DE2502124A1

DE2502124A1 - Schnellregelbarer wasserwiderstand

Info

Publication number: DE2502124A1
Application number: DE19752502124
Authority: DE
Inventors: Felix R Dipl Ing Bernasconi
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-12-12
Filing date: 1975-01-20
Publication date: 1976-06-24
Also published as: CH579313A5; US4009462A; FR2294524B1; DE7501525U; SE7513802L; FR2294524A1; SE402374B

Description

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Hw/Ca.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Schnellregelbarer Wasserwiderstand.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen schnellregelbaren Wasserwiderstand grosser Leistung, insbesondere bei sowohl mit fossilen, als auch mit nuclearen Brennstoffen betriebenen thermischen Kraftwerken, zur vorübergehenden Uebernahme der Belastungen bei raschen Netzentlastungen oder Netzstörungen.

Bei thermischen Kraftwerken der Grössenordnung von 1000 MW und darüber, insbesondere bei Nuclearkraftwerken, werden bei verschiedenen Komponenten besondere, aufwendige Vorkehrungen getroffen, um das Schnellregelverhalten zu verbessern. ;

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Hindernd sind Wärmespannungen als Folge rascher Temperatur-Sprünge bei dickwandigen Druckgefässen, Druckleitungen, Rotoren und Gehäusen, sowie Stabi1itätsproblerne des Atomreaktors, Mit dem Bau derartiger Kraftwerke in der genannten Grössenordnung treten zunehmend Fragen der Netzstabilität und von Netzstörungen auf.

Im üblichen Netzbetrieb können ein- und dreiphasige Schaltvorgänge auftreten,, sei es um Kurzschlüssen nach mehrfacher Wiedereinschaltung zu begegnen oder Stränge zu trennen, die eine rasche Leistungsregelung in Zeiten von 0,1 bis 1 Sekunde verlangen. Bei länger dauernder Entlastung sorgt die Umleiteinrichtung mit Ventilen, Kühlern, Rohrleitungen für die Ableitung des von der Dampfturbine nicht mehr verarbeiteten Ueberschussdampfes in den Hauptkondenser.

In Kraftwerken werden grosse Wasserwiderstände seit längerer Zeit verwendet, und zwar hauptsächlich als konstante Last bei Abnahmeversuchen, als Lastersatz, beispielsweise bei Lauf-Wasserkraftwerken, um Flutwellen zu vermeiden, bei Hochdruck-Wasserkraftwerken, und beim Zweistoff-Zyklus von Quecksilberdampf anlagen. .

Bei den bekannten Widerständen handelt es sich durchwegs um

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relativ umfangreiche Anlagen mit -in Wasser eingetauchten Platten öder Konen. Dabei erfolgt die Abfuhr der Verlustleistung nur durch Wassererwärmung, da eine Wasserverdampfung zu starker Unstabilität führt. Damit das Wasser als Elektrolyt beim plötzlichen Zuschalten eine definierte Leistung ergibt, muss fortlaufend die Leitfähigkeit gemessen werden und die Tauchtiefe'vor dem Einschalten in etwa richtig eingestellt werden. Eine rasche Elektrodenverstellung für Vollast ist nicht gebräuchlich.

Des weiteren sind Durchfluss-Wasserwiderstände bekannt, bei welchen jedoch eine Erhöhung der Leitfähigkeit des Wassers, beispielsweise durch Sodazusatz nicht gangbar ist.

Auch wurden voluminöse Drahtwiderstandssysterne, abgespannt von drei Hohlmasten verwendet (Electrical World, i. Juni 197¹O.

