DE2640786A1 - Decay heat removal from pebble-bed nuclear reactor - uses auxiliary heat exchangers with gas flow reversed to natural convection - Google Patents
Decay heat removal from pebble-bed nuclear reactor - uses auxiliary heat exchangers with gas flow reversed to natural convectionInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Nachwärmeabfuhr aus einem Kernkraftwerk Process for the removal of residual heat from a nuclear power plant
und Kernkraftwerk zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachwärmeabfuhr aus einem Kernkraftwerk mit in einem Druckbehälter installierten Kernreaktor, bei dem der aus einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente gebildete Kern von einem aus Deckenreflektor, Bodenreflektor und zylindrischem Seitenreflektor bestehenden Reflektor umgeben ist und während des Normalbetriebs von oben nach unten von einem Kühlgas durchströmt wird, mit mehreren innerhalb des Druckbehälters angeordneten Hauptwärmetauschern und Hauptgebläsen, wobei jeder Hauptwärmetauscher durch einen Heißgaskanal und einen Kaltgaskanal mit dem Kernreaktor verbunden ist, und mit der einer Anzahl von Hilfswärmetauschern, die jeweils parallel zu den Hauptwnrmetaus chern installiert und durch eine aus ihrem unteren Bereich austretende GasSührung mit einem oder mehreren der Heißgaskanäle verbunden sind. and nuclear power plant for carrying out the method. The invention relates to a method for removing residual heat from a nuclear power plant in a pressure vessel installed nuclear reactor, which consists of a pile of spherical fuel elements Core formed from a ceiling reflector, floor reflector and cylindrical side reflector existing reflector is surrounded and during normal operation from top to bottom is flowed through by a cooling gas, with several arranged within the pressure vessel Main heat exchangers and main fans, each main heat exchanger through one Hot gas duct and a cold gas duct connected to the nuclear reactor is, and with that of a number of auxiliary heat exchangers, each parallel to the main heat exchangers chern installed and through a gas line emerging from its lower area are connected to one or more of the hot gas channels.
Bei dem eben beschriebenen Kernlcraftwerk mit einem sogenannten Kugelhaufenreaktor strömt das in den Kern eintretende Kühlgas im Normalbetrieb durch den Deckenreflektor in die Brennelementschüttung ein, durchströmt die Brennelelnentscllüttung in senkrechter Richtung und verläßt den Kern durch Bohrungen im Bodenreflektor. Über die Heißgaskanäle wird das Kühlgas zu den um den Kernreaktor herum angeordneten hauptwärmetauschern (Dampferzeugern) geführt, anschließend in den Hauptgeblasen verdichtet und über die Kaltgaskanäle zu dem Kernreaktor zurückgeleitet.In the nuclear craft plant just described with a so-called pebble bed reactor the cooling gas entering the core flows through the ceiling reflector during normal operation into the fuel element bed, the fuel element discharge flows through it in a vertical direction Direction and leaves the core through holes in the bottom reflector. Via the hot gas channels the cooling gas is sent to the main heat exchangers arranged around the nuclear reactor (Steam generators) out, then compressed in the main blower and over the cold gas ducts are returned to the nuclear reactor.
Es gehört zum Stand der Technik, Kernkraftwerke mit Kugelhaufenreaktoren größerer Leistung zur Abfuhr der Nachwärme mit Hilfswärmetauschern und Hilfsgebläsen auszurüsten. Durch Gasführungen sind die Hilfswärmetauscher jeweils mit den Heißgaskanälen und den Kaltgaskanälen bzw. dem Heißgas- und dem Kaltgassammelraum verbunden. Während des Normalbetriebes sind die Hilfswärmetauscher abgesperrt, beispielsweise durch schwerkraftbetätigte Drosselklappen an den Hilfsgebläsen, die einen geringen Rückstrom von kaltem Gas über die Hilfswärmetauscher zulassen. Heißes Gas kann daher durch freie Konvektion nicht in die Hilfswärmetauscher gelangen.It belongs to the state of the art, nuclear power plants with pebble bed reactors greater power for removing residual heat with auxiliary heat exchangers and auxiliary fans equip. The auxiliary heat exchangers are each connected to the hot gas ducts through gas ducts and connected to the cold gas ducts or the hot gas and the cold gas collecting chamber. While during normal operation, the auxiliary heat exchangers are shut off, for example by Gravity operated throttle valves on the auxiliary fans that have a low backflow allow cold gas through the auxiliary heat exchanger. Hot gas can therefore get through free convection cannot get into the auxiliary heat exchanger.
