DE2513575C2

DE2513575C2 - System for steam generation connected to a nuclear power plant

Info

Publication number: DE2513575C2
Application number: DE2513575A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 6840 Lampertheim Schüller
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1975-03-27
Filing date: 1975-03-27
Publication date: 1982-07-15
Also published as: NL7603106A; BE840077A; FI760761A; DE2513575A1

Description

Die Erfindung betrifft eine an ein Kernkraftwerk angeschlossene Anlage zur Wasserdampferzeugung bei höherem Druck und höherer Temperatur mit mindestens einem Wärmetauscher zur Erwärmung des Wassers — aus dem durch anschließende Drosselung Wasserdampf erzeugt wird — durch Entnahmedampf, der dem Wasserdampfkreislauf des Kernkraftwerkes entnommen wird.The invention relates to a system for generating steam that is connected to a nuclear power plant higher pressure and higher temperature with at least one heat exchanger to heat the Water - from which water vapor is generated by subsequent throttling - through extraction steam, which is taken from the steam cycle of the nuclear power plant.

Die direkte Ferndampf-Cntnahme aus dem Dampfkreislauf eines Dampfturbinen-Ker kraftwerkes ist aus sicherheitstechnischen Gründen nicht möglich.Direct remote steam extraction from the steam cycle a steam turbine Ker power plant is not possible for safety reasons.

Bei allen bekannten Reaktor-Systemen muß mit einem gewissen Grad radioaktiver Verseuchung des Arbeitsmittels gerechnet werden. Hierfür sind sicherheitstechnische Einrichtungen und Überwachungseinrichtungen vorgesehen, um Schäden zu vermeiden. Unzulässig wäre die Abgabe auch schwach radioaktiven Dampfes für Verbrauchergruppen außerhalb des Kraftwerkes. An einer Ferndampfversorgung können z. B. Verbraucher der Nahrungsmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie, der Genußmittelindustrie, der Kunststoffindustrie, der Brauereien, Molkereien usw. angeschlossen sein, bei denen der Fabrikationsdampf direkt mit den Produkten in Berührung kommt. Hier läßt sich kein unterer Schwellwert zulässiger Radioaktivität angeben. Daher ist bei Ferndampfabgabe aus Kernkraftwerken die Forderung zu erwarten, daß der Ferndampf keinerlei Radioaktivität enthalten darf.In all known reactor systems, there must be a certain degree of radioactive contamination of the Work equipment are expected. Safety-related devices and monitoring devices are required for this provided to avoid damage. It would also be impermissible to dispense even weakly radioactive substances Steam for consumer groups outside the power plant. At a remote steam supply you can z. B. Consumers in the food industry, the pharmaceutical industry, the luxury food industry, be connected to the plastics industry, breweries, dairies, etc., where the production steam comes into direct contact with the products. No lower threshold value for permissible radioactivity can be specified here. Therefore, with remote steam delivery the requirement to expect from nuclear power plants that the long-distance steam must not contain any radioactivity.

