DE2515623A1 - Dampferzeuger mit u-foermig gekruemmten rohren - Google Patents

Description

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Waagner-Bir& Aktiengesellschaft Α~1051 Wien, Margaretenstraße 70, Österreich

Dampferzeuger mit U-förmig gekrümmten Rohren

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Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit U-förmig gekrümnten Rohren und einer einzigen Rohrplatte, in welchem das verdampfende Medium mantelseifcig und das Heizmedium rohrseitig geführt wird.

.Bei den bekannten derartigen Dampferzeugern wird der erzeugte Nassdampf in speziellen G-rob- und Feinabscheideeinrichtungen getrocknet. Diese Konstruktionen haben den Nachteil, daß sie nur Sattdampf bzw. getrockneten Sattdempf produzieren, wodurch nur bescheidene thermische Wirkungsgrade erzielbar sind. Durch die Wassera/bscheideeinrichtungen werden derartige Dampferzeuger relativ groß, sodaß durch ihren großen Rauminhalt das Containment bei nuklearen Dampferzeugern in unerwünschter Weise vergrößert wird. Diese stehenden Dampferzeuger sind an ihrem unteren Ende abgestützt. Der Frischdampfstutzen befindet sich jedoch am anderen Ende des Dampferzeugers, wodurch die Frischdampfleitung die gesamte Dehnung des Dampferzeugers elastisch aufnehmen muß und somit eine große Länge aufweist.

Ein weiterer Nachteil dieser Dampferzeuger leitet sich aus dem Umlaufprinzip ab, wobei sich im Umlaufwasser während des Betriebes die Verunreinigungen anreichern, sodaß unerwünscht hohe Konzentrationen erreicht werden, die schließlich Spannungsrißkorrosionen und interkristalline Korrosionen an den Verbindungsstellen der austenitischen bzw. hochlegierten Dampferzeugerrohre mit der Rohr-

platte bewirken. Diese Korros ions er scheinungen v/erden durch die starke Verformung der Rohre begünstigt, die durch den Einwalzvorgang in der Rohrplatte bedingt sind.

Die Erfindung vermeidet die angeführten Nachteile und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrplatte in der Nähe des oberen Endes des Dampferzeugerdruckgefäßes, insbesondere zum Teil im Dampfraum desselben, angeordnet ist und der gebogene Teil der U-Rohre im halbkugelförmigen Enda.bschluß des Dampferzeugerdruckgefäßes in dessen Wasserraum angeordnet ist. Insbesondere ist am heißen Ende der U-Rohre eine Überhitzerzone und der Frischdampfstutzen in der Nähe der Rohrplatte vorgesehen. Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist die feste Auflagerung des Dampferzeugerdruckgefäßes in der Nähe der Rohrplatte vorgesehen. Vorzugsweise ist am kalten

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Ende der U-Rohre in der Nähe der Rohrplatte eine Vorwlirmsone angeordnet, die insbesondere vom !Speisewasser in Richtung zur Rohrplatte durchströmt ist. Ein weiteres wesentliches Erfindungsmerkmal wird darin gesehen, daß die Rohrplatte zur Waagrecht en geneigt angeordnet ist.

Die Erfindung weist die nachstehenden Vorteile auf:

1. Vermeidung der Spannungsrißkorrosion im Bereich der Rohrplatte, da diese nur mit Dampf und gegebenenfalls mit vorgwärmtem Speisewasser beaufschlagt wird.

2. Durch die Vorwärmzone wird die Temperaturdifferenz zwischen Primär— und Sekundärseite besser ausgenützt, sodaß sich die gesamte Heizfläche verkleinert.

3. Im Bereich der Rohrplatte ergeben sich verminderte Temperaturspannungen, da das Speisewasser, wenn überhaupt, zuerst in einer Vorwärmzone auf nahezu Siedetemperatur gebracht wird. und dann erst die Rohrplatte bespült.

4. Durch die überhitzung des Frischdampfes wird ein besserer thermischer Wirkungsgrad möglich, sodaß bei gleicher elektrischer Leistung der Dampferzeuger nur eine geringere thermische Leistung aufnimmt, wodurch der Dampferzeuger und mit ihm das gesamt Primärsystem entsprechend verkleinert v/erden kann.

5. Durch die Verwendung von U-Rohren und den Entfall von Wasserabscheidevorrichtungen verkleinert sich die Dampferzeugerbauhöhe bei gleicher Leistung.

6. Die Primärrohrleitungen und die Frischdampfleitung münden in der Nähe des Fixpunktes der Auflagerung des Dampferzeugers ein und müssen daher nur kleine Dehnungen aufnehmen.