Im Notkühlbetrieb wird die Bronnelemontschüttung in normaler Strömungsrichtung-von oben nach unten durchströmt und das Kühlgas anschli-eßend durch die Heißgaskanäle zu den Hilfswärmeta-uschern und den Hilfsgebläsen geführt. Das in den Hilfsgebläsen verdichtete Kühlgas gelangt über die Kaltgaskanäle in den Kaltgasbereich des Kernreaktors und tritt durch den Deckenreflektor wieder in die Brennelementschüttung ein. Ein geringer Bypaß strömt über die Hauptwärmetauscher auf dem Wege über die llauptgebläse. Dieser Bypaß-Strom mischt sich unterhalb der Hilfswärmetauscher mit dem aus dem Reaktorkern kommenden Heißgasstrom. Die Größe dieses Rückstromes läßt sich durch Drosselorgane in oder an den Hauptgebläsen regulieren.In emergency cooling mode, the Bronnelemont bed is in the normal direction of flow-from flows through from top to bottom and the cooling gas then flows through the hot gas channels to the auxiliary heat exchangers and the auxiliary fans. That in the Auxiliary fans Compressed cooling gas enters the cold gas area of the nuclear reactor via the cold gas ducts and re-enters the fuel assembly through the ceiling reflector. A low bypass flows over the main heat exchanger on the way over the main fan. This bypass flow mixes below the auxiliary heat exchanger with that from the Reactor core coming hot gas stream. The size of this return flow can be determined Regulate throttling devices in or on the main fans.
Es sind jedoch auch Kernkraftwerke mit Kugelhaufenreaktoren bekannt, bei denen zur Abfuhr der Nachwärme keine Hilfskühleinrichtungen wie Hilfswärmetauscher und Hilfsgebläse erforderlich sind. Zu diesen Reaktoren gehört beispielsweise der Thorium-Hochtemperaturreaktor (THTR). Bei diesem Kernreaktor sind die Hauptwärmetauscher und Hauptgebläse sowie die sekundärseitigen Stränge und Komponenten derselben derart ausgebildet, daß die gesamte Nachwärme über die primärseitigen Betriebssysteme der Hauptwärmetauscher abgeführt wird. Der Strömungsverlauf des Kühlgases durch den Reaktorkern und die Hauptwärmetauscher im Notkühlbetrieb gleicht in diesem Falle dem Strömungsverlauf im Normalbetrieb.However, nuclear power plants with pebble bed reactors are also known, where no auxiliary cooling devices such as auxiliary heat exchangers are used to remove residual heat and auxiliary fan are required. These reactors include, for example, the Thorium high temperature reactor (THTR). In this nuclear reactor, the main heat exchangers are and main fan and the secondary-side branches and components thereof in this way designed that the entire residual heat on the primary operating systems of the Main heat exchanger is discharged. The flow of the cooling gas through the The reactor core and the main heat exchanger in emergency cooling mode are the same in this case the flow course in normal operation.
Nachteilig bei den bekannten Verfahren zur Nachwärmeabfuhr ist, daß zur gesicherten Nachwärmeabfuhr die Hilfs- oder Hauptgebläse jederzeit funktionsbereit sein müssen, da deren Ausfall zu einem Stagnieren der Kühlgasströmung im Kreislauf führt und anschließend mit einer Strömungsumkehr auf Grund freier Konvektion zu rechnen ist. Prinzipiell wäre es denkbar, bei den genannten Kernreaktoranlagen eine Umkehr der Strömung zuzulassen, wenn auch der Kaltgasbereich auf hohe Temperaturen ausgelegt wird, so daß durch freie Konvektion aufsteigendes Heißgas weder den Deckenreflektor noch den Kaltgasraum über diesem gefährden kann. Eine solche Maßnallme ist jedoch sehr kostenintensiv und unwirtschaftlich.The disadvantage of the known methods for removing residual heat is that the auxiliary or main fan is always ready for operation to ensure residual heat dissipation must be, since their failure to a stagnation of the cooling gas flow in the circuit leads and then with a flow reversal due to free convection is to count. In principle, it would be conceivable to use a Allow reversal of the flow, albeit the cold gas range to high temperatures is designed so that by free convection rising hot gas cannot endanger the ceiling reflector or the cold gas space above it. One However, such measures are very costly and uneconomical.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die 5 strömung schon im Normalbetrieb in umgekehrter Richtnug verlaufen zu lassen; d.h. das Kühlgas wird von unten nach oben durch den Reaktorkern geführt, so daß zwangsläufig der Deckenrefloktor und der sich daran anschließende Bereich für IIeißgastemperaturen auszulegen sind; der untere Kernberoic1i llingegen ist dann nur auf Kaltgastemperaturen auszulegen.Another possibility is to have the 5 flow already in normal operation to run in the opposite direction; i.e. the cooling gas is directed from below up through the reactor core, so that inevitably the ceiling reflector and the adjoining area must be designed for hot gas temperatures; the Lower core areas are then only to be designed for cold gas temperatures.
