DE2455508C2 - Vorrichtung zum Erzeugen von Synthesegas durch Ausnutzen der in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärmeenergie - Google Patents

Vorrichtung zum Erzeugen von Synthesegas durch Ausnutzen der in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärmeenergie

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DE2455508C2
DE2455508C2 DE2455508A DE2455508A DE2455508C2 DE 2455508 C2 DE2455508 C2 DE 2455508C2 DE 2455508 A DE2455508 A DE 2455508A DE 2455508 A DE2455508 A DE 2455508A DE 2455508 C2 DE2455508 C2 DE 2455508C2
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Hochtemperatur Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Synthesegas durch Ausnutzen der in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärmeenergie, die durch das Kühlgas einer Reihe von Röhrenspaltöfen sowie den Röhrenspaltöfen nachgeschalteten Dampferzeugern zugeleitet wird. Der Hochtemperaturreaktor, die Röhienspaltöfen und die Dampferzeuger sind dabei in Ausnehmungen eines gemeinsamen Spannbetondruckbehälters untergebracht, und in dem Kreislauf des in die Röhrenspaltöfen eingebrachten Prozeßgases sind rekuperative Wärmeüberträger vorgesehen.
Es ist bekannt. Kernkraftwerke mit geschlossenem Gasturbinenkreislauf in integrierter Bauweise herzustellen, bei denen sich außer dem Kernreaktor auch eine Gasturbine, ein Verdichter und wärmeaustausc!iende Apparate innerhalb des Spannbetondruckbehälters befinden (Einbehälterbauweise) Deid-tige Anlagen sind
z. B. in DE-OS 17 64 249. DE-OS 20 62 9 34 und DEOS 22 41 426 beschrieben. Diesen Anlagen ist gemeinsam, daß die im Reaktorkern erzeugte Energie zum Antrieb einer Gasturbine und zur anschließenden Stromerzeugung ausgenutzt wird. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die vom Kuhlgas im Reaktorkern aufgenommene Energie in einem Wärmetauscher an einen Sekundärkreis'auf abzugeben und zur Erzeugung von Prozeßwärme zu verwenden, wobei der Wärmetauscher ebenfalls in dem Spannbetondruckbehälter integriert ist.
Aus der DF. AS 19 33 695 ist es bekannt, die Warme eines Kernreaktorkühlmittels in einem Wärmetauscher an ein flüssiges Wärmeübertragungsmittel, ζ. Β Blei, abzugeben, das sie seinerseits an ein Reaktionssystem weitergibt. Wärmetauscher und Reaktionssystem sind in einem gemeinsamen Behälter untergebracht, der wie derum mit dem Kernreaktor zusammen in einem gemeinsamen Druckbehälter installiert ist.