Bei den eingangs erwähnten bekannten Anlagen zur Ferndampfabgabe mit einer Einrichtung zur Wärmeübertragung vom Dampf-Wasser-Kreislauf des Kernkraftwerkes an den Dampf-Wasser-Kreislauf der Ferndampferzeugungsanlage, wird der Ferndampf im Kernkraftwerk durch Wärmeaustausch des Arbeitsdampfes über Dampfumformer erzeugt. Dadurch ist eine zusätzliche Barriere gegenüber dem Übertritt !radioaktiver Stoffe gegeben. Auch in solchen Fällen kann aber bei Leckagen im Wärmeaustausch-System inicht ausgeschlossen werden, daß gewisse Mengen radioaktiver Stoffe vom Dampf-Wasser-Kreislauf des Kernkraftwerkes in den Ferndampfkreislauf gelangen. Bei Dampfumformern muß der Dampfdruck auf der wärmeabgebenden Seite der Wärmetauschflächen größer sein als auf der wärmeaufnehmenden Seite, da sonst ein Wärmetransport über die Wärmeaustauschflächen nicht möglich ist. Damit kann bei Leckagen Arbeitsdampf in den Ferndampf übertreten.
Durch entsprechende Überwachungseinrichtungen könnte wohl der Gefahr einer Verseuchung des Ferndampf-Kreislaufes begegnet werden. Bei Versagen dieser Einrichtungen läßt sich jedoch ein Übertritt radioaktiver Stoffe in das Ferndampf system nichtIn the above-mentioned known systems for remote steam delivery with a device for heat transfer from the steam-water circuit of the nuclear power plant to the steam-water circuit of the remote steam generation plant, the district steam in the nuclear power plant is generated by heat exchange of the working steam via steam converters. This creates an additional barrier against the transfer of radioactive substances. Even in such cases, however, in the event of leaks in the heat exchange system, it cannot be ruled out that certain amounts of radioactive substances from the steam-water circuit of the nuclear power plant will get into the remote steam circuit. In the case of steam converters, the steam pressure on the heat-emitting side of the heat exchange surfaces must be greater than on the heat-absorbing side, since otherwise heat transfer via the heat exchange surfaces is not possible. This means that working steam can pass into the district steam in the event of leaks.
Appropriate monitoring equipment could probably counteract the risk of contamination of the long-distance steam cycle. If these facilities fail, however, radioactive substances cannot pass into the remote steam system

to gänzlich ausschließen, was zu nicht kalkulierbaren Folgeschäden führen könnte. Beim Ansprechen dieser Sicherheitseinrichtungen müßte die Ferndampfversorgung aus dem Kernkraftwerk unterbrochen werden, was zu Produktionsauifällen bei den Verbrauchern führen würde. Umstritten ist auch, ob die Meßgenauigkeit solcher Sicherheitseinrichtungen den Sicherheitsanfordeningen der unterschiedlichen Verbrauchergruppen genügt.to completely exclude what could lead to incalculable consequential damage. When addressing this Safety devices would have to interrupt the remote steam supply from the nuclear power plant, which would lead to production failures among consumers. It is also controversial whether the measurement accuracy such safety devices meet the safety requirements of the different consumer groups is sufficient.

Durch die DE-AS 10 40 713 ist eine Anlage zur Wasserdampferzeugung bekanntgeworden, die an zwei Kernkraftwerke angeschlossen ist. Der Dampf wird jedoch nur zum Antrieb der Dampfturbine verwendet Die Erzeugung von Ferndampf ist nicht vorgesehen.DE-AS 10 40 713 a system for steam generation has become known, which is connected to two Nuclear power plants is connected. However, the steam is only used to drive the steam turbine The generation of district steam is not intended.

Außerdem wurde auch bereits vorgeschlagen, Kernkraftwerke zu Heizzwecken vorzusehen (VGB Kraftwerkstechnik 54). Bei diesen Anlagen werden Zwischenkreisläufe verwendet, die ihre Wärme an die Heizwasserkreisläufe abgeben. Die Zwischenkreisläufe sind erforderlich, weil die Drücke in den Primärkreisläufen der Kernkraftwerke erheblich über den Drücken in den Heizwasserkreisläufen liegen und folglich im Falle eines Lecks eine Verseuchung des Heizwassers nicht ausgeschlossen werden kann.In addition, it has already been proposed to provide nuclear power plants for heating purposes (VGB Kraftwerkstechnik 54). In these systems, intermediate circuits are used that transfer their heat to the heating water circuits hand over. The intermediate circuits are required because of the pressures in the primary circuits of the nuclear power plants are significantly above the pressures in the heating water circuits and consequently in the event of a Leakage contamination of the heating water cannot be ruled out.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine an ein Kernkraftwerk angeschlossene Anlage zur Wasserdampferzeugung zu schaffen, bei der die Gefahr einer radioaktiven Verseuchung aus dem Kernkraftwerk abgegebenen Dampfes ausgeschlossen werden kann und bei der ein Zwischenkreislauf zur Wärmeübertragung vermieden werden soll, wobei sowohl das wärmeabgebende als -auch das wärmeaufnehmende Medium Wasser istThe present invention is based on the object of a connected to a nuclear power plant To create a facility for steam generation, with the risk of radioactive contamination from the Nuclear power station emitted steam can be excluded and in the case of an intermediate circuit for Heat transfer should be avoided, with both the heat-emitting and the heat-absorbing Medium is water

Die gestellte Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anlage erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druck des zur Wasserdampferzeugung verwendeten Wassers höher ist als der Druck des Entnahmedampfes, wobei der Druck des Wassers so hoch ist, daß in dem Wärmetauscher keine Verdampfung des Wassers eintritt.The problem posed is achieved according to the invention in the system mentioned at the outset in that the pressure of the water used to generate steam is higher than the pressure of the extraction steam, wherein the pressure of the water is so high that no evaporation of the in the heat exchanger Water enters.