Diese Alternative ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß die kugelförmigen Brennelemente sich im Gas strom abheben, wodurch die Brennelementschüttung aufgewirbelt wird.However, this alternative has the disadvantage that the spherical Fuel assemblies stand out in the gas stream, causing the fuel assembly to whirl up will.
Dies führt dazu, daß die Leistungsdichte des Reaktorkerns auf Werte uin etwa 5 MW/m3 reduziert werden muß.This leads to the power density of the reactor core on values u must be reduced to about 5 MW / m3.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Nachwärmeabfuhr aus dem eingangs beschriebenen Krenkraftwerk anzugeben, das unabhängig von Hilfs- und Jlauptgebläsen arbeitet und eine höhere thermische Belastuiig der Reaktoreinbauten und Komponenten im Notkiilllfall gegenüber dem Normalbetrieb ausschließt.The object of the present invention is to provide a method for removing residual heat from the power plant described above, which is independent of auxiliary and main blower works and a higher thermal load on the reactor internals and excludes components in the event of an emergency compared to normal operation.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Nacllw irmeabfullr durch freie Konvektion des Kühlgases über die Hilfswärmetauscher erfolgt, wobei das Kühlgas durch Herstellung einer bei Normalbetrieb unterbroc1ienen Verbindung zwischen dem Raum oberhalb der Brennelementschüttung und dem oberen Bereich jedes Hilfswärmetauschers den Hilfswärmetauschern unmittelbar zugeleitet wird.This object is achieved according to the invention in that the Nacllw irmeabfullr takes place through free convection of the cooling gas via the auxiliary heat exchanger, wherein the cooling gas by establishing a connection interrupted during normal operation between the space above the fuel bundle and the upper area of each Auxiliary heat exchanger is fed directly to the auxiliary heat exchangers.
Das infolge der Strömungsumkehr im Notkülllfall oben aus dein Reaktorkern austretende heiße Gas wird also direkt den Hilfswärmetauschern zugeleitet, d.h. es strömt durch eine gesonderte Gasführung, so daß es bei Eintritt des Notfalls nicht in den Kaltgaskanal gelangt. Nachdem das abgelcühlte Gas die Hilfswärmetauscher durchströmt hat, tritt es in die Heißgaskanäle ein und gelangt in diesen zurück zum Reaktorkern. Dieser Kühlgasstrom stellt sich auf Grund der vorhandenen Temperaturdifferenzen zwischen dem Reaktorkern und den Hilfswärmetauschern selbsttätig ein, so daß Hilfsgebläse nicht mehr erforderlich sind. Der Konvektionsstrom erreicht einen Wert von etwa 3 bis 4 des normalen Gasdurchsatzes. Damit wird nach relativ kurzer Zeit (wenigen Minuten) ein Gleichgewicht zwischen Wärmeproduktion und Wärmeabfuhr erreicht, so daß die maximalen Brennelementtemperaturen im Reaktorkern sinken. Auf Grund der Strömungsumkehr steigt die Temperatur des Gases im oberen Kernbereich von anfänglich etwa 400°C innerhalb von einer Stunde auf etwa 800°C, während im unteren Kernbereich die Gastemperatur kontinuierlich von ihrem Maximalwert absinkt und nach einer Stunde bereits unter 4000C liegt. Nach einer Stunde beginnen auch die Temperaturen des aus dem Kern austretenden Gases zu sinken; nach einer weiteren Stunde haben sie etwa 6000C erreicht, und nach drei Stunden liegen sie bei etwa 5000C. Mit der Reduktion der Gastemperatur im Reaktorkern erfolgt gleichzeitig eine Herabsetzung des Kühlgasstromes auf etwa 3. ( Die genannten Daten beziehen sich auf eine Reaktorauslegung analog dem oben erwähnten THTR-Kernkraftwerk) Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten Verfahren aus. So haben die Gebläse, ob es sich nun um Hilfs- oder Hauptgebläse handelt, keine sicherheitstechnische Bedeutung mehr, da dem Verfahren eine sichere Nachwärmeabfuhr inhärent ist. Die Hilfsgebläse können überdies eingespart und die Zuverlässigkeitsanforderungen und Redundanzen für die Nachwrmeabfuhr reduziert werden. Der Kaltgasbereich und der Deckenreflektor werden nicht von heißem Gas durchströmt. Die Hilfswärmetauscher werden zunächst ebenfalls nicht mit heißem Gas beaufschlagt, da der obere Teil der Brennelementschüttung einen rekuperativen Effekt besitzt; d.h.That as a result of the flow reversal in an emergency from the top of your reactor core Exiting hot gas is therefore directly the Auxiliary heat exchangers, i.e. it flows through a separate gas duct, so that in the event of an emergency does not get into the cold gas duct. After the cooled gas the auxiliary heat exchanger has flowed through, it enters the hot gas ducts and returns to them to the reactor core. This cooling gas flow arises due to the existing temperature