Ferner gehört es zum Stand der Technik, zur
§0 Herstellung von Äthylen oder Synthesegas durch thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf die Wärmeenergie eines in einem Kernreaktor erhitzten Edelgases auszunutzen, wie in der DE-AS 19 28 093 beschrieben. Bei dem dargestellten Röhrenspaltofen wird das in den Ofen einzubringende Prozeßgas zunächst durch einen außerhalb des Ofens angeordneten Wärmetauscher geschickt, in dem das Prozeßgas von einem Wärmeträger, z. B. Abgas,
Wärmeenergie aufnimmt. Sind derartige Wärmetauscher als rekuperative Wärmeüberträger ausgebildet, so ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, wenn sie in einem mit einem Berstschutz versehenen Stahldruckbehälter installiert sind, diesen innerhalb des Reaktionssicherheitsgebäudes unterzubringen. Für einen innerhalb des Spannbetondruckbehälters angeordneten Rohrenspaltofen ergibt sich hierbei eine ganze Reihe von technischen u.id sicherheitstechnischen Problemen, beispielsweise die Verlegung der Verbindungsleitungen zwischen dem Röhrenspaltofen und dem rekuperativen Wärmeüberträger.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer eingangs beschriebenen Vorrichtung durch die optimale Anordnung der rekuperativen Wärmeüberträger dieses Problem wesentlich zu reduzieren.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die rekuperativen Wärmeüberträger in Ausnehmungen des Spannbetondruckbehälters installiert und mit dem jeweils zugehörigen Röhrenspaltofen durch eine koaxiale Gasführung verbunden sind.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der rekuperativen Wärmeübertrager innerhalb des Sp&nnbetondruckbehälters können die heißen Verbindungsleitungen zwischen diesen Wärmeüberträgern und den Röhrenspaltofen sehr kurz gehalten und auch leicht gebunkert werden. Die letztgenannte Maßnahme ist aus sicherheitstechnischen Gründen für alle Spaltgas führenden Leitungen innerhalb des SicherheitsLiehälters erforderlich. Die Verbindungsleitungen sind als koaxiale Gasführungen ausgebildet. Wird dabei das kältere Gas z'.i Mantelstrom um die inneren Leitungen und das heiße Spaltgas durch die inneren Leitungen geführt, so können die Temperaturbelastungen der Auskleidungen, mit denen die Durchbrüche für die koaxialen Gasführungen versehen sind, gering gehalten werden.
Weitere wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, daß für die rekuperativen Wärmeüberträger keine besonderen Stahldruckbehälter mit Splitterschutz benötigt werden und daß der Sicherheitsbehälter, der in an sich bekannter Weise den Spannbetondruckbehälter aufnimmt, kleiner gehalten werden kann, da für die Unterbringung der rekuperativen Wärmeüberträger kein zusätzlicher Platz benötigt wird.
Das in die Röhrenspaltofen einzubringende Gasgemisch (Methan/Wasserdampf) wird zunächst in den rekuperativen Wärmeüberträgern durch das in den Rohren strömende Spaltgas, das die Röhrenspaltofen mit einer Temperatur von ca. 820" C verlassen hat. auf ca. 65OCC aufgewärmt. Dabei kühlt sich das Spaltgas auf ca. 52OT ab (die angegebenen Temperaturen sind von der Auslegung der Gesamtanlage abhängig und daher nur als ungefähr? Werte anzusehen). Mit dieser Temperatur tritt das Spaltgas aus dem Spannbetondruckbehälter aus Somit können, da schnellschließende Sicherheitsarmaturen erforderlich sein werden, diese unmittelbar am Spannbetondruckbehäi'er angebracht sein, da für eine Temperatur von 520"C die Funktionsfähigkeit derartiger Armaturen gewährleistet ist.
Es ist vorteilhaft, vorgesehene Verbindungsleitungen zwischen den rekuperativen Wärmeüberträgern und einer nachgeschalteten Anlage unten aus dem Spannbetondruckbehälter herauszuführen, da auf diese Weise der im Sicherheitsbehälter verlegte Teil der Leitungen sehr kurz sein kann und sich eine Bunkerung leicht ausführen läßt Außerdevn wird die Zugänglichkeit des Spannbetondruckbehälters von oben und von der Seite nicht beeinträchtigt. Die Einführung des kalten Gasgemisches in die rekuperativen Wärmeübertrager erfolgt durch den genannten Verbindungsleitungen parallele Anschlußleitungen.
Zweckmäßigerweise sind die Röhrenspaltofen, Dampferzeuger und rekuperativen Wärmeüberträger in symmetrisch um den in einer zentralen Kaverne befindlichen Hochtemperaturreaktor angeordneten Ausnehmungen ausbaubar installiert, und unterhalb
ίο jedes Dampferzeugers ist ein Gebläse eingebaut. Während die Röhrenspaltofen, Dampferzeuger und rekuperativen Wärmeüberträger nach oben ausgebaut werden, erfolgt der Ausbau der relativ leichten Gebläse nach unten. Somit kann jede Komponente für sich ausgebaut werden.