Da bei der erfindungsgemäßen Anlage der Druck auf der wärmeaufnehmenden Seite des Wärmetauschers größer ist als der Druck auf der wärmeabgebenden Seite, können bei möglichen Leckagen in diesem Wärmetauscher keine Radioaktivitäten in das Ferndampf-System übertreten.Since in the system according to the invention, the pressure on the heat-absorbing side of the heat exchanger is greater than the pressure on the heat-emitting side, there is a risk of leaks in this Heat exchangers do not allow radioactivity to enter the remote steam system.

Die Dampferzeugung durch Wärmeübertragung an Druckwasser und nachfolgende Entspannung zum Zwecke der Phasentrennung ist gegenüber anderen Verfahren der Ferndampferzeugung mit Minderungen der Leistungserzeugung im Kernkraftwerk und außerdem mit höheren Investitiöns-Aufwendungen verbunden. Diesen Nachteilen steht jedoch der entscheidende Vorteil der Verhinderung radioaktiver Verunreinigungen des Ferndampfes und deren möglichen Folgeschäden entgegen.The steam generation through heat transfer to pressurized water and subsequent relaxation to the The purpose of phase separation is compared to other methods of generating remote steam with reductions the power generation in the nuclear power plant and also associated with higher investment costs. However, these disadvantages have the decisive advantage of preventing radioactive contamination the remote steam and its possible consequential damage.

Die Erfindung ist daher nur in Verbindung mit der Fernwärmeversorgung aus Kernkraftwerken sinnvoll; in diesem Zusammenhang gewinnt sie jedoch erheblicheThe invention is therefore only useful in connection with the district heating supply from nuclear power plants; in this context, however, it gains considerable

Bedeutung, da der Zwang oder die wirtschaftliche Notwendigkeit, fossile Brennstoffe bei der Erzeugung von Prozeßdampf für industrielle Zwecke oder für Heizzwecke einsparen zu müssen, in erheblichem Umfang zur Ferndampfabgabe aus Kernkraftwerken führen wird.Importance because of the compulsion or economic necessity to use fossil fuels in production to have to save process steam for industrial purposes or for heating purposes, in considerable Extent will lead to the release of long-distance steam from nuclear power plants.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß das Kn Wärmetauscher erwärmte und unter Druck stehende Wasser vor seiner Drosselung zur Überhitzung des durch die Drosselung erzeugten Sattdampfes dientAn expedient embodiment of the invention is achieved in that the Kn heated the heat exchanger and pressurized water before its throttling to overheating of the through the throttling generated saturated steam is used

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung, die schemaiisch links der senkrechten, strichpunktierten Linie die Ferndampferzeugungsaniage zeigt, ist rechts der vorgenannten strichpunktierten Linie das eigentliche, in der Zeichnung nicht dargestellte, Kernkraftwerk zu denken. Mit 1 ist ein Oberflächen-Wärmetauscher bezeichnet, in dem die Aufwärmung von Druckwasser mit kondensierendem, durch die Leitung 15 zugeführten Heizdampf aus dem Dampfkreislauf des Kernkraftwerkes erfolgt Das H*:izdarr.pf-Kondensat aus diesem Wärmetauscher wird in den Wasserkreislauf des Kernkraftwerkes über die Leitung 16 zurückgeleitetIn the following an embodiment of the invention is described with reference to the drawing. In the Drawing, the schematic to the left of the vertical, dash-dotted line, the remote steam generation plant shows, to the right of the aforementioned dash-dotted line is the actual, not shown in the drawing, Think nuclear power plant. 1 with a surface heat exchanger is referred to, in which the warming up of pressurized water with condensing heating steam supplied through line 15 from the steam circuit of the nuclear power plant takes place The H *: izdarr.pf condensate This heat exchanger is fed into the water circuit of the nuclear power plant via the pipe 16 returned