differences between the reactor core and the auxiliary heat exchangers automatically, so that auxiliary fans are no longer required. The convection current reaches a value of approx 3 to 4 of the normal gas flow. After a relatively short time (few Minutes) an equilibrium between heat production and heat dissipation is reached, so that the maximum fuel element temperatures in the reactor core decrease. Due to the Reversal of flow increases the temperature of the gas in the upper core area from the beginning about 400 ° C within one hour to about 800 ° C, while in the lower core area the gas temperature drops continuously from its maximum value and after one hour is already below 4000C. After an hour, the temperatures of the will also start of the gas emerging from the core to sink; after another hour they have reaches around 6000C, and after three hours it is around 5000C. With the reduction At the same time, the gas temperature in the reactor core is reduced in the cooling gas flow to around 3. (The data given relate to an analog reactor design the above-mentioned THTR nuclear power plant) The inventive method has a A number of advantages over the known processes. So have the fans whether it is an auxiliary or main fan, no safety-related one Importance more because of the procedure safe residual heat dissipation inherent is. The auxiliary fan can also be saved and the reliability requirements and redundancies for after-heat removal can be reduced. The cold gas area and hot gas does not flow through the ceiling reflector. The auxiliary heat exchangers are also not initially exposed to hot gas, since the upper part of the The bulk fuel element has a recuperative effect; i.e.
er reduziert anfangs die Temperatur des aufsteigenden Gases auf die Temperatur der oberen Brennelementreihen, also etwa auf Kaltgastemperatur. Damit werden Temperaturschocks an den Hilfswärmetauschern vermieden.it initially reduces the temperature of the rising gas to that Temperature of the upper rows of fuel elements, i.e. roughly the temperature of the cold gas. In order to temperature shocks on the auxiliary heat exchangers are avoided.
Aus der britischen Patentschrift 1,022,003 ist es zwar bekannt, in einem Notkühlfall auf die Arbeit der Gebläse (in diesem Falle der Hauptgebläse) zu verzichten und die Nachwärme mittels freier Konvektion abzuführen. Eine Umkehr der Strömungsrichtung in dem Reaktorkern findet jedoch nicht statt. Es handelt sich hier um einen Kernreaktor, der bereits im Normalbetrieb die freie Konvektion zur Wärmeabführung mit ausnutzt. Das Kühlgas wird von unten nach oben durch den Wärmetauscher und- anschließend von oben nach unten durch einen zu dem Wärmetauscher parallel angeordneten Kanal geführt. Dieser Kanal übt einen "Schornstein"-Effekt aus und verstärkt die freie Konvektion, wodurch die Leistung des Gebläses für den Normalbetrieb niedriger ausgelegt werden kann. Der Reaktorkern weist eine Rand- und eine Zentralzone auf, wobei erstere von unten nach oben und die zweite von oben nach -unten vom Kühlgas durchströmt wird. Der Kern wird nicht von einer Brennelementschüttung gebildet, sondern ist aus einer Anzahl von Brennstäben aufgebaut. Ein Abheben von Brennelementen unter Einwirkung des nach oben strömenden Kühlgases ist hier also nicht möglich.From British patent specification 1,022,003 it is known in an emergency cooling case on the work of the fans (in this case the main fan) to do without and to dissipate the residual heat by means of free convection. A reversal however, the direction of flow in the reactor core does not take place. It is about here about a nuclear reactor that is already in normal operation for free convection Heat dissipation is also used. The cooling gas is from the bottom up through the heat exchanger and then from top to bottom through a parallel to the heat exchanger arranged channel out. This channel exerts a "chimney" effect and enhances free convection, thereby increasing the performance of the blower for normal operation can be interpreted lower. The reactor core has an edge and a central zone on, the former from bottom to top and the second from top to bottom from the cooling gas is flowed through. The core is not formed by a bulk fuel element, but is made up of a number of fuel rods. A lift-off of fuel assemblies under The effect of the cooling gas flowing upwards is here not possible.