DE2550908A1 - High temp. reactor power plant with dry cooling tower - with further cooling by exchange with fresh water - Google Patents

High temp. reactor power plant with dry cooling tower - with further cooling by exchange with fresh water

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Abstract

Method of removing heat from an industrial plant, esp. a nuclear power plant, uses cooling water cooled in a dry cooling tower. After the cooling water has left the dry cooling tower to return to the plant, it is further cooled in a heat exchanger, in which the secondary cooling fluid is fresh water. This fresh water is pref. recooled in a wet cooling tower (17), which may be mounted coaxially inside the dry cooling tower. Used esp. for a high-temp. helium-cooled reactor driving helium turbines. The method can be used where only 10-30% of the fresh water required for full water cooling is available. It enables the gas turbine efficiency to be increased by 1-2%.

Description

Verfahren zum Abführen der im Kühlwasserkreislauf Method for discharging the in the cooling water circuit

von Industrie anlagen anfallenden Wärme Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum S-führen der im Kühlwasserkreislauf von Industrieanlagen, insbesondere Ke rnkrafterken, anfallenden Wärme durch Kühlung des Wassers oder Dampfes in einem Trockenkühlturm. Heat generated by industrial plants The present invention relates to a process for S-leading in the cooling water circuit of industrial plants, in particular core forces, heat generated by cooling the water or steam in a dry cooling tower.

Es ist bekannt, zur Abgabe von Prozeßwarme an Luft Trockenkühltürme einzusetzen, bei denen das zu kühlende irbeitsmittel - Wasser oder Dampf - durch in einem Luftstrom angeordnete Rohre strömt. Eine derartige Kuhleinrichtung wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift 2 259 348 beschrieben. Aus der Offenlegungsschrift 2 108 615 ist eine luftgekühlte Kondensationseinrichtung mit Naturzug-Kühlturtn für Dampfkraftanlagen bekannt, bei der im Fußbereich des Kühlturms längs seines Umfanges Kondensationselemente angeordnet sind. Weitere Kondensationselemente befinden sich auf einem konzentrischen Kreis im Innern des Kühlturms. Ferner gehört es zum Stand der Technik, zum Abführen der in Industrieanlagen anfallenden Abwärme einen Kühlturm zu verwenden, der aus einem Naßkuhlteil und einem Trockenkühlteil besteht, wobei die Kühlluftströme fiir den Trocken- und den Naßkiihlteil parallel und getrennt voneinander eingeführt und nach dem Wärmetausch gemeinsam abgeführt werden. Ein solcher Kühlturm ist aus der Auslegeschrift 1 806 656 bekann, Es ist auch vorgeschlagen worden, die in dem Wasserkreislauf des Gasturbosatzes eines lIochtemperaturreaktors mit direkt angeschlossener Heliumturbine anfallende Wärme mit Hilfe eines Trockenkfflllturmes abzuführen.It is known that dry cooling towers can be used to transfer process heat to air to be used where the working fluid to be cooled - water or Steam - flows through pipes arranged in an air stream. Such a cooling device is described in laid-open specification 2 259 348, for example. From the published patent application 2 108 615 is an air-cooled condensation device with a natural draft cooling belt known for steam power plants, in the foot area of the cooling tower along its Circumferential condensation elements are arranged. Further condensation elements are located on a concentric circle inside the cooling tower. It also belongs to the State of the art, one for dissipating the waste heat generated in industrial plants To use a cooling tower, which consists of a wet cooling part and a dry cooling part, the cooling air flows for the dry and wet cooling sections being parallel and separate introduced from each other and removed together after the heat exchange. A Such a cooling tower is known from Auslegeschrift 1 806 656. It is also proposed in the water circuit of the gas turbine set of a hole temperature reactor with the directly connected helium turbine, heat generated with the help of a drying tower to dissipate.

Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, die bekannten Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die Temperatur in dem Kühlwasserkreislauf einer Industrieanlage gesenkt und damit der Wirkungsgrad der Anlage erhöht werden kann.This prior art is based on the present invention, where it is based on the task of improving the known processes in such a way that that the temperature in the cooling water circuit of an industrial plant is lowered and so that the efficiency of the system can be increased.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Teil der Wärme des Kühlwasserkreislaufs mittels Friscliwasser abgeführt wird, das sekundärseitig durch einen in Strdmungsrichtung hinter dem Trockenkühlturm in den Kühlt wasserkreislauf geschalteten Wärmetauscher geleitet wird.According to the invention this object is achieved in that a part the heat of the cooling water circuit is dissipated by means of Friscli water, which is on the secondary side through a water circuit behind the dry cooling tower in the direction of flow switched heat exchanger is conducted.

In vielen Fällen wird es möglich sein, den Standort einer Industrieanlage, z.B. eines Hochtemperaturreaktors mit Heliumturbine, so zu wählen, daß Frischwasser wenigstens in kleinen Mengen zur Verfügung steht. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genügen bereits 10 bis 30 % der bei ausschließlicher Frischwasserkühlung benötigten Kühlwassermenge. Dieser Frischwasseranteil wird dazu benutzt, um die letzte Rückkühlung des in dem Kühlkreislauf strömenden Wassers in dem genannten Wärmetauscher vorzunehmen.In many cases it will be possible to locate an industrial plant, e.g. a high-temperature reactor with a helium turbine, to be selected so that fresh water is available at least in small quantities. To carry out the invention 10 to 30% of the process with only fresh water cooling are sufficient required amount of cooling water. This fresh water content is used to last recooling of the water flowing in the cooling circuit in said one Make heat exchanger.

So kann z.'B. durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Kernkraftwerk mit direkt angeschlossener Heliumturbine die Eintrittstemperatur des Heliums in den ersten und zweiten Verdichterteil (Nieder- und Hochdruckstufe des Verdichters) herabgesetzt werden, wodurch sich die Leistung des Gasturbosatzes um 1 bis 2 % steigern läßt.For example, by using the method according to the invention a nuclear power plant with a directly connected helium turbine is the inlet temperature of the helium in the first and second compressor part (low and high pressure stage of the compressor), which increases the performance of the gas turbine generator can be increased by 1 to 2%.

Eine Absenkung der Helium-Eintrittstemperaturen um beispielsweise 10° C führt bei einem Heliumturbosatz der 1000 MWe-Klasse zu einer Mehrleistung von mindestens 15 MWe der genannten Anlage. Damit ergibt sich eine Erhöhung des Wirkungsgrades um 1 bis 2 %.A lowering of the helium inlet temperatures by, for example 10 ° C leads to a higher output in a helium turbine generator of the 1000 MWe class of at least 15 MWe of the plant mentioned. This results in an increase in the Efficiency by 1 to 2%.

Es kann auch angebracht sein, die mögliche Wirkungsgrad-Steigerung nicht voll auszuschöpfen, sondern die mit der Anwendung der Erfindung verbundene Absenkung der Kühlwassertemperatur teilweise dazu zu benutzen, um die Größe des Trockenkühlturms und damit die Kosten für seine Erstellung zu reduzieren.It may also be appropriate to increase the possible efficiency not to fully exploit, but that associated with the application of the invention The lowering of the cooling water temperature can partly be used to increase the size of the Dry cooling tower and thus reduce the cost of its construction.

Wenn es erforderlich sein sollte, kann das Frischwasser auch über einen Naßkühlturm rückgekühlt werden, der zweckmäßigerweise mit dem größeren Trockenkühlturm kombiniert wird. Als Naßkühlturm kann ein Äblaufkühlturm oder ein Umlaufkühlturm verwendet werden. Letzterer kann bei Bedarf auch mit einem Gebläse ausgerüstet sein. Wie bereits erwähnt, ist die Kombination eines Trockenkühlturms mit einem Naßkuhlturm Stand der Technik Eine derartige Sühleinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine wesentlich geringere Schwadenbildung über dem Kühlturm auftritt.If necessary, the fresh water can also be used a wet cooling tower can be recooled, which is expediently connected to the larger dry cooling tower is combined. A drain cooling tower or a circulation cooling tower can be used as the wet cooling tower be used. The latter can if necessary also with a blower be equipped. As mentioned earlier, the combination is a dry cooling tower with a wet cooling tower prior art such a Sühleeinrichtung draws is characterized by the fact that there is much less plume formation over the cooling tower occurs.

Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhafterweise so ausgestaltet sein, daß der Naßkiihlturm koaxial oder annähernd koaxial in dem Trokkenkühlturm aufgestellt ist. Bei dieser Bauweise wird die Schwadenbildung selbst dann noch verhindert, wenn der über den Naßkühlturm abgeführte Anteil der in dem Kühlwasserkreislauf anfallenden Wärme größer ist als der über den Trockenkühlturm abgegebene Wärme-Anteil. Dies wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß die aus der oberen Mündung' des Naßhühlturmes austretenden Schwaden von einem aus dem Trockenkühlturm strömenden Schleier warmer Luft umgeben sind, wodurch die Bildung sichtbarer Kondensatwolken verhindert wird.A device for carrying out the method according to the invention can advantageously be designed so that the wet cooling tower is coaxial or is set up approximately coaxially in the dry cooling tower. With this construction the formation of steam is prevented even if the water removed via the wet cooling tower The proportion of heat generated in the cooling water circuit is greater than that above Share of heat given off by the dry cooling tower. This becomes particularly advantageous Way achieved in that the emerging from the upper mouth 'of the Naßhühlturmes Plumes surrounded by a veil of warm air flowing from the dry cooling tower preventing the formation of visible clouds of condensation.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt, und zwar wird der Kühlwasserkreislauf für eine mit einem Hochtemperaturreaktor gekoppelte Heliumturbine gezeigt.In the drawing is an embodiment of a device for Implementation of the method according to the invention shown schematically, namely is the cooling water circuit for a coupled with a high temperature reactor Helium turbine shown.

Die Figur läßt einen zylindrischen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, in dem ein graphitmoderierter, heliumgsekühlter Hochtemperaturreaktor 2 installiert ist. An den Hochtemperaturreaktor 2 ist eine einwellige Gasturbine 3 angeschlossen, die starr mit einem Generator 4 gekoppelt ist. Ein Verdichter, der aus einer Niederdruckstufe 5 und einer Hochdruckstufe 6 besteht, sitzt mit der Gasturbine 3 auf einer gemeinsamen Welle 7. Außer der Gasturbomaschine gehören zu dem Primärkreislauf des Hochtemperaturreaktors 2 noch ein Rekuperator 8, ein Vorkühler 9 und ein Zwischenküliler 10.The figure shows a cylindrical prestressed concrete pressure vessel 1, in which a graphite-moderated, helium-cooled high-temperature reactor 2 is installed is. A single-shaft gas turbine 3 is connected to the high-temperature reactor 2, which is rigidly coupled to a generator 4. A compressor that consists of a low pressure stage 5 and a high pressure stage 6 is seated with the gas turbine 3 on a common Shaft 7. In addition to the gas turbine engine, the primary circuit includes the high-temperature reactor 2 still a recuperator 8, a pre-cooler 9 and an intermediate cooler 10.

