DE2644196A1 - STEAM GENERATOR - Google Patents
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- F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. FinckePatent attorneys Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke
Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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GENERAL ATOMIC COMPANY, 10955 John Jay Hopkins Drive, San Diego, California (U.S.A. )GENERAL ATOMIC COMPANY, 10955 John Jay Hopkins Drive, San Diego, California (U.S.A.)
DampferzeugerSteam generator
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, wie er in Verbindung mit der Erzeugung von Dampf zum Antrieb von Dampfturbinen verwendet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Dampferzeuger, der speziell für die Verwendung in Verbindung mit einem gasgekühlten Kernreaktor in einer Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie geeignet ist.The invention relates to a steam generator as used in connection with the generation of steam for driving Steam turbines is used. In particular, the invention relates to a steam generator specifically designed for use in connection with a gas-cooled nuclear reactor in a plant for the generation of electrical energy is suitable.
Seit dem Auftreten von Leistungs-Kernreaktoren sind wesentliche Schritte in Richtung auf eine leistungsfähige und ökonomische Erzeugung von elektrischer Leistung aus Wärmeenergie, die von diesen Reaktoren abgeleitet bzw. erzeugt worden ist, unternommen worden. Ein wichtiger Faktor zum Erreichen dieses Ziels ist der Betrieb derartiger Reaktoren bei Temperaturen, die genügend hoch sind, um eine direkte Erzeugung von Dampf mit Temperaturen und Drucken zu ermöglichen, welche für den Betrieb von Dampfturbinen mit hoher Leistungsfähigkeit bzw. hohem Wirkungsgrad geeignet sind. In diesem Zusammenhang haj: die gegenwärtige Reaktortechnologie zu der Entwicklung von gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren geführt, die, wenn sie in Verbindung mit einem geeigneten Dampfturbinen-Since the emergence of power nuclear reactors are essential steps towards efficient and economic generation of electrical power from thermal energy derived from or generated by these reactors has been undertaken. An important factor in achieving this goal is the operation of such reactors at Temperatures high enough to allow direct generation of steam at temperatures and pressures, which are suitable for the operation of steam turbines with high performance or high efficiency. In this Connection haj: the current reactor technology to the Development of gas-cooled high-temperature reactors which, when used in conjunction with a suitable steam turbine
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system angewandt werden, die Fähigkeit haben, elektrische Leistung in einer Menge und bei solchen Kosten zu erzeugen, wie es den Erfordernissen der industriellen Brauchbarkeit bzw. Nützlichkeit entspricht.system having the ability to generate electrical power in an amount and at such cost as it corresponds to the requirements of industrial utility.
Allgemein ist der Reaktor bei Kernkraftanlagen, in denen gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren vorgesehen sind, in einem Druckbehälter eingeschlossen, durch den ein Kühlgas, wie z.B. Helium oder Kohlendioxid, umgewälzt wird, so daß es die von dem Reaktor freigesetzte Wärmeenergie abführt. Der Dampf für den Betrieb der Turbinen wird normalerweise durch Wärmeübertragung vom Kühlmittel zum Strömungsmittel eines Wasser/ Dampf-Systems erhalten. Konventionellerweise wird diese Wärmeübertragung in einem Dampferzeuger vorgenommen, in dem von dem Reaktor abgeführte Wärmeenergie zum Erzeugen von überhitztem Dampf benutzt wird.In general, the reactor is in nuclear power plants in which gas-cooled high-temperature reactors are provided a pressure vessel enclosed through which a cooling gas, such as e.g. helium or carbon dioxide, is circulated so that it dissipates the thermal energy released by the reactor. The steam for the operation of the turbines is normally by heat transfer from the coolant to the fluid of a water / Steam system received. Conventionally, this heat transfer is carried out in a steam generator in which of Thermal energy dissipated from the reactor is used to generate superheated steam.