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung stellt sich parallel zu dem Hauptkühlgasstrom durch die Hilfswärmetauscher ein Bypaß-Strom ein, der durch die Hauptwärmetauscher und die Hauptgebläse fließt. Dieser Bypaß-Strom ergibt sich auf Grund der unterschiedlichen Temperaturen in den Hauptwärmetauschern und Hilfswärmetauschern unmittelbar nach der Abschaltung des Kernreaktors. Hierbei wird davon ausgegangen, daß zu diesem Zeitpunkt die Hauptwärmetauscher nicht mehr mit Kühlwasser gespeist werden, so daß ihre mittlere Temperatur von etwa 350 bis 4000C erhalten bleibt, während die Hilfswärmetauscher im Warmwasserbetrieb mit etwa 80 bis 90 C betrieben werden. Diese Temperaturdifferenz bewirkt einen Auftrieb in den Hauptwärmetauschern, so daß sich ein Gasstrom mit Temperaturen von 350 bis 4000C durch die Hauptwärmetauscher einstellt. Dieser Bypaß-Strom fließt über die Hauptgebläse und die Kaltgaskanäle in den Kaltgasbereich oberhalb des Deckenreflektors, durchströmt diesen von oben nach unten (also in normaler Strömungsrichtung) und vermischt sich oberhalb der Brennelementschüttung mit dem aus der Schüttung aufsteigenden Heißgasstrom. Gemeinsam mit diesem wird er sodann den Hilfswärmetauschern zugeführt. Der Kaltgasbereich und der Deckenreflektor werden also weiterhin von Kaltgas durchströmt. Sie brauchen daher nicht für höhere Temperaturen ausgelegt zu werden.In the method according to the invention arises in parallel to that Main cooling gas flow through the auxiliary heat exchanger, a bypass flow through the Main heat exchanger and main fan flows. This bypass flow arises on Reason for the different temperatures in the main heat exchangers and auxiliary heat exchangers immediately after the shutdown of the nuclear reactor. It is assumed that that at this point in time the main heat exchanger is no longer fed with cooling water so that their mean temperature of about 350 to 4000C is maintained, while the auxiliary heat exchangers operated at around 80 to 90 C in hot water mode will. This temperature difference causes a buoyancy in the main heat exchangers, so that a gas flow with temperatures of 350 to 4000C through the main heat exchanger adjusts. This bypass flow flows through the main fan and the cold gas ducts in the cold gas area above the ceiling reflector, flows through it from above downwards (i.e. in the normal direction of flow) and mixes above the Fuel element bed with the hot gas flow rising from the bed. Together with this it is then fed to the auxiliary heat exchangers. The cold gas area and the ceiling reflector continue to be flowed through by cold gas. You need therefore not to be designed for higher temperatures.
Vorteilhafterweise wird die Größe des Bypaß-Stromes reguliert, was durch Verstellen der Regelorgane in den Hauptgebläsen geschehen kann. Ein Nichtbetätigen dieser Regelorgane hat sicherheitstechnis ch jedoch keine Bedeutung.Advantageously, the size of the bypass flow is regulated, what can be done by adjusting the control elements in the main fans. A non-operation However, these regulating bodies have no relevance to safety engineering.
Durch deh Bypaß-Strom wird eine allmähliche Abkühlung der Hauptwärmetauscher erreicht, wodurch dieser Bypaß-Strom im Laufe der Zeit geringer wird. Berechnungen haben ergeben, daß die Auskühlung der Hauptwärmetauscher mehrere Stunden beträgt; d.h. bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Kerntemperaturen bis auf etwa 300 bis 4000C abgesunken sind, reicht die Auftriebswirkung aus, um den Kaltgasbereich ausreichend zu schützen.The bypass flow gradually cools the main heat exchanger achieved, whereby this bypass flow in the Less over time will. Calculations have shown that the cooling of the main heat exchanger several Hours is; i.e. until the point in time when the core temperatures are down to about 300 to 4000C have fallen, the buoyancy effect is sufficient to reach the cold gas range to protect adequately.
Die langfristige Nachwärmeabfuhr kann durch Einzelbetrieb der Hilfswärmetauscher oder Hauptwärmetauscher - ebenfalls durch freie Konvektion - erfolgen, oder es kann jeweils ein liilfswärmetauscher parallel mit einem Hauptwärmetauscher betrieben werden.Long-term residual heat removal can be achieved through individual operation of the auxiliary heat exchangers or main heat exchanger - also by free convection - take place, or it can one auxiliary heat exchanger each operated in parallel with a main heat exchanger will.
Eine weitere Möglichkeit zur langfristigen Wärmeabfuhr besteht darin, mittels der Hauptgebläse den Kühlgasumlauf wieder in normale Strömungsrichtung einzustellen und die Nachwärme entweder über die Hilfswärmetauscher oder die Hauptwärmetauscher abzuführen.Another possibility for long-term heat dissipation is to set the cooling gas circulation in the normal flow direction again by means of the main fan and the residual heat either via the auxiliary heat exchangers or the main heat exchangers to dissipate.