Das wärmeaufnehmende Mittel im Wärmetauscher 1 ist unter Überdruck stehendes Wasser. Der Überdruck des wärmeaufnehmenden Druckwassers wird von einer Pumpe 2 aufrechterhalten. Der wasserseitige Überdruck im Wärmetauscher 1 ist höher als der Heizdampfdruck dieses Wärmetauschers. Dabei ist die Druckhöhe des Druckwassers gleichzeitig auch so gewählt, daß in dem Oberflächen-Wärmetauscher 1 keine Verdampfung des Druckwassers eintritt. Das im Wärmetauscher 1 erwärmte Druckwasser wird über eine Leitung 17, den Dampfüberhitzer 3 und eine Leitung 18 in das Entspannungsgefäß 4 eingeleitet. Durch Druckentlastung im Entspannungsgefäß 4 erfolgt die Phasentrennung des erwärmten Druckwassers in Dampf und Kondensat. Der geforderte Dampfdruck nach dem Dampfüberhitzer 3 wird durch ein Regelorgan 5 aufrechterhalten. Mit 19 ist die Stelle in der Dampfleitung 21 bezeichnet, an welcher der Istwert des Dampfdruckes abgenommen wird. Im übrigen ist die Regeleinrichtung, da sie an sich bekannter Art sein kann, nicht näher dargestellt. Zur Überhitz, ing des Ferndampfes dient, wie aus der Zeichnung ersichtlich, das erwärmte Druckwasser. Im Dampfüberhitzer 3 wird somit ein entsprechender Anteil der Wärme des erwärmten Druckwasse,·'. an den im Entspannungsgefaß 4 erzeugten Dampf übertragen. Der im Entspannungsgefä!? 4 erzeugte und im Dampfüberhitzer 3 überhitzte Dampf dient als Produktionsdampf der an die Ferndampferzeugungsanlage über die Leitung 22 angeschlossenen Verbraucher 6. Die Anordnung eines Überhitzers 3 bzw. die Überhitzung des im Entspannungsgefäß 4 durch Druckentlastung erzeugten Sattdampfes ist nicht unbedingt erlorderlich. Sie kann jedoch — wie dies bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist — vorgesehen werden, wenn dies zur Vermeidung von Kondensatausfall in der Ferndampftransportleitung verlangt wird.The heat-absorbing agent in the heat exchanger 1 is water under excess pressure. The overpressure of the heat-absorbing pressurized water is maintained by a pump 2. The water-side overpressure in heat exchanger 1 is higher than the heating steam pressure of this heat exchanger. Here is the Pressure level of the pressurized water at the same time also selected so that in the surface heat exchanger 1 no evaporation of the pressurized water occurs. The pressurized water heated in the heat exchanger 1 is over a line 17, the steam superheater 3 and a line 18 are introduced into the expansion vessel 4. The phase separation of the heated pressurized water takes place by relieving the pressure in the expansion vessel 4 Steam and condensate. The required steam pressure after the steam superheater 3 is controlled by a control element 5 maintained. With 19 the point in the steam line 21 is designated at which the actual value of the Steam pressure is decreased. In addition, the control device, since it can be of a known type, not shown in detail. To superheat, ing the remote steam As can be seen from the drawing, the heated pressurized water is used. In the steam superheater 3 is thus a corresponding proportion of the heat of the heated pressurized water, · '. to the ones in the expansion vessel 4 generated steam transferred. The one in the relaxation vessel !? 4 generated and in the steam superheater 3 Superheated steam is used as production steam to the remote steam generation plant via line 22 connected consumer 6. The arrangement of a superheater 3 or the overheating of the in the expansion vessel 4 saturated steam generated by pressure relief is not absolutely necessary. she can however - as is the case in the embodiment shown - are provided if this is for Avoidance of condensate failure in the long-distance steam transport line is required.