7. Durch die kompakte Bauart, die kurzen Rohrleitungen und den besseren Wirkungsgrad des Dampferzeugers verkleinert sich das Wasser/iampfvolumen sowohl im Primär- als auch im Sekundärsystem, sodaß das Volumen des Containments um etwa &fo verkleinert v/erden kann.

8. Durch die Schrägstellung des Dampferzeugers wird eine Verbesserung des Umlaufes erreicht ohne daß umllauffördernde Einrichtungen notwendig sind, wodurch der Wärmeübergang in der Verdampferζone intensiviert wird.

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9. Durch die Anwendung des Gleichstromprinsips in der Vorwärmzone ergeben sich regeltechnische und auch, thermohydraulisohe Vorteile.

Die Erfindung ist in den Figuren 1 bis 4 beispielsweise und 'schematise!! dargestellt.

Pig.1 zeigt die Gegenüberstellung einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Bauart.

Fig.2 zeigt einen Dampferzeuger im Schnitt.

Fig.3 zeigt einen Schnitt gemäß Schnittlinie A-B in Fig.2.

Fig.4 zeigt einen Dampferzeuger mit geneigter Rohrplatte.

Auf der rechten Seite'der Fig.1 ist die Anordnung eines herkömmlichen Umlaufdampferezugers in einem Containment dargestellt. Das Reaktordruckgefäß 1 ist über die Primärleitungen 2a mit dem Dampferzeuger 3a verbunden. Der erzeugte Dampf wird über die Frisch— dampfleitung 4a einer Sammelleitung zugeführt. Auffallend ist bei dieser Konstruktion, daß der Dampferzeuger ein großes Volumen sowie eine lange Frischdampfleitung aufweist.

Die linke Hälfte der Figur zeigt die wesentliche raumsparendere Anordnung des erfindungsgemäßen Dampferzeugers. Da die Rohrplatte oben liegt, kann aus Stabilitätsgründen der Dampferzeuger hängend vorgesehen v/erden. Die Primärleitungen 2b und die Frischdampfleitung 4b münden in den oberen Teil des Dampferzeugers 3b, wo' auch die Auflagerung stattfindet, sodaß die Leitungen kurz und nahezu frei von Dehnungen gehalten werden können. Aus dem oberen Teil der Zeichnung ist die Verkleinerung des Containments 5 durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Dampferzeugers ersichtlich.

Fig.2 zeigt einen Dampferzeuger mit waagrechter, oben liegender Rohrplatte. Das Primärmedium tritt durch den Eintrittsstutzen 6 und die Rohrplatte 7 in das U-rohrförmige Heizrohrflächenbündel 8 ein und strömt durch die gemeinsame Rohrplatte über den Austrittsstutzen 9 ab. Zur Trennung der beiden Sammelräume, die an die Eintrittsstutzen 6 und an die Austrittsstutzen 9 anschließen, ist eine Trennwand 25 vorgesehen, die in Richtung des geringeren Druckes eine Krümmung aufweist.

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Das Speisewasser wird über zwei getrennt regelbare Sneisewasserotutzen 10 und 11 jeweils einer eigenen Vorwärmzone 12 und 13 zugeführt, wobei nur die Vorwlirinzone 13 teilweise von der Rohrplatte 7 begrenzt wird. Der Durchfluß durch die Vorwllrmzone 1 wird so geregelt, daß auch bei Laständerungen die Speisew?;3sertemperatur im Bereich der Rohrplatte konstant bleibt. Beide Wasserströme treten durch fensterartige Öffnungen 14 in segmentförmige unberohrte Pallkanlile 15 (Pig· 3) ein, durch die sie den unteren Teil Vei-dampfungszone 16 im Wasserraum 24 zugeführt v/erden. Das verdampfte Medium wird schließlich in der tberhitzuiigszone 17, die sich am heißen Ende des Heizflächenbündels 8 im Dampfraum des Dampferzeugers 3 befindet, zugeführt und verläßt den Dampferzeuger durch den Frischdampfstutzen 18.

In Pig.3 ist ein Schnitt durch den Dampferzeuger 3 gemäß der Schnittlinie A-B in Pig.2 dargestellt. Seitlich von dem Heizflächenbündel 8 innerhalb des Druckgefäßes des Dampferzeugers 3 sind die segmentförmigen Fallkanäle 15 vorgesehen.