Ein Kernkraftwerk zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dadurch gekennzeichnet sein, daß jeder Hilfswärmetauscher an eine in seinem oberen Bereich einmündende horizontale Gasführung angeschlossen ist, daß in dem Seitenreflektor oberhalb der Brennelementschüttung eine der Anzahl der Hilfswärmetauscher entsprechende Zahl von mehrere Schlitze aufweisenden Durchtrittsstellen für das Kühlgas vorgesehen ist, wobei jede Durchtrittsstelle an eine der horizontalen Gas führungen angeschlossen ist, und daß jeder horizontalen Gasführung eine bei Normalbetrieb geschlossene Absperrarmatur installiert ist.A nuclear power plant for carrying out the method according to the invention can be characterized in that each auxiliary heat exchanger to one in his upper area opening horizontal gas guide is connected that in the Side reflector above the fuel assembly one of the number of auxiliary heat exchangers corresponding number of multiple slots having passage points for the Cooling gas is provided, with each passage point to one of the horizontal gas guides is connected, and that each horizontal gas guide one during normal operation closed shut-off valve is installed.
Im Notkühlfall werden die Absperrarmaturen in den horizontalen Gasführungen geöffnet, und auf Grund der sich im Kernbereich einstellenden freien Konvektion strömt das Kühlgas nach oben und gelangt durch die Durchtrittsstellen in dem Seitenreflektor in die horizontalen Gasführungen. In diesen wird es zu den Hilfswärmetauschern weitergeleitet, in die es von oben eintritt. Nach Durchgang durch die Hilfswärmetauscher wird das abgekühlte Gas durch die Heißgaskanäle und den Bodenreflektor zum Reaktorkern zurückgeführt, in dem es wieder nach oben strömt.In the case of emergency cooling, the shut-off valves are in the horizontal gas ducts open, and due to the core area hiring Free convection, the cooling gas flows upwards and passes through the passages in the side reflector in the horizontal gas ducts. In these it becomes the Auxiliary heat exchangers, which it enters from above. After passage the cooled gas is passed through the hot gas ducts and through the auxiliary heat exchanger the bottom reflector is fed back to the reactor core, where it flows back upwards.
Als Absperrarmaturen kommen selbsttätige Absperrklappen in Betracht, die im Normalbetrieb auf Grund der vorhandenen Druckdifferenzen geschlossen sind und bei Auslaufen der Hauptgebläse federbetätigt öffnen.Automatic shut-off valves come into consideration as shut-off valves, which are closed in normal operation due to the existing pressure differences and open with spring actuation when the main fan stops.
Es können aber auch Absperrarmaturen verwendet werden, die von außen gesteuert werden. Gegebenenfalls können diese auch ausfallsicher (fail-safe) ausgeführt sein.But shut-off valves can also be used, which come from the outside being controlled. If necessary, these can also be designed to be fail-safe be.
Während des Normalbetriebs stellen die Absperrarmaturen einen hinreichend kleinen Rückstrom des Kühlgases über die Hilfswärmetauscher und die Durchtrittsstellen in dem Seitenreflektor zum Reaktorkern sicher.During normal operation, the shut-off valves provide sufficient relief small return flow of the cooling gas via the auxiliary heat exchanger and the passage points in the side reflector to the reactor core safely.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Kernkraftwerks zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt, und zwar zeigen die Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das Kernkraftwerk mit dem bei Normalbetrieb vorhandenen Strömungsverlauf und die Fig. 2 den gleichen Schnitt mit dem im Notkühlfall vorhandenen Strömungsverlauf des Kühlgases.In the drawing, an embodiment of the nuclear power plant is for Implementation of the method according to the invention shown schematically, namely Fig. 1 shows a vertical section through the nuclear power plant with the normal operation existing flow course and FIG. 2 shows the same section with that in the case of emergency cooling existing flow path of the cooling gas.
Die Fig. 1 läßt ein Kernkraftwerk mit einem Kernreaktor 1 größerer Leistung erkennen, dessen Kern aus einer Schüttung 2 von kugelförmigen Brennelementen 3 besteht. Die Schüttung 2 ist von einem Deckenreflektor 4, einem Bodenreflektor 5 und einem zylindrischen Seitenreflektor 6 umgeben. Decken- und Bodenreflektor besitzen Durchgänge für das Kühlgas, das in der durch Pfeile angegebenen Richtung, also von oben nach unten, durch die Brennelementschüttung 2 strömt. In der Mitte des Bodenreflektors 5 befindet sich ein Abzugsrohr 7 für die Brennelemente (die Beladerohre sind nicht dargestellt). In dem Teil des Seitenreflektors 6, der den Raum 8 oberhalb der Brennelementschüttung 2 umgibt, ist eine Anzahl von Durchtrittsstellen 9 für das Kühlgas vorgesehen, die je eine Reihe von Schlitzen 10 aufweisen.Fig. 1 leaves a nuclear power plant with a nuclear reactor 1 larger Recognize power, the core of which consists of a bed 2 of spherical fuel elements 3 exists. The bed 2 is from a ceiling reflector 4, a floor reflector 5 and a cylindrical side reflector 6 surrounded. Ceiling and floor reflector have passages for the cooling gas flowing in the direction indicated by the arrows, that is, from top to bottom, through the fuel assembly 2 flows. In the middle of the bottom reflector 5 is a flue pipe 7 for the fuel assemblies (the Loading pipes are not shown). In the part of the side reflector 6 that the Surrounding space 8 above the fuel element bed 2 is a number of passage points 9 provided for the cooling gas, each having a row of slots 10.