Von Nachteil bei" den bekannten Anordnungen ist die Tatsache, dass wegen stark variabler Leitfähigkeit des Elektrolyten (Fluss- oder Kühlturmwasser) eine Abhängigkeit vom Salzgehalt, sowie von jeweiliger Ruhe- bzw. Betriebstemperatur besteht. Daher muss die Eintauchtiefe der Platten in weiten Grenzen rasch geregelt werden. Als Alternative dazu müssen die Widerstände stufenweise zu- bzw. abgeschaltet werden. Weiterhin

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sind wegen Ueberschlaggefahr des "Siede"-Wasserwiderstandssystems in den kochenden Wasserdampfschwaden grosse Distanzen zwischen Pol/Pol/Erde einzuhalten. Aufgrund der Blasenbildung an den Platten, dem sogenannten Brodeln, ist die Leistungsschwankung und der entstehende Lärm sehr gross.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist, vielmehr eine Lastübernahme bei Netzstörungen von etwa 0.2 Sekunden und einer Dauer von etwa 1 Stunde ermöglicht, eine rasche Lastrückgabe nach der Netzwiderzuschaltung gewährleistet und beispielsweise im Fall von Ventilstörungen eine unerwünscht rasche Entlastung der Anlage vermeidet.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einem Behälter für jede Phase eine mit "einem Niederdruckdampfkessel verbundene Strahldüse, eine Elektrode, vorzugsweise eine Kegelstumpf-Elektrode mit Sammelschienenzuleitung und Stützisolatoren, ein Auffanggitter, und ein Zusatzwasserverteiler angeordnet sind.

Durch die Anordnung einer Strahldüse, vorzugsweise einer Ringdüse am Auslass eines Niederdruckdampfkessels kann ein aus einer Solelösung gebildeter Wasserstrahl in eine Kegelstumpf-

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elektrode eingespritzt werden. Von dieser gelangt er in Form vieler dünner Strahlen weiter zum Auffanggitter, Dabei verdampft ein Bruchteil des eingespritzten Wassers.' Zwischen Strahldüse und Kegelstumpfelektrode werden etwa 60 % des Dampfes erzeugt, und zwischen der Kegelstumpfelektrode und dem als Erdelektrode dienenden Auffanggitter etwa 40 £, Auch im Innern des Ringstrahles ist ungefähr die halbe Dampfmenge abzuführen, wobei sich bereits in der Relation zur Wassergeschwindigkeit eine höhere Dampfaxialgeschwindigkeit am Ausgang der Kegelstumpfelektrode einstellt. Die Anordnung des Zusatzwasserverteilers ermöglicht es, die Stützisolatoren fortlaufend mit Zusatzwasser kleiner Leitfähigkeit sauber zu waschen. Dieses Wasser, zusammen mit nicht verdampftem Wasser, sammelt sich im Pumpensumpf und ergibt ein Kreislaufwasser mit definierter Leitfähigkeit.

Gemäss einer bevorzugten Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ist die Distanz zwischen Strahldüse und Kegelstumpfelektrode einerseits, sowie zwischen Kegelstumpfelektrode und Auffanggitter andererseits so bemessen, dass eine Zuschaltung in 0,1 bis 0,2 Sekunden erfolgt, und sie ist weiterhin so ausgelegt, dass beim Abschalten kein Lichtbogen stehen bleibt und der Wasserwiderstand als Ein- und Ausschalter ausgebildet ist.

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Weiterhin ist zwischen einem Pumpensumpf im Behälter und dem Niederdruckdampfkessel eine Verbindungsleitung mit Um- · wälzpumpe und Rückschlagklappe, sowie der obere Teil des Behälters als Dampfaustritt ausgebildet, in welchem die Rohre des Zusatzwasserverteilers angeordnet sind.

Nach einer bevorzugten Ausbildungsform des Wasserwiderstandes liegen die Strahldüsen, das Auffanggitter und der Zusatzwasserverteiler auf. Erdpotential.

Zur Füllung des Dampfkessels ist eine Sole hoher Leitfähigkeit vorgesehen, während der Zusatzwasserverteiler aufbereitetes Wasser mit kleiner Leitfähigkeit führt.