Der gesamte Kühlgaskreislauf ist in mehrere gleiche Stränge unterteilt, die je in Hintereinanderschaltung einen Röhrenspaltofen, einen Dampferzeuger und ein Gebläse sowie Kühlgas führende Verbindungsleitungen umfassen. Alle Stränge sind nur übe ..en Hochtemperaturreaktor miteinander gekuppelt.
Neben den in dem Spannbetondruckbehälter integrierten Komponenten des Kühlgaskreislaufs und den rekuperativen Wärmeüberträgern gehört zur Gesamtanlage noch ein Dampfturbinenkreislauf mit einer Vielzahl von Komponenten. Die Erfindung bezieht sich jedoch nur auf die innerhalb des Spannbetondruckbehälters angeordnete Vorrichtung, so daß auf eine Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet werden kann.
Die Röhrenspaltöfen, Dampferzeuger und rekuperativen Wärmeübertrager sind innerhalb des Spannbetondruckbehälters auf einer solchen Höhe installiert, daß sie etwa parallel zueinander liegen. Auf diese Weise können die Kühlgas und Prozeßgas führenden Leitungen zwischen den einzelnen Ausnehmungen jedes Stranges und die Kühlgas führende Leitungen zwischen den die Röhrenspaltöfen enthaltenden Ausnehmungen und der zentralen Kaverne geradlinig und horizontal ausgeführt sein: d. h. sie stellen die kürzeste Verbindung zw sehen den einzelnen Komponenten dar. wodurch sich die am Beton auftretenden Wärmebelastungen reduzieren. Die Leitungen zwischen den Röhrenspaltöfen und dem jeweils zugehörigen rekuperativen Wärmeüberträger verlaufen oberhalb der Tragplatten, an denen die Röhrenspaltöfen innerhalb ihrer Ausnehmungen aufgehängt sind. Oberhalb dieser Tragplatten ist in jedem Röhrenspaltofen ein durch Dichtungsmittel von dem übrigen Röhrenspaltofen abgetrennter Raum vorgesehen, der mi< reinem Helium gefüllt ist. das unter höhen η Druck steht als das Kühlgas. Eine radioaktive Verunreinigung dieses Raumes ist damit ausgeschlossen, so dri die Anschlüsse dei einzelnen Spaltrohre, die sich in diesem Raum befinden, zum Auswechseln des in den Spaltrohren vorhandenen Katalysators zuganglich sind.
Vorteilhafterweise sind die Kühlgas führende!;
Leitungen jedes Stranges als koaxiale Gasführungen ausgebildet. Auch hier kann das kältere Gas jeweils durch den äußeren Leitungsteil geführt sein. Das unten aus dem Kernreaktor austretende erhitzte Kühlgas gelangt zunächst durch radiale Heißgasführungen, die Teil einer koaxialen Gasführung sind, von unten in die Röhrenspaltöfen, umströmt die Spaltrohre und tritt — auf eine mittlere Temperatur abgekühlt — unterhalb der
Tragplatten aus, um durch die inneren Leitungsteiie der koaxialen Gasführungen 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 durch die äußeren Leitungsteile der koaxialen Gasführungen und koaxial um die Komponenten. Zu diesem Zweck sind in den Ausnehmungen zwischen der Auskleidung und den in ihnen angeordneten Komponenten Ringspalte vorgesehen. Vom Gebläse jedes Stranges strömt das Kühlgas zunächst in einem Ringspalt zwischen dem Dampferzeuger und der zugehörigen Ausnehmung nach oben, gelangt außen durch die koaxiale Gasführung in die Röhrenspaltofen-Ausnehmung, strömt hier in einem Ringspalt zwischen Röhrenspaltofen und Auskleidung nach unten und gelangt als äußerer Strom der koaxialen Leitung zwischen der Röhrenspaltofen-Ausnehmung und dem Hochtemperaturreaktor in die zentrale Kaverne, in der es in einem Ringraum zwischen Kaverne und Hochtemperaturreaktor hochströmt und
Vüii ÜLfcii in ucil i\cai\tOr είϊϊίΐ*ϊίϊ.