Der Kernreaktor 1 befindet sich innerhalb eines Spannbetondruckbehälters 11, : dem auch mehrere Hauptwirmetauscher (Dampferzeuger) 12 installiert sind, die auf einem Teilkreis urn den Kernreaktor 1 herum angeordnet sind. Jeder Hauptwärmetauscher 12 ist durch zwei Gasführungen, den Heißgaskanal 13 und den Kaltgaskanal 14, mit dem Kernreaktor 1 verbunden. Die Zuführung des Speisewassers und die Abführung des erzeugten Dampfes erfolgt jeweils durch Leitungen 15 und 16, die durch die Druckbohälterwandung führen.The nuclear reactor 1 is located inside a prestressed concrete pressure vessel 11,: several main heat exchangers (steam generators) 12 are installed, the are arranged on a pitch circle around the nuclear reactor 1. Any main heat exchanger 12 is through two gas ducts, the hot gas duct 13 and the cold gas duct 14, with connected to the nuclear reactor 1. The supply of the feed water and the discharge of the generated steam takes place in each case through lines 15 and 16, which through the Druckbohältwandung to lead.
In jedem Kaltgaskanal 14 ist ein Hauptgebläse 17 für das Kühlwasser vorgesehen, das unmittelbar hinter dem Hauptwärmetauscher installiert ist. In der Zeichnung ist nur einer der Hauptwärmetauscher mit den beiden zugehörigen Gaskanälen dargestellt, und in der weiteren Beschreibung wird nur noch auf den Kreislauf durch diesen einen Hauptwärmetauscher Bezug genommen.In each cold gas duct 14 there is a main fan 17 for the cooling water provided, which is installed immediately after the main heat exchanger. In the The drawing is only one of the main heat exchangers with the two associated gas channels shown, and in the further description is only on the circuit through referred to this one main heat exchanger.
Parallel zum Hauptwärmetauscher 12 und dem Kernreaktor 1 ist ein Hilfswärmetauscher 18 angeordnet, der durch eine vertikale Gasführung 19 mit dem Heißgaskanal 13 verbunden ist. Zwei Leitungen 20 und 21 dienen der Zuführung und Abführung des Speisewassers. Aus dem oberen Bereich 22 des Hilfswärmetauschers 18 tritt eine horizontale Gasführung 23 aus, die zu einer der Durchtrittsstellen 9 in dem Seitenreflektor führt. Über die Schlitze 10 in dieser Durchtrittsstelle ist der Hilfswärmetauscher 18 somit mit dem Raum 8 über der Brennelementschüttung 2 verbunden. Hinter der Durchtrittsstelle 9 befindet sich in der horizontalen Gasführung 23 eine Absperrarmatur 24, die entweder als selbsttätige Absperrklappe ausgebildet oder von außen steuerbar ist. In der Fig. 1, die den Strömungsverlauf des Kühlgases bei Normalbetrieb zeigt, ist die horizontale Gasführung 23 abgesperrt; d.h. die Absperrarmatur 24 ist geschlossen.In parallel with the main heat exchanger 12 and the nuclear reactor 1 is an auxiliary heat exchanger 18, which is connected to the hot gas duct 13 by a vertical gas duct 19 is. Two lines 20 and 21 serve to supply and discharge the feed water. A horizontal gas guide emerges from the upper region 22 of the auxiliary heat exchanger 18 23, which leads to one of the passage points 9 in the side reflector. Above The auxiliary heat exchanger 18 is thus the slots 10 in this passage point connected to the space 8 above the fuel element bed 2. Behind the entry point 9 there is a shut-off valve 24 in the horizontal gas duct 23, which either designed as an automatic shut-off valve or controllable from the outside. In the Fig. 1, which shows the flow profile of the cooling gas during normal operation, is the horizontal gas guide 23 shut off; i.e. the shut-off valve 24 is closed.