Ein als s geschlossener Kühlwasserkreislauf 11 ausgebildetes Riicküühlsystem hat die Aufgabe, die Verlustwärme der gesamten Kernkraftanlage über einen Trockenkühlturm 12 an die Atmosphäre abzuführen. Durch Pfeile 13 ist der Eintritt des Kühlluftstromes in den Trockenkühlturm 12 angedeutet. Zu dem Eühlwasserkreislauf 11 gehören die Sekundärseite des Vorkühlers 9 und des Zwischenkühlers 10; primärseitig werden die beiden Kühler von Helium durchströmt, das außen an den Kühlrohren entlanggeffihrt wird. Ferner ist in dem Kühlwasserkreislauf 11 noch eine Umwälzpumpe 14 angeordnet Hinter dem Trockenkühlturm 12 - in Richtung des strömenden Wassers gesehen - befindet sich in dem Kühlwasserkreislauf 11 ein Wärmetauscher 15, der sekundärseitig mit Prischwasser beaufschlagt wird. Das Frischwasser wird mittels einer Pumpe 16 einem Fluß 18 entnomnien. Zur Rückkühlung des Frischwassers ist ein als Ablaufkülilturm ausgebildeter Naßkülllturm 17 vorgesehen, der koaxial in dem Trockenlciilllturm 12 installiert ist. Die Zufuhr des Kühlluftstromes in den Naßkühlturm 17 erfolgt durch einen Kanal 19, in dem eine Drossel 20 angeordnet ist. Aus dem Naßkühlturm 17 wird das abgekühlte Frischwasser durch eine Leitung 21 dem Fluß 18 wieder zugeführt.A back cooling system designed as a closed cooling water circuit 11 has the task of reducing the heat loss of the entire nuclear power plant via a dry cooling tower 12 dissipate to the atmosphere. The entry of the cooling air flow is indicated by arrows 13 indicated in the dry cooling tower 12. The Eühlwasserkreislauf 11 includes the Secondary side of the pre-cooler 9 and the intercooler 10; on the primary side, the Helium flows through both coolers, which runs along the outside of the cooling tubes will. Furthermore, a circulating pump 14 is arranged in the cooling water circuit 11 Behind the dry cooling tower 12 - seen in the direction of the flowing water - is In the cooling water circuit 11, a heat exchanger 15, which is on the secondary side with Prischwasser is applied. The fresh water is by means of a pump 16 a River 18 drains. A drain cooling tower is used for recooling the fresh water trained Naßkülllturm 17 provided, the coaxially in the Trockenlciilllturm 12 is installed. The cooling air flow is fed into the wet cooling tower 17 through a channel 19 in which a throttle 20 is arranged. From the wet cooling tower 17, the cooled fresh water is fed back to the river 18 through a line 21.

Im Primarkreislauf des Hochteniperaturreaktors 2 wird das in dem Reaktorkern erhitzte Helium zunächst der Gasturbine 3 zugeleitet,. in der es sich entspannt. Darauf wird es zu dem Rekuperator 8 geführt, den es mantelseitig durchströmt. Dabei wird das Gas mit dem kalten, auf der Hochdruckseite des Rekuperators 8 strömenden Gas heruntergekühlt und gelangt zu dem Vorkühler 9, den es ebenfalls mantelseitig durchströmt. Hierbei wird das Helium auf die unterste Prozeßtemperatur rückgekühlt und anschließend der Niederdruckstufe 5 des Verdichters zugeführt. Nach einer ersten Verdichtung wird das Gas dem Zwischenkühler 10 mantelseitig zugeleitet und tritt darauf in die Hochdruckstufe 6 des Verdichters ein. Hier wird das Helium auf den maximalen Prozeßdruck angehoben. Sodann gelangt das Hochdruckgas zu dem Rekuperator 8 und wird dort auf dessen Rohrbündel verteilt. Nachdem es von der Niederdruckseite des Rekuperators 8 Wärme aufgenommen hat, wird das Hochdruckgas anschließend dem Kern des Hochtemperaturreaktors 2 wieder zugeführt.In the primary circuit of the high temperature reactor 2, this is in the reactor core heated helium first fed to the gas turbine 3. in which it relaxes. It is then led to the recuperator 8, through which it flows on the shell side. Included the gas is flowing with the cold one on the high pressure side of the recuperator 8 Gas is cooled down and reaches the pre-cooler 9, which is also on the shell side flows through. Here the helium is cooled back to the lowest process temperature and then fed to the low-pressure stage 5 of the compressor. After a first The gas is compressed to the intercooler 10 fed in on the shell side and then enters the high pressure stage 6 of the compressor. Here is the helium raised to the maximum process pressure. Then the high pressure gas arrives at the Recuperator 8 and is there distributed over its tube bundle. After it from the low pressure side of the recuperator 8 has absorbed heat, the high pressure gas is then the The core of the high-temperature reactor 2 is supplied again.