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 Ausnehmungen umströmt und dadurch die Probleme der Wärmeisolierung erheblich reduziert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das sich auf eine thermische Leistung des Kernreaktors von 2000 MW bezieht, besteht der Kühlgaskreislauf aus vier gleichen Strängen, deren Komponenten jeweils um 90° zueinander versetzt in dem Spannbetondruckbehälter untergebracht sind. Die Ausnehmungen der vier Röhrenspaitöfen und die Ausnehmungen für die vier Dampferzeuger sowie für die rekuperativen Wärmeüberträger liegen dabei auf Kreisen mit verschiedenen Radien.
Alle Ausnehmungen sind oben und unten durch Deckel druckfest 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 Dampferzeugern und einer angeschlossenen Dampfturbinenanlage sowie die Verbindungsleitungen zwischen den rekuperativen Wärmeüberträgern und einer nachgeschalteten Anlage verlegt, wobei die zuerst genannten Leitungen durch die oberen Deckel und die letztgenannten durch die unteren Deckel geführt sind. Das in die Röhrenspaitöfen eingebrachte Methan/Wasserdampf-Gemisch wird durch je einen Verteiler, der sir5i in dem Raum oberhalb der Tragplatte jedes 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 zu den Spaltrohren 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 in jedem Röhrenspaltofen in einem Sammler zusammengefaßt, bevor es im Innern der koaxialen Verbindungsleitung dem zugehörigen rekuperativen Wärmeüberträger zuströmt. Ähnlich sind auch die Anschlüsse der Wasser- bzw. Dampfleitungen an die Dampferzeuger gestaltet. Das Speisewasser wird zunächst auf die einzelnen Dampferzeugerrohre jedes Dampferzeugers aufgeteilt, die in einem zentralen Bereich nach unten geführt sind, und durchströmt dann von unten nach oben den in Helix-Bauweise ausgeführten Dampferzeuger. Der erzeugte Frischdampf wird wieder zusammengefaßt und aus dem Spar-.nbetondruckbehälter herausgeführt.
Zweckmäßig ist innerhalb des Spannbctondruckbchälters auch ein Nachwärmeabfuhrsystem vorgesehen, das aus Gebläsen mit oder ohne Rekuperator, Rückschlagklappen und Kühlern besteht. Dieses vom Kühlgaskreislauf unabhängige Notkühlsystem sichert die Abfuhr der Reaktornachzerfallswärme bei Störanfällen und in Stillstandszeilen. Während des Normalbetriebes des Kernreaktors wird es von einem geringen Bypaß des Reaktoreintrittsgases rückwärts durchströmt. Das Nachwärmeabfuhrsystem von 4 50% ist in vier symmetrisch um die zentrale Kaverne angeordneten Ausnehmungen untergebracht, die sich zwischen den Ausnehmungen für die Kühlgaskreislaufkomponenten befinden. Die gesamte Vorrichtung weist somit 16 Alisnehnvjr**1'?0 auf vnn dpnpn die vier für das Nachwärmeabfuhrsystem vorgesehenen kleiner sind als die Ausnehmungen für die Röhrenspaitöfen und Dampferzeuger, jedoch größer als die Ausnehmungen für die rekuperativen Wärmeüberträger.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von Synthesegas gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 einen Horizontalschnitt nach der Linie I-1 der Fig.? Mnd
Fig. 2 eine Vertikalschnitt-Abwicklung nach der Linie H-II der Fig. I.
