tritt durch den äußeren Ringspalt 21 in dem horizontalen Durchbruch 19 in die Reaktorkaverne ein. Hier wird das Helium in dem Ringraum 22 zwischen Hochtemperaturreaktor 2 und Reaktorkaverne 3 zum Sammelraum 4 geleitet.
Das Methan/Wasserdampf-Gemisch wird mit 6500C und 43 bar in die Röhrenspaltöfen 16 eingeleitet und hat nach der Spaltung am Austritt eine Temperatur von 820 C und einen Druck von 40 bar. Die Speisewassertemperatur der Dampferzeuger 17 beträgt 170 C und die Frischdampftemperatur 510 C.
Der Raum 44 oberhalb der Tragplatte 23 aller Röhrenspaltöfen ist mit Reinhelium bei einem Druck von 41 bar gefüllt.
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Claims (12)

  1. Patentansprüche
    Prozeßwärmeanlage mit einer Anzahl von mittels des Kühlgases eines Hochtemperaturreaktors beheizten Reaktionskammern, vorzugsweise von Röhrenspaltöfen zur Erzeugung von Wasserstoff, bei der die Reaktionskammern mit dem Hochtemperaturreaktor in einem gemeinsamen Spannbetondruckbehälter untergebracht und weitere energieverbrauchende Komponenten, wie z.B. Dampferzeuger, an den Kreislauf des Reaktor-Kühlgases angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet , daß der Gaskühlkreislauf (Primärkreislauf) in mehrere gleiche Stränge unterteilt ist, die je in Hintereinanderschaltung eine Reaktionskammer(16feinen Dampferzeuger(17), ein Gebläse (18) sowie gasführende Leitungen (46, 47) umfassen, daß alle Komponenten in symmetrisch um den in einer Kaverne (3) befindlichen Hochtemperaturreaktor (2) angeordneten Pods (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) ausbaubar installiert sind, wobei die Reaktionskammern(16) und die Dampferzeuger (17) in getrennten Pods und die Gebläse (18) unmittelbar unter den Dampferzeugern (17) angeordnet sind, und daß die Rückführung des relativ kalten Gases von den Gebläsen (18) zu dem Hochtemperaturreaktor (2) durch die Pods (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) und durch Leitungen (21, 26) erfolgt, die zwischen den Pods jedes Stranges sowie zwischen einem dieser Pods und der Kaverne (3) vorgesehen sind, wobei das kalte Gas als Mantelstrom um die hochtemperaturbeaufschlagten Bauteile geführt wird.
  2. 2) Prozeßwärmeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme der Komponenten im Spannbetondruckbehälter (1) vorgesehenen Hohlräume (3, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) mit gasdichten Stahllinern (14) ausgekleidet sind,
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    die außen mit Wasser gekühlt werden und innen mit einem Temperaturschutz versehen sind.
  3. 3) Prozeßwärmeanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eeaktionskammern (16) als Röhrenspaltöfen ausgebildet sind, die je an einer Tragplatte (23) aufgehängt und mittels eines Flansches an dem Liner (14) des zugehörigen Pods befestigt sind, wobei die beiden ober- und unterhalb der Tragplatte (23) entstandenen Räume (44, 45) gegeneinander abgedichtet sind und der obere Raum (44) mit reinem Helium beaufschlagt ist, dessen Druck höher ist als der Druck des Kühlgases.
  4. 4) Prozeßwärmeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammern (16) und die Dampferzeuger (17) innerhalb des Spannbetondruckbehälters (1) in Höhe des Reaktorkerns (2) installiert sind.
  5. 5) Prozeßwärmeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasführenden Verbindungsleitungen (46, 47) zwischen den einzelnen Pods jedes Stranges sowie zwischen den Pods (6, 7, 8, 9), die die Reaktionskammern (16) enthalten, und der Reaktorkaverne (3) geradlinig und horizontal ausgeführt sind.
  6. 6) Prozeßwärmeanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (20) zur Führung des den Hochtemperaturreaktor (2) verlassenden Heißgases radial unten aus der Reaktorkaverne (3) austreten und unterhalb der Reaktionskammern (16) in die zugehörigen Pods (6, 7, 8, 9) eintreten.
  7. 7) Prozeßwärmeanlage nach den Ansprüchen 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gasführenden Verbindungsleitungen (47) zwischen den Röhrenspaltöfen (16) und Dampferzeugern (17) jedes Stranges unterhalb der Tragplatten (23)
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    jedes Röhrenspaltofens (16) aus den zugehörigen Pods (6, 7, 8, 9) austreten und als koaxiale Leitungen (25,26) ausgeführt sind.
  8. 8) Prozeßwärmeanlage nach den Ansprüchen 1, 3, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des abgekühlten und von den Gebläsen (18) verdichteten Kühlgases zum Reaktor (2) koaxial um die Komponenten und Gasführungen (20, 25) erfolgt, wobei das Kühlgas zunächst durch einen Ringspalt (42) zwischen dem Dampferzeuger (17) und dem zugehörigen Pod jedes Stranges nach oben und darauf durch die koaxial ausgeführte Verbindungsleitung (26) zwischen den beiden zusammengehörigen Pods geleitet wird, sodann in einem weiteren Ringspalt (43) zwischen Röhrenspaltofen (16) und Pod nach unten strömt und als äußerer Strom durch die koaxiale Gasleitung (21) zwischen diesem Pod und der Reaktorkaverne (3) geführt wird.
  9. 9) Prozeßwärmeanlage nach Anspruch l;und 3,dadurch gekennzeichnet, daß vier Röhrenspaltöfen (16) vorgesehen sind, die um 90° zueinander versetzt in dem Spannbetondruckbehälter (1) angeordnet sind.
  10. 10) Prozeßwärmeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pods (6,7,8,9,10,11,12,13)oben und unten durch Deckel (15) druckfest und gasdicht abgeschlosssen sind.
  11. 11) Prozeßwärmeanlage nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (33,36 bzw. 38, 41) zwischen den Röhrenspaltöfen ,(16) und der angeschlossenen Prozeßwärmeanlage, beispielsweise für die hydrierende Kohlevergasung, bzw. zwischen den Dampferzeugern (17) und der Dampfturbinenanlage durch die Deckel (15) verlegt sind.
    2/0849
  12. 12) Prozeßwärmeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Spannbetondruckbehälters (1) ein in an
    sich bekannter Weise aus einem Gebläse, einer Rückschlagklappe und einem Kühler bestehendes Nachwärmeabfuhrsystem (31) angeordnet ist.
    ) Prozeßwärmeanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachwärmeabfuhrsystem (31) in vier symmetrisch um die Reaktorkaverne (3) angeordneten Pods (27,28,29,30)
    untergebracht ist, die sich zwischen den Pods (6,7,8,9,10, 11,12,13) für die Primärkreislaufkomponenten befinden.
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