Das zur Füllung des Niederdruckdampfkessels verwendete Wasser wird üblicherweise mit Soda versetzt, so dass eine Sole entsteht, jedoch muss die Leitfähigkeit dieser Sole laufend überwacht werden, um bereits beim Einschalten des Wasserwiderstandes eine möglichst hohe Leistung zu erzielen. Zum anderen wird für die Auswaschung der Elektolytspritzer von den Stützisolatoren ein Zusatzwasser mit möglichst geringer Leitfähigkeit verwendet. Dieses Zusatzwasser tritt in die austretende Dampfwolke ein und wird dadurch gleichzeitig

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vorgewärmt, sammelt sich, zusammen mit dem nichtverdampten Wasser im Pumpensumpf, und wird von dort über eine von einem Motor angetriebene Umwälzpumpe in den Niederdruckdampfkessel geleitet. Während des Betriebes braucht der Niederdruckdampfkessel keine Beheizung mehr.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

Mit 1 ist ein Niederdruckdampfkessel bezeichnet, welcher von einer Isolierung 2 umhüllt ist und an seinem unteren Ende einen Austrittsstutzen 3 aufweist, in welchem eine Strahldüse ¹J, vorzugsweise eine Ringdüse, angeordnet ist. Im Niederdruckdampfkessel 1 befindet sich eine Elektrolytlösung, welche auf Siedetemperatur gehalten wird und unter einem entsprechenden Druck steht. Der Austrittsstutzen 3 des Niederdruckdampfkessels 1 mündet in einen Behälter 5, und zwar in einem vorbestimmten Winkel, so dass die Strahlrichtung des Elektrolyts vorzugsweise schräg nach unten gerichtet ist. Innerhalb des Behälters 5 ist eine Kegelstumpfelektrode 6 angeordnet, welche mit einer Sammelschienenzuleitung 7 und Stützisolatoren 8 an der Innenwand des Behälters 5 befestigt ist. Unterhalb der Kegelstumpfelektrode 6 und in einem bestimmten Abstand dazu ist ein Auffanggitter 9»

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welches als Erdpotential dient, vorgesehen. Im oberen Teil des Behälters 5 ist ein Zusatzwasserverteiler 10 so angeordnet, dass dessen Rohrmündungen 11 auf die Sammelschienenzuleitung 7 und die Stützisolatoren 8 gerichtet sind. Im unteren Teil des Behälters 5 befindet sich ein Pumpensumpf 12 mit einer Auslassöffnung 13, welche über eine von einem Motor lh angetriebene Pumpe 15 in eine Rohrleitung 16 mit einem Rückschlagventil 17 mündet, wobei die Rohrleitung 16 mit einem Einlassstutzen 18 des Niederdruckdampfkessels 1 verbunden ist.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Wasserwiderstandes ist folgende:

Bei Netzstörungen oder bei Pendelungen der Gruppe am Netz wird der schnell regelbare Wasserwiderstand durch Oeffnen der Strahldüse 4 eingeschaltet. Aus dem als Speicher dienenden Niederdruckdampfkessel 1 für die Wassermenge der ersten Sekunden, bis die Umwälzpumpe gestartet ist, wird auf Siedetemperatur erhitztes Spritzwasser durch die im Austrittsstutzen 3 angeordnete Strahldüse 4 in die Kegelstumpfelektrode 6 eingespritzt. Die Kegelstumpfelektrode 6 ist über die Sammelschienenzuleitung 7 mit einer Phase des (nicht gezeichneten) Stromerzeugers verbunden. Durch die Ausbildung

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der Strahldüse ²I als Ringdüse wird ein konischer Ringstrahl erzeugt. Beim Auftreffen des Spritzwassers auf das Auffanggitter 9, welches gleichzeitig als Erdelektrode dient, wird ein Stromkreis geschlossen und Spritzwasser beginnt zu verdampfen, wobei sich das Verdampfen in sehr kurzer Zeit über den gesamten Spritzkegel hinweg bis zum Auffanggitter 9 fortsetzt. Am unteren Ende der Kegelstumpfelektrode 6 wird das .nicht verdampfte Wasser in einzelnen Strahlen zum Auffanggitter 9 geleitet und der Dampf aus dem Innern der Kegelstumpfelektrode 6 tritt in Pfeilrichtung aus. Die nicht verdampfte Menge des Elektrolytes passiert das Auffanggitter 9 und gelangt in den Pumpensumpf 12. Entsprechend der Verdampfungsmenge wird durch den Zusatzwasserverteiler im oberen Teil des Behälters 5 aufbereitetes Wasser mit kleiner Leitfähigkeit aus den Rohrmündungen 11 auf den isolierten Teil der Sammelschienenzuleitung 7 und die Stützisolatoren 8 gesprüht, wodurch diese von niedergeschlagenen Elektrolytrückständen befreit werden. Gleichzeitig wird das Zusatzwasser, welches aus dem Zusatzwasserverteiler 10 nach unten strömt, durch die aufsteigende Dampfwolke vorgewärmt.