In Pig.4 ist ein Dampferzeuger mit schräggestellter Rohrplatte dargestellt. Bei dieser Konstruktion ist nur eine Vorwärmzone vorgesehen, die im Gegenstrom geschaltet ist und sich in der Fähe des kalten Endes des Heizflächenbündels 8 befindet. Die Rohrplatte 7 wird hier zur Gänze mit Dampf beaufschlagt, wodurch eine gleichmäßige Aufheizung stattfindet. Die Rohrplatte 7 begrenzt somit den Dampfraum 23 des Dampferzeugers. Durch die schräge Anordnung ergibt sich in der Verdampfungszone (Wasserraum 24 des Dampferzeugers) durch das Konzentrieren der aufsteigenden Dampfblasen am Mantel des Dampferzeugerdruckgefäßes 19 ein reger Umlauf, wodurch der Wärmeübergang verbessert und die Dajnpfabscheidung erleichtert wird. Im untersten Teil des Wasserraumes 24 ist ein Abschlämmstutzen 20 vorgesehen. In der Nähe des oberen Endes des Dampferzeugerdruckgefäßes ist die Aufhängung des Dampferzeugers als PestpunkVaargesteilt. In der Nähe des unteren Endes des Dampferzeugerdruckgefäßes befindet sich das bewegliche Widerlager 22, das die Wärmedehnung des Dampferzeugers aufnimmt.

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Die bessere Wirksamkeit des Flüssigkeitsumlaufes wird wie folgt erklärt.

Die Dampfblasen steigen vertikal nach oben, sammeln sich an der zylindrischen, schrägen, oberen Wandung des Dampferzeugers und wandern längs dieser entsprechend der Schräge der Wandung nach aufwärts, wobei sie sich mit den weiter oben aufsteigenden Dampfblasen vereinigen und somit konzentrieren. Diese Dampfblasenströmung bewirkt ein Mitreißen des Wassers, sodaß sich längs der schrägen, oberen Wandung des Dampferzeugers eine Aufwärtsströmung entwickelt, die durch eine Abwärtsströmung des kochenden V/assers längs der unteren, schrägen Wandung des zylindirschen Dampferzeugers ausgeglichen wird. Diese natürliche Strömung ist sehr stark und durch die Schräglage des Dampferzeugers in bestimmte Bahnen gelenkt, die sich nicht, wie beim vertikal angeordneten Dampferzeuger, wo jede einzelne Dampfblase aufwärts strömt, gegenseitig störenj wodurch eine Verbesserung des Wärmeüberganges gegeben ist, die eine weitere Verkleinerung des Dampferzeugervolumens bei gleicher Dampferzeugung ermöglicht.

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Claims (8)

Patentansprüche :

1./Dampferzeuger mit U-förmig gekrümmten Rohren und einer emsigen Rohrplatte, in welchem das verdampfende Medium mantelseitig . und das Heizmedium rohrseitig geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrplatte (7) in der Nähe des oberen Endes des Dampferzeugerdruckgefäßes (19), insbesondere zum Teil im Dampfraum (23) desselben, angeordnet ist und der gebogene Teil der U-Rohre (8) im halbkugelförmigen Endabschluß des Dampferzeugerdruckgefäßes (19)? in dessen Wasserraum (24) angeordnet ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am heißen Ende der U-Rohre (8) eine Überhitzerzone (17) angeordnet ist und der Frischdampfstutzen (18) in der Nähe der Rohrplatte (7) vorgesehen ist (Pig.2,4).

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Auflagerung (21) des Dampferzeugerdruckgefäßes (19) in der Nähe der Rohrplatte (7) vorgesehen ist (Pig.4).

4» Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am kalten Ende der U-Rohre (8) in der Nähe der Rohrplatte (7) eine Vorwärmzone (13) angeordnet ist.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Heizflöche des Vorwärmers (13) im Gleichbzw. Gleich/Kreuzstrom geschaltet ist und vom Speisewasser in Richtung zur Rohrplatte (7) durchströmt ist (Pig.2).

6. Dampferzeuger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Speisewassereinlässe (10,11) vorgesehen sind, die mit zwei getrennten Vorwärmzonen (12,13) verbunden sind, wobei nur eine Vorwärmzone (13) wenigstens teilweise von der Rohrplatte (7) begrenzt ist und der Speisewasserstrom in dieser

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Vorvv'ärmzone (13) auf konstante Speisewassertemperatur am Austritt aus dieser Vorwärmzone bei wechselnder Dampferzeugerleistung geregelt wird, sodaß die thermische Beanspruchung
.der Rohrplatte (7) gering gehalten wird (Pig.2).

7. Dampferzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgewärmte Wasser durch segrnentförmige unberührte Fallkanäle (15) in den unteren Bereich der Verdampfungszone des Wasserraumes (24) geleitet wird (Fig.2 und 3).

8. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrplatte (7) zur Waagrechten geneigt angeordnet ist (Pig.4).

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