Das bei der Phasentrennung im Entspannungsgefäß 4 anfallende Kondensat wird über eine Leitung 20 in einen Sammelbehälter 7 zurückgeleitet, der als Entgaser-Mischvorwärmer ausgebildet sein kann.The condensate obtained during the phase separation in the expansion vessel 4 is via a line 20 into a Returned collecting tank 7, which can be designed as a degasser mixing preheater.

Eine der Ferndampfiin'erung entsprechende Wassermenge muß wieder in den Kreislauf der Ferndampf-Erzeugung eingespeist werden. Dies kann entweder das von den Verbrauchern 6 in die Ferndampferzeugungsanlage zurückgeleitete Heizdampf-Kondensat oder Zusatzwasser sein. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel ist ein möglicher Auslegungsfall vorgesehen, bzw. in der Zeichnung dargestellt, bei dem kein Heizdampf-Kondensat von den Dampfverbrauchern 6 zurückgeleitet wird. In diesem Fall muß eine der Ferndampflieferung entsprechende Zusatzwassermenge aufbereitet und in den Kreislauf der Ferndampferzeugung eingeleitet werden. Dieses Zusatzwasser wird mittels einer Pumpe 23 bzw. der Leitung 24 über eine Zusatzwasseraufbereitungsanlage 8 geführt, im Mischvorwärmer 9 erwärmt und vorentgast um weiter über die eine Pumpe 25 enthaltende Leitung 26 einer Vorwärmerkette 10a, 106, 10c zugeführt zu werden. Als Heizdampf für den Mischvorwärmer 9 dient der dem Mischvorwärmer über die Leitung 27 zugeführte Abdampf einer Vorwärmturbine 11. Die weitere Erwärmung des Zusatzwasuers in der Vorwärmerkette 10a, 106, 10c erfolgt mit über die Leitungen 28, Jii, 30 zugeführtem Anzapfdampf der genannten VorwLimturbsne 11. Schließlich wird das Zusatzwasser in den Sammelbehälter 7 eingeleitet, von welchem es durch die Pumr>e 2 in den Oberflächen-Wärmetauscher 1 gedrückt wird.An amount of water corresponding to the remote steam generation must be fed back into the circuit for generating remote steam. This can either be the heating steam condensate returned from the consumers 6 to the remote steam generation system or make-up water. In the selected exemplary embodiment, a possible design case is provided, or shown in the drawing, in which no heating steam condensate is returned from the steam consumers 6. In this case, a quantity of additional water corresponding to the supply of remote steam must be prepared and introduced into the circuit for generating remote steam. This additional water is conducted by means of a pump 23 or line 24 via an additional water treatment system 8, heated in the mixing preheater 9 and pre-degassed in order to be fed to a preheater chain 10a, 106, 10c via the line 26 containing a pump 25. As heating steam for the mixing preheater 9 of the mixing preheater through line 11, 27 serves supplied exhaust steam of a Vorwärmturbine The further heating of the Zusatzwasuers in the Vorwärmerkette 10a, 106, 10c, with over lines 28, Jii, 30 supplied bled steam of said VorwLimturbsne. 11 Finally, the additional water is introduced into the collecting tank 7, from which it is pressed into the surface heat exchanger 1 by the pump 2.

Die Vorwärmturbine 11, die den elektrischen Generator 33 antreibt, wird über eine Leitung 31 mit einem Teilstrom des in der Ferndampferzeugungsanlage produzierten Dampfes beaufschlagt. Dient der Sammelbehälter 7 zugleich als Entgaser-Mischvorwärmer, wie im Falle des dargestellten Ausführungsbeispieles, so wird als Heizdampf für diesem Mischvorwärmer ein Teilstrom des im Entspannungsgefäß 4 erzeugten Dampfes benutzt, der dem Behälter 7 über die Dampfleitung 32 zugeführt wird. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, daß in den Mischvorwärmern 7 und 9 keine Vermischung von Dampf und Wasser der Kreisläufe des Kernkraftwerkes und der Ferndampfversorgung eintritt.The preheating turbine 11, which drives the electrical generator 33, is connected via a line 31 a partial flow of the steam produced in the remote steam generation plant is applied. Serves the Collector 7 at the same time as a degasser mixing preheater, as in the case of the illustrated embodiment, a partial flow of that generated in the expansion vessel 4 is used as heating steam for this mixing preheater Steam used, which is supplied to the container 7 via the steam line 32. With these measures it is achieved that in the mixer preheaters 7 and 9 no mixing of steam and water Circuits of the nuclear power plant and the district steam supply occurs.