In einem solchen System aus gasgekühltem Reaktor und Dampferzeuger ist es oft wünschenswert, daß Gas nur in einem einzigen Durchgang durch den Dampferzeuger hindurchgeführt wird, bevor es zum Reaktor zurückgeführt wird. Es ist infolgedessen wichtig, daß der größtmögliche Wärmebetrag aus dem Gas abgeführt wird, damit man eine maximale Leistungsfähigkeit bzw. einen maximalen Wirkungsgrad erzielt. Es ist jedoch außerdem wichtig, daß die Gasströmung nur einer geringstmöglichen Beschränkung unterworfen ist, damit die Arbeit, die zum Transportieren des Gases durch das System aufgewandt werden muß, auf einem Minimum gehalten wird. In den Fällen, in denen der Dampferzeuger aus verschiedensten Gründen,einschließlich des Grundes einer strukturellen Ökonomie, im gleichen Druckbehälter wie der Reaktor selbst untergebracht ist, ist es weiterhin wichtig, daß die Abmessungen des Dampferzeugers minimalisiert sind und daß der Dampferzeuger oder Abschnitte desselben durch notwendigerweise beschränkte Öffnungen in dem ihn enthaltenden Behälter leicht entfernbar und ersetzbar istIn such a system of gas-cooled reactor and steam generator, it is often desirable that gas only in one single pass through the steam generator before it is returned to the reactor. It is therefore important that the greatest possible amount of heat from the Gas is discharged so that maximum performance or maximum efficiency is achieved. However, it is It is also important that the gas flow is only subjected to the least possible restriction so that the work required for the Transporting the gas through the system must be kept to a minimum. In those cases where the steam generator in the same pressure vessel for a variety of reasons, including the reason of structural economy how the reactor itself is housed, it is also important that the dimensions of the steam generator be minimized are and that the steam generator or portions thereof through necessarily restricted openings in the container containing it is easily removable and replaceable
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bzw. sind. Schließlich ist es aus Gründen der strukturellen Ökonomie und der Leistungsfähigkeit der Anlage notwendig, daß der Dampfdruck die Drucke des primären Kühlmittels übersteigt, Zur Begrenzung des Druckaufbaus im primären Kühlmittel im Falle eines Fehlers bzw. Bruchs an der Grenze zwischen Dampf und primärem Kühlmittel enden große Dampfrohre in bzw. an der Wand des Reaktarbehälters, und diese großen Dampf rohre sind über Rohrleitungen mit Wärmeaustauscherbündelri verbunden, damit die Leckagemenge begrenzt oder minimalisiert wird.or are. After all, it's for structural reasons Economics and the efficiency of the system necessary that the vapor pressure exceeds the pressure of the primary coolant, To limit the pressure build-up in the primary coolant in the In the event of a fault or break at the boundary between steam and primary coolant, large steam pipes end in or at the Wall of the reactor vessel, and these large steam pipes are connected via pipelines with heat exchanger bundles, with it the amount of leakage is limited or minimized.
. Wenn der Dampferzeuger in einem speziellen Hohlraum innerhalb eines vorgespannten Betonreaktorbehälters untergebracht ist, führt der Verlauf von unbeheizten Rohrleitungen von Leitungsverbindungen an bzw. in der Wand des Reaktorbehälters zu den Enden der Rohrbündel zu einem unwirtschaftlichen Gebrauch sowohl" der Rohrleitungen als auch des Volumens des Reaktorbehälterhohlraums. Demgegemäß wurden Anlagen entwickelt, bei denen Überkreuzungs-Rohrverbindungen zwischen den Abschnitten niedriger Temperatur und hoher Temperatur und den Nacherhitzungsabschnitten, wie sie oben beschrieben wurden, verwendet wurden, und zwar an deren Enden gegenüber den Dampf/Wasser-Leitungsverbindungen, so daß auf diese Weise die allgemeine Richtung des Wasser/Dampf-Flusses umgekehrt wurde und die Längen von unbeheizten Rohrleitungen minimalisiert wurden.. When the steam generator is housed in a special cavity inside a prestressed concrete reactor vessel is, the course of unheated pipelines leads from pipe connections to or in the wall of the reactor vessel to the ends of the tube bundles results in wasteful use of both "piping and volume" of the reactor vessel cavity. Accordingly, systems have been developed where crossover pipe connections between the low temperature and high temperature sections and the reheating sections as described above were used at their ends opposite the Steam / water pipe connections, so that in this way the general direction of water / steam flow was reversed and the lengths of unheated pipelines have been minimized.