Das von oben durch den Deckenreflektor 4 eintretende kalte Kühlgas strömt senkrecht nach unten durch die Brennelementschüttung 2 und verläßt den Reaktorkern durch den Bodenreflektor 5. In dem Heißgaskanal 13 wird das Gas zu dem Hauptwärmetauscher 12 geführt, den es von unten nach oben durchströmt. Nach Verdichtung in dem Hauptgebläse 17 gelangt das abgekühlte Gas über den Kaltgaskanal 14 wieder in den Kaltgasbereich oberhalb des Deckenreflektors 4. Durch den Hilfswärmetauscher 18 und die Absperrarmatur 24 ist nun ein sehr geringer Bypaß-Strom zu dem Reaktorkern möglich.The cold cooling gas entering from above through the ceiling reflector 4 flows vertically downwards through the fuel element bed 2 and leaves the reactor core through the bottom reflector 5. In the hot gas duct 13, the gas becomes the main heat exchanger 12 out, which it flows through from bottom to top. After compression in the main fan 17, the cooled gas returns to the cold gas area via the cold gas duct 14 above the ceiling reflector 4. Through the auxiliary heat exchanger 18 and the shut-off valve 24 a very small bypass flow to the reactor core is now possible.
In der Fig. 2 sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in der Fig. 1. Der Kernreaktor 1 ist hier jedoch nicht im Normalbetrieb, sondern im Notkühlfall dargestellt. Nach dem erfindungsgemEißen Verfahren erfolgt die Nachwärmeabfuhr durch freie Konvektion, d.h. es findet in der Brennelementschüttung nach dem Ausfall des Hauptgebläses 17 eine Strömungsumkehr des Kühlgases statt, die zur Nachwärmeabfuhr ausgenutzt wird. Um eine thermische Überbeanspruchung des Deckenreflektors 4 und des Kaltgasbereichs zu verhindern, wird die Absperrarmatur 24 in der horizontalen Gasführung 23 geöffnet. Das aus der Brennelementschüttung 2 aufsteigende heiße Gas strömt durch die Schlitze 10 in den Durchtrittsstellen 9 und durch die horizontale Gasführung 23 zu dem Hilfswärmetauscher 18. Anschließend gelangt es durch den Heißgaskanal 13 und den Bodenreflektor 5 in den Reaktorkern zurück. Dieser Kühlgasstrom stellt sich auf Grund der zwischen der Breniielementschüttung 2 und dem Hilfswärmetauscher 18 vorhandenen Temperaturdifferenz selbsttätig ein. Parallel zu diesem Hauptkühlgasstrom ergibt sich ein Bypaß-Strom durch den Hauptwärmetauscher 12 und das Hauptgebläse 17 ( durch gestrichelte Pfeile dargestellt), der sich auf Grund der unterschiedlichen Temperaturen in dem Hauptwärmetauscher 12 und dem Hilfswärmetauscher 18 unmittelbar nach der Abschaltung des Kernreaktors 1 herausbildet. Der Bypaß-Strom fließt über das Hauptgebläse 17 und den Kaltgaskanal 14 in den Kaltgasbereich oberhalb des Dekkenreflektors 4, durchströmt letzteren in normaler Strömungsrichtung, also von oben nach unten, und mischt sich mit dem aus der Brennelementschüttung 2 aufsteigenden lIeißgas. Der Deckenreflektor 4 und der Kaltgasbereich sind also vor einer thermischen Überbeanspruchullg geschützt. Der gesamte Gasstrom tritt sodann wieder durch die Schlitze 10 in dem Seitenreflektor 6 aus dem Reaktorkern aus.In FIG. 2, the same components are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1. However, the nuclear reactor 1 is not in normal operation here, but in case of emergency shown. According to the method of the invention the residual heat is removed by free convection, i.e. it takes place in the fuel element bed after the failure of the main fan 17, a flow reversal of the cooling gas takes place, which is used for residual heat removal. In order to avoid thermal overloading of the To prevent ceiling reflector 4 and the cold gas area, the shut-off valve 24 open in the horizontal gas guide 23. That from the spent fuel 2 rising hot gas flows through the slots 10 in the passage points 9 and through the horizontal gas guide 23 to the auxiliary heat exchanger 18. Then it passes through the hot gas duct 13 and the bottom reflector 5 into the reactor core return. This cooling gas flow arises due to the between the fuel element bed 2 and the auxiliary heat exchanger 18 existing temperature difference automatically. In parallel with this main cooling gas flow, there is a bypass flow through the main heat exchanger 12 and the main fan 17 (shown by dashed arrows), which is on Reason for the different temperatures in the main heat exchanger 12 and the auxiliary heat exchanger 18 forms immediately after the shutdown of the nuclear reactor 1. The bypass flow flows via the main fan 17 and the cold gas duct 14 into the cold gas area above of the ceiling reflector 4, flows through the latter in the normal direction of flow, ie from top to bottom, and mixes with the rising from the fuel assembly 2 lIissgas. The ceiling reflector 4 and the cold gas area are therefore in front of a thermal Overuse protected. The entire gas flow then passes through the Slots 10 in the side reflector 6 from the reactor core.
Claims (7)
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| DE19762640786 DE2640786A1 (en) | 1976-09-10 | 1976-09-10 | Decay heat removal from pebble-bed nuclear reactor - uses auxiliary heat exchangers with gas flow reversed to natural convection |
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