Die Ferndampferzeugungsanlage kann natürlich auch so ausgebildet sein, daß die Entgasung des Zusatzwassers und gegebenenfalls des von den Ferndampfverbrauchern zurückfließenden Heizdampf-Kondensats nur in dem Mischvorwärmer 9 erfolgt und eine weitere Entgasung im Sammelbehälter 7 enteilt Auch eine Entgasung nur im Sammelbehälter 7 allein wäre wohl denkbar. Es empfiehlt sich aber außer einer Entgasung im Sammelbehälter 7 stets noch eine Vorentgasung in dem Mischvorwärmer 9 (wie im Falle des Ausführungsbeispiels) vorzunehmen, da für den Fall, daß nur im Sammelbehälter 7 entgast wird, Korrosionsgefahr für die Vorwärmerkette 10a, 106, 10c besteht oder dicje Vorwärmerkette zur Vermeidung der Korrosionsgefahr ajs teuerem, d. h. gegen Korrosion ausreichend widerstandsfähigem Material hergestellt werden müßte.The remote steam generation system can of course also be designed in such a way that the additional water is degassed and, if applicable, the heating steam condensate flowing back from the remote steam consumers only takes place in the mixing preheater 9 and a further degassing in the collecting container 7 also entrains one Degassing only in the collecting container 7 alone would probably be conceivable. However, apart from degassing, it is recommended in the collecting tank 7 always a pre-degassing in the mixing preheater 9 (as in the case of the embodiment) to make, since in the event that only in Collecting container 7 is degassed, there is a risk of corrosion for the preheater chain 10a, 106, 10c or dicje Preheater chain to avoid the risk of corrosion as expensive, d. H. sufficient against corrosion Resistant material would have to be made.

Zusammenfassend kann gesagt werden, ciaß mit der Wärmeübertragung im Wärmetauscher 1 vom Dampfkreislauf des Kernkraftwerkes an Druckwasser, dessen Druck, wie in Anspruch 1 angegeben, gewählt ist, und mit der Verwendung des in der beschriebenen Ferndampferzeugungsanlage erzeugten Pröduktionsdampfcs zur Vorwärmung und Entgasung dt-s erforderlichen Zusatzwassers und gegebenenfalls des von den Verbrauchern 6 zurückgeleiteten Heizdampf-Kondensates, ein Übertri'l von Radioaktivitäten aus dem Dampfwasser-Kreislauf des Kernkraftwerkes in den Dampf-Wasser-Kreislauf der Ferndampferzeugungsanlage mit Sicherheit vermieden wird.In summary, it can be said that with the heat transfer in the heat exchanger 1 from the steam circuit of the nuclear power plant of pressurized water, the pressure of which is selected as specified in claim 1, and with the use of the production steam generated in the remote steam generation system described required for preheating and degassing dt-s Make-up water and, if applicable, the heating steam condensate returned from the consumers 6, a transfer of radio activities from the steam water circuit of the nuclear power plant to the Steam-water cycle of the remote steam generation system is avoided with certainty.

Hierzu 1 Blatt ZeichnuneenFor this 1 sheet of drawings

Claims

1 claims:

1. Plant connected to a nuclear power plant for generating water vapor at higher pressure and higher temperature with at least one heat exchanger to heat the water - from the water vapor is generated by subsequent throttling - by extraction steam that is added to the The steam cycle of the nuclear power plant is taken, characterized in that that the pressure of the water (17) used to generate steam is higher than the pressure of the extraction steam (15), the pressure of the water (17) being so high that in the heat exchanger (1) no evaporation of the water occurs

2. Plant for steam generation according to claim 1, characterized in that the im Heat exchanger (1) heated and pressurized water (17) before its throttling (4) Overheating (3) of the saturated steam generated by the throttling (in 4) is used.