Die Fig. I und 2 lassen einen zylindrischen berstsicheren Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, in dem ein heliumgekühlter Hochtemperaturreaktor 2 mi!
kugelförmigen Brennelementen und die übrigen Kühlgaskreislaufkomponenten (Röhrenspaitöfen, Dampferzeuger, Gebläse, Gasführungen, Nachwärmeabfuhrsystem) sowie die rekuperativen Wärmeüberträger angeordnet sind, die weiter unten beschrieben werden.
Der Hochtemperaturreaktor 2 ist in einer zentralen Kaverne 3 eingebaut. Ober 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. Ober vier radialsymmetrische Ein- und Austrittsstutzen ist der Kernreaktor 2 mit dem übrigen Hauptkreislauf verbunden.
Auf einem Kreis um die zentrale Kaverne 3 sind um 90° zueinander versetzt vier Ausnehmungen 6, 7, 8, 9 angeordnet, und parallel zu diesen befinden sich vier weitere Ausnehmungen 10, 11, 12, 13, die eUnfalls symmetrisch, aber auf einem Kreis mit größerem Radius um die Kaverne 3 angeordnet sind. Diese großen Durchbrüche, die ebenso wie die zentrale Kaverne 3 von wassergekühlten und wärmeisolierten Stahlauskleidungen 14 umgeben sind, weisen als Abschluß berstsichere Deckel 15 auf, die redundant befestigt sind. Auf einem Kreis mit noch größerem Radius um die Kaverne 3 sind — ebenfalls um 90° zueinander versetzt — vier Ausnehmungen 20,21,22,23 mit relativ kleinem Durchmesser vorgesehen, die als Abschluß oben einen berstsicheren Deckel 24 und unten einen ebensolchen Deckel 25 aufweisen. Auch diese Ausnehmungen sind mit wärmeisolierten Stahlauskleidungen 14 versehen.
In jeder der vier Ausnehmungen 6,7,8,9 ist in Höhe des Reakiorkerns ein Röhrenspaitofer. 15 angeordnet Den Röhrenspaitöfen 16 jeweils nachgeschaltete
Dampferzeuger 17 befinden sich in den Ausnehmungen 10, 11, 12, 13. Wie aus Fig.2 ersichtlich, ist unterhalb jedes Dampferzeugers 17 in jeder der Ausnehmungen 10,11,12,13 ern Gebläse 18 vorgesehen, das aus einem einstufigen Axialgebläse besteht. In den Ausnehmungen 20, 21, 22, 23 ist jeweils ein rekuperativer Wärmeüberträger 19 installiert, wobei jeweils ein rekuperativer WsSnieüberlräger 19 einem der Röhrenspaltöfen 16 zugeordnet ist.
Wie die Röhrenspaltöfen 16, die Dampferzeuger 17 und die rekuperativen Wärmeübertrager 19 können auch die Gebläse 18 leicht ausgebaut werden, jedoch im Gegensalz zu den drei erstgenannten Komponenten nach unten.
Die Ausnehmungen 6, 7, 8, 9 stehen je durch einen horizontalen Durchbruch 26 mit der zentralen Kaverne 3 in Verbindung. In diesem Durchbruch 26 befindet sich eine koaxiale Gasführung 27. bei der in der inneren Leitung i!8 das heiße Reaktoraustrittsgas und in dem äußeren Ringspalt 29 das Reaktoreintrittsgas strömt. In einem Ringraum 30 zwischen dem Hochtemperaturreaktor 2 und der zentralen Kaverne 3 gelangt das kalte Reaktorcintrittsgas zum Gassammeiraum 4.
Die Röhrenspaltöfen 16 sind je an einer Tragplatte 3 aufgehängt, die mittels eines Flansches an der Auskleidung 14 der betreffenden Ausnehmung befestigt isL Die Verbindung zwischen den Tragplatten 31 und den Auskleidungen 14 ist abgedichtet, so daß ein völlig von dem übrigen Röhrenspaltofen getrennter Raum 32 entstanden ist. Dieser Raum 32 ist mit reinem Helium beaufschlagt, dessen Druck etwas höher ist als der des KUhlgases.