Wie bereits beschrieben, wird beim Durchströmen des Vorkühlers 9 und des Zwischenkühlers 10 die Temperatur des Heliums herabgesetzt, so daß das Gas mit der niedrigsten Prozeßtemperatur zunachst in die Niederdruck- und sodann in die Hochdruckstufe des Verdichters eintritt. Eine Absenkung der Helium-Eintrittstemperatur in die beiden Verdichterstufen 5 und 6 führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Gas turbe satzes und damit zu einer Mehrleistung der gesamten Anlage. Die ge-rünschte Temperatursenkung wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß dem in dem Kühlwasserkreislauf 11 strömenden Wasser nach Durchgang durch den Trockenkühlturm 12 in dem Wärmetauscher 15 weitere Wärme entzogen wird, ehe das Wasser wieder den Rohrbündeln des Vorkühlers 9 und des Zwischenkühlers 10 zugeleitet wird.As already described, when flowing through the precooler 9 and of the intercooler 10 lowered the temperature of the helium, so that the gas with the lowest process temperature first in the low pressure and then in the High pressure stage of the compressor occurs. A reduction in the helium inlet temperature in the two compressor stages 5 and 6 leads to an improvement in efficiency of the gas turbo rate and thus an increased performance of the entire system. The desired one Temperature reduction is achieved according to the invention in that the in the cooling water circuit 11 flowing water after passing through the dry cooling tower 12 in the heat exchanger 15 more heat is extracted before the water returns to the tube bundles of the pre-cooler 9 and the intercooler 10 is fed.

In dem Wärmetauscher 15 wird die restliche Wärme von dem aus dem Fluß 18 zugeführten Frischwasser aufgenommen, das nach Rückkühlung in dem Naßkühlturm 17 wieder in den Fluß 18 zurückkehrt.In the heat exchanger 15, the remaining heat is removed from the flow 18 added fresh water added, which after recooling in the wet cooling tower 17 returns to the river 18 again.

Ist die verfügbare Prisckfassermenge sehr klein, so wird das Kühlwasser im Umlaufverfahren über den Naßkühlturm geführt1 Frischwasser nur als Ersatz der Verdunstungsverluste zugesetzt.If the available quantity of barrel is very small, the cooling water will be circulating through the wet cooling tower1 fresh water only to replace the Added evaporation losses.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (3)

Patentansprüche i);Verfahren zum Abführen der im Kühlwasserkreislauf von Industrieanlagen, insbesondere Kernkraftwerken, anfallenden Wärme durch Kühlung des Wassers oder Dampfes in einem Trockenkühlturm, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wärme des Kühlwasserkreislaufs (11) mittels Frischwasser abgeführt wird, das sekundärseitig durch einen in Strömungsrichtung hinter dem Trockenkühlturm (12) in den Kühlwasserkreislauf (11) geschalteten Wärmetauscher (15) geleitet wird. Claims i); Method for removing the in the cooling water circuit from industrial plants, in particular nuclear power plants, heat generated by cooling of the water or steam in a dry cooling tower, characterized in that a Part of the heat of the cooling water circuit (11) is dissipated by means of fresh water, the secondary side by a downstream of the dry cooling tower (12) in the direction of flow in the cooling water circuit (11) connected heat exchanger (15) is passed. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetS daß das Frischwasser in einem Naßlxhlturm (17) rückgekühlt wird. 2) Method according to claim 1, characterized in that the fresh water is re-cooled in a Naßlxhlturm (17). 3) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Naßkühlturm (17) koaxial oder annähernd koaxial in dem Trockenkühlturm (12) installiert ist. 3) Device for performing the method according to the claims 1 and 2, characterized in that the wet cooling tower (17) is coaxial or approximately is installed coaxially in the dry cooling tower (12).
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