Der im Pumpensumpf 12 angesammelte Elektrolyt fliesst durch die Auslassöffnung 13 in die Rohrleitung 16. Inzwischen wird die Pumpe 15 gestartet und fördert den auf Siedetemperatur

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erwärmten Elektrolyt in den Niederdruckdampfkessel 1 zurück. Zwischen der Pumpe 15 und dem Einlassstutzen 18 des Niederdruckdampfkessels 1 ist das Rückschlagventil 17 angeordnet, durch welches ein Zurückfliessen des im Niederdruckdampfkessel 1 befindlichen Elektrolyts verhindert wird, wenn die Pumpe 15 nicht im Betrieb ist.

Mit der erfindungsgemässen Anordnung wird eine relativ hohe Strahlgeschwindigkeit (ca. 20 m/sec) erzielt, wodurch eine kurze Zuschaltzeit und eine hohe Reguliergeschwindigkeit erreicht wird. Die hohe Strahlgeschwindigkeit erlaubt die Verwendung eines konzentrierten Elektrolyten. Gleichzeitig kann der vorbeschriebene Wasserwiderstand aufgrund der relativ grossen Spritzdistanz selbst 1000 MW zu- und abschalten, ohne dass ein zusätzlicher Schalter benötigt wird.

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Claims

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Patentansprüche

.y Schnellregelbarer Wasserwiderstand grosser Leistung, insbesondere bei sowohl mit fossilen, als auch mit nuklearen Brennstoffen betriebenen thermischen'Kraftwerken, zur vor-, übergehenden Uebemahme der Belastungen bei raschen Netzentlastungen oder Netzstb'rungen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Behälter (5) eine mit einem Niederdruckdampfkessel (1) verbundene Strahldüse (4), eine Elektrode, vorzugsweise eine Kegelstumpfelektrode (6) mit Sammelschienenzuleitung Jf7) und. Stützisolatoren (8), ein Auffanggitter (9) und ein Zusatzwasserverteiler (10) angeordnet sind.
2. Schnellregelbarer Wasserwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen Strahldüse (4) und Kegelstumpfelektrode (6) einerseits sowie zwischen Kegelstumpfelektrode (6) und Auffanggitter (9) andererseits so bemessen ist, dass eine Zuschaltung in 0,1 bis 0,2 see. erfolgt, und weiterhin so ausgelegt ist, dass beim Abschalten kein Lichtbogen stehen bleibt und der schnellregelbare Wasserwiderstand als Ein- und Ausschalter ausgebildet ist.
3. Schnellregelbarer Wasserwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Pumpensumpf (12) des Behälters (5) und dem Niederdruckdampfkessel (l) eine

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Rohrleitung (16) mit Pumpe (15) und Rückschlagventil (17) angeordnet ist.
4. Schnellregelbarer Wasserwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil des Behälters (5) als Dampfaustritt ausgebildet ist, in welchem die Rohre des Zusatzwasserverteilers (10) angeordnet sind.
5. Schnellregelbarer Wasserwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse (4), das Auffanggitter (9) und der Zusatzwasserverteiler (10) auf Erdpotential liegen.
6. Schnellregelbarer Wasserwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsmittel des Hiederdruckdampfkesseis (1) eine Sole hoher Leitfähigkeit vorgesehen ist.
7. Schnellregelbarer Wasserwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzwasserverteiler (10) aufbereitetes Wasser mit kleiner Leitfähigkeit führt.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & pie.

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