Unterhalb der Tragplatten 31 der Röhrenspaltöfen 16 führen von den Ausnehmungen 6, 7, 8, 9 horizontale Durchbrüche 33 zu der jeweils benachbarten der Ausnehmungen 10, 11, 12, 13. Auch diese Durchbrüche beinhalten eine koaxiale Gasführung 34. Während in den inneren Leitungen 35 das die Röhrenspaltöfen 16 verlassende Gas zu den Dampferzeugern 17 geleitet wird, werden die äußeren Ringspalte 36 von dem in den Gebläsen 18 verdichteten, relativ kalten Gas durchströmt das zum Hochtemperaturreaktor 2 zurückgeführt wird.
Der gesamte Kühlgaskreislauf ist damit in vier gleiche Stränge unterteilt die über dem Kernreaktor 2 gekoppelt sind und je einen Röhrenspaltofen 16. einen Dampferzeuger 17. ein Gebläse 18 und die entsprechenden Gasleitungen umfassen.
Oberhalb der Tragplatten 31 der Röhrenspaltöfen 16 sind horizontale Durchbrüche 37 vorgesehen, die jeweils von einer der Ausnehmungen 6, 7, 8, 9 zu einer der Ausnehmungen 20, 21, 22, 23 führen. Eine durch jeden Durchbruch 37 verlegte Gasführung 38 ist ebenfalls koaxial ausgebildet und weist eine innere Gasleitung 39 und einen äußeren Ringspalt 40 auf, durch den das Prozeßgas den Röhrenspaltöfen 16 zugeleitet wird In den inneren Gasleitungen 39 wird das heiße Spaltgas aus den Röhrenspaltöfen 16 in die rekuperativen Wärmeübertrager 19 geführt
Vier weitere Ausnehmungen 41, 42, 43, 44, die auf einem Kreis mit kleinerem Radius als die Ausnehmungen 6, 7,8,9 und ebenfalls um 90° versetzt angeordnet sind, dienen zur Aufnahme eines Nachwärmeabfuhrsystems 45, das nicht im einzelnen dargestellt ist Es steht ebenfalls über eine radiale, koaxiale Gasführung 46 mit dem Kernreaktor 2 in Verbindung und ist in der Lage, jeweils 50% der Nachzerfallswärme abzuführen.
In den Deckeln 25 der Ausnehmungen 20, 21, 22, 23 sind die Verbindungsleitungen zwischen den rekuperativen Wärmeüberträgern 19 und einer nachgeschalteten Anlage verlegt. Durch eine Leitung 47 gelangt das Methan/Wasserdampf-Gemisch in die Ausnehmungen 20, 21,22, 23 und strömt jeweils durch einen Ringspalt 48 zwischen der Auskleidung 14 und einer koaxialen Leitung 51, bevor es in den rekuperativen Wärmeübertrager 19 eintritt und diesen mäntelseitig durchströmt. Darauf wird das Gemisch durch die äußeren Gasleitungen 40 der koaxialen Gasführungen 38 zu den Röhrenspaltöfen 16 geleitet und gelangt dort zu je einem Verteiler 49. Von diesem wird das Gemisch den einzelnen Spaltrohren zugeführt, die in der Tragplatte 31 eingeschweißt sind. Das gespaltene Gas wird in je einem Sammler 50 gesammelt und tritt von diesem in die innere Gasleitung 39 der koaxialen Gasführung 38 ein, durch die es jeweils in einen der rekuperativen Wärmeüberträger 19 gelangt. Durch Verteilerköpfe 59 wird das Spaltgas auf die Rohre der Wärmeüberträger 19 verteilt, strömt nach unten und wird durch Sammelköpfe 60 den koaxialen Leitungen 51 im unteren Teil der Ausnehmungen 20, 21, 22, 23 zugeführt. Diese werden durch die Deckel 25 aus dem Spannbetondruckbehälter 1 heraus- und zu der nachgeschaltei:en Anlage weitergeführt.
Durch Zugangsstollen 52 in den Deckeln 15 sind die Räume 22 oberhalb der Tragplatten 31 in den Ausnehmungen 6, 7,8,9 leicht zugänglich, so daß der in den Spaltrohren vorhandene Katalysator ausgewechseit werden kann.
Die Verbindungsleitungen zwischen den Dampferzeugern 17 und der (nicht dargestellten) Dampfturbinenanlage werden durch die Deckel 15 der Ausnehmungen 10,11,12,13 geführt. In einer Leitung 53 gelangt das Speisewasser jeweils zu Verteilern 54. wird hier auf die einzelnen Dampferzeugerrohre aufgeteilt und nach der Verdampfung und Überhitzung in den Dampferzeugern 17 in je einem Sammler 55 wieder zusammengefaßt In einer Leitung 56 strömt der Frischdampf zurück zur Dampfturbinenanlage.
Im folgenden wird nochmals im Zusammenhang (Lr Kreislauf des Kühlgases durch den Reaktor sowie der Kreislauf des Prozeßgases durch einen der Röhrenspaltöfen beschrieben, wobei nur einer der vier gleichartigen Kreislaufstränge geschildert wird.
Das kalte Helium tritt zunächst mit 4100C 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 9300C und 39.2 bar gelangt das Helium in die Heißgasführung 28 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 34, die es im inneren Rohr 35 durchströmt wird das Kühlgas zu dem Dampferzeuger 17 geführt, in den es mit 7800C 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 verdampfende Wasser weiter ab und verläßt den Dampferzeuger mit 4000C und 38,7 bar. In dem sich an den Dampferzeuger 17 anschüeßenrfen Gebläse 18 wird das Gas auf den höchsten Kreislaufdruck von 40 bar verdichtet; seine Temperatur beträgt jetzt 4100C
Die Rückführung vom Gebläse 18 zum Kernreaktor 2 erfolgt als äußerer koaxialer Gasstrom um alle Primärkreislaufkomponenten und die heißen Gasführungen. In einem Ringspalt 57 zwischen dem Dampferzeuger 17 und der Stahlauskleidung 14 strömt das aus dem Gebläse 18 austretende, relativ kalte Gas in der zugehörigen Ausnehmung nach oben. Als äußerer Gasstrom 36 der koaxialen Gasführung 34 zwischen je zwei der Ausnenmungen 6, 7, 8, 9 und 10, 11, 12, 13 gelangt das Gas in eine der Ausnehmungen 6,7,8,9. In einem weiteren Ringspalt 58 zwischen dem Röhrenspaltöfen 16 und der Stahlauskleidung 14 in der zugehörigen Ausnehmung strömt das Gas nach uriferi und tritt durch den äußeren Ringspalt 29 in dem horizontalen Durchbruch 26 in die zentrale Kaverne 3 ein. Hier wird das Helium in dem Ringraum 30 zwischen Hochtempe-
raturreaktor 2 und Kaverne 3 zum Sammelraum 4 geleitet.
Das Methan/ Wasserdampf-Gemisch wird in den rekuperativen Wärmeüberträgern 19 auf 6500C erwärmt und tritt mit 43 bar in die Röhrenspaltöfen 16 ein. Nach der Spaltung hat das Gas am Austritt eine Temperatur von 820" C und einen Druck von 40 bar. Beim Durchströmen der rekuperativen Wärmeüberträger 19 gibt das Spaltgas einen Teil seiner Wärme an das Methan/Wasserdampf-Gemisch ab und verläßt die Wärmeüberträger mit ca. 5200C.
Die Speisewassertemperatur der Dampferzeuger 17 beträgt 170°Cunddie Frischdampftemperatur 510° C.
Der Raum 32 oberhalb der Tragplatte 31 aller Röhrenspaltöfen 16 ist mit Reinhelium bei einem Druck von 41 bar gefüllt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Synthesegas durch Ausnutzen der in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärmeenergie, die durch das Kühlgas einer Reihe von Röhrenspaltöfen sowie den Röhrenspaltöfen nachgeschalteten Dampferzeugern zugeleitet wird, wobei der Hochtemperaturreaktor, die Röhrenspaltöfen und die Dampferzeuger in Ausnehmungen eines gemeinsamen Spannbetondruckbehälters untergebracht und in dem Kreislauf des in die Röhrenspaltöfen eingebrachten Prozeßgases rekuperative Wärmeüberträger vorgesehen sind, d a durch gekennzeichnet, daß die rekuperativen Wärmeüberträger (19) in Ausnehmungen (20, 21, 22, 23) des Spannbetondruckbehälters (1) installiert und mit dem jeweils zugehörigen Röhrenspaltofen (16) durch eine koaxiale Gasführung (38) verbunden s.nd.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehene Verbindungsleitungen (47,51) zwischen den rekuperativen Wärmeüberträgern (19) und einer nachgeschal'.eten Anlage unten aus dem Spannbetondruckbehälter (1) herausgeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrenspaltöfen (16), Dampferzeuger (17) und rekuperativen Wärmeüberträger (19) in symmetrisch um den in einer zentralen Kaverne (3) befindlichen . lochtemperaturreaktor (2) angeordneten Ausnehmungen (6,7,8,9,>o, 11,12,13,20,21,22, 23) ausbaubar installier' sind und unterhalb jedes Dampferzeugers (17) ein Geblä'·? eingebaut (18) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgaskreislauf in mehrere gleiche Stränge unteneilt ist, die je in Hintereinanderschaltung einen Röhrenspaltofen (16), einen Dampferzeuger (17) und ein Gebläse (18) sowie Kühlgas führende Verbindungsleitungen (27, 34) umfassen.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1. J und <* dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Kühlgas führenden als auch die Prozeßgas führenden Leitungen (27, 34, 38) zwischen den ein/einen Ausnehmungen jedes Stranges sowie die Kuhlgas führenden Leitungen zwischen den die Rohrenspalt öfen (16) enthaltenden Ausnehmungen (6, 7,8,9) und der zentralen Kaverne (3) geradlinig und horizontal ausgeführt sind.
6 Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kühlgasführenden Leitungen jedes Stranges als koaxiale Gasführungen (27, 34) ausgebildet sind.
7 Vorrichtung nach den Ansprüchen I und 3. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den mit einer Auskleidung versehenen Ausnehmungen (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) und den in ihnen angeordneten Röhrenspaltöfen (16) bzw Dampferzeugern (17) jeweils ein Ringspali (58 bzw, 57) für die Gasleitung vorgesehen ist.
8, Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Röhrenspaltöfen (16) vorgesehen sind, die um 90° zueinander versetzt in dem Spannbetondruckbehälter (1) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (6,7,8,9,10,11,12, 13, 20, 21, 22, 23) oben und unten durch Deckel (15, 24,25) druckfest und gasdicht angeschlossen sind.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (53, 56) zwischen den Dampferzeugern (17) und einer angeschlossenen Dampfturbinenanlage sowie die Verbindungsleitungen (47,51) zwischen den rekupe rativen Wärmeüberträgern (19) und einer nachgeschalteten Anlage durch die Deckel (i5 hzw. 25) verlegt sind.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Spannbetondruckbehälters (1) ein aus Gebläsen mit oder ohne Rekuperator und Kühlern bestehendes Nachwärmeabfuhrsystem (45) vorgesehen ist, das in vier auf einem Teilkreis symmetrisch um die zentrale Kaverne (3) angeordneten Ausnehmungen (41, 42, 43,44) installiert ist.
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