Eine Schwierigkeit beim Entwurf von Dampferzeugern der beschriebenen Art besteht darin, daß Rohre darin von unterschiedlichen Konfigurationen und Längen oft unterschiedliche Wärmeausdehnungseigenschaften haben. Uberkreuzungs-Verbindungen zwischen Rohren unterschiedlicher Arten müssen daher einen gewissen Grad von Wärmeausdehnung zulassen. Um das zu ermöglichen, haben Konstruktionen nach dem Stande der Technik oftmals komplizierte und ineinander verschlungene Anordnungen von unbeheizten Rohrabschnitten erfordert, so daßA difficulty in designing steam generators of the type described consists in the fact that pipes in it of different Configurations and lengths often have different thermal expansion properties. Crossover Connections between pipes of different types must therefore allow a certain degree of thermal expansion. Around To make this possible, prior art designs have often been complicated and intertwined Requires arrangements of unheated pipe sections so that
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.auf diese Weise Dampferzeuger und Nacherhitzerabschnitte in einer großen Anlage verbunden wurden. Durch Anordnung von Wärmeausdehnungseinrichtungen an den Überkreuzungen kann das komplizierte Verflechten bzw. Ineinanderverschlingen ausgeschaltet werden, und die HerstellungsZeitspannen können merkbar herabgesetzt werden..in this way steam generator and reheater sections were connected in a large facility. This can be achieved by arranging thermal expansion devices at the crossings Complicated intertwining or intertwining eliminated and manufacturing timescales can become noticeable be reduced.
Die Verschiffungserfordernisse können die Abmessungen eines Dampferzeugers, der an einer Stelle erzeugt wird, die von der Stelle, an welcher er installiert werden soll, entfernt ist, ernsthaft beschränken. Viele Dampferzeugeranlagen nach dem Stande der Technik erfordern daher einen hohen Grad an Fabrikation auf der Baustelle in einer Anlage am Ort der Montage, wodurch ihre Herstellungszeiten erhöht werden, insbesondere dann, wenn komplizierte und ineinander verflochtene Anordnung von Rohren angewandt werden. Durch Anordnung von thermischen Ausdehnungseinrichtungen an den Überkreuzungen zum Zwecke der vollständigen Ausschaltung des Verflechtens und zur Erzielung getrennter Dampferzeuger- und Nacherhitzerabschnitte wird die Fabrikation an der Baustelle minimalisiert und die Verschiffung erleichtert.The shipping requirements may include the dimensions of a steam generator produced in a location that is remote from where it is to be installed. Lots of steam generator systems prior art therefore require a high level of on-site fabrication in an on-site facility Assembly, which increases their manufacturing times, especially when complex and intertwined Arrangement of pipes are applied. By arranging thermal expansion devices at the crossings for the purpose of completely eliminating the interweaving and achieving separate steam generator and reheater sections production at the construction site is minimized and shipping is made easier.
Mit der Erfindung soll infolgedessen ein verbesserter Dampferzeuger zur Verfügung gestellt werden.As a result, the invention is intended to provide an improved steam generator.
Weiterhin soll mit der Erfindung ein verbesserter Dampferzeuger geschaffen werden, der besonders für den Gebrauch in einem im wesentlichen zylindrischen Hohlraum in einem Druckbehälter geeignet ist.Furthermore, an improved steam generator is to be created with the invention, which is particularly suitable for use in a substantially cylindrical cavity in a pressure vessel.
Außerdem soll mit der Erfindung ein Dampferzeuger vorgeschlagen werden, der zur Erleichterung der Verschiffung und der Herstellung in Teile auftrennbar ist.In addition, the invention is intended to propose a steam generator that facilitates shipping and the production can be separated into parts.
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Schließlich wird mit der Erfindung ein Dampferzeuger geschaffen, in dem die Länge der Rohrleitungen, die in unbeheizten Abschnitten und Expansionszonen verwendet wird, minimalisiert ist.Finally, the invention provides a steam generator created in which the length of the pipelines running in unheated Sections and expansion zones used is minimized.
. Um das zu erreichen, werden gemäß der Erfindung interne Überkreuzungen zwischen Abschnitten des Dampferzeugers und des Nacherhitzers angewandt.. To achieve this, internal Crossovers applied between sections of the steam generator and the reheater.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand eines in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert; es zeigen:Further advantages and features of the invention will be explained below with reference to an in FIGS. 1 to 4 of the drawing Principle illustrated, particularly preferred exemplary embodiment explained in more detail; show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die einen Dampferzeuger veranschaulicht, der gemäß der Erfindung aufgebaut ist, wobei Teile weggebrochen worden sind;1 is a perspective view illustrating a steam generator constructed in accordance with the invention is with parts broken away;
Fig. 2 eine Ansicht durch das untere Ende des Dampferzeugers längs der Schnittlinien H-II der Fig. 3>FIG. 2 shows a view through the lower end of the steam generator along the section lines H-II in FIG. 3>
Fig. 3 eine Aufsicht des Nacherhitzerabschnitts des Dampferzeugers, und zwar längs der Schnittlinie IH-III der Fig. 2; undFig. 3 is a plan view of the reheater section of the Steam generator, along the section line IH-III of Fig. 2; and
Fig. 4 ein schematisches Diagramm, das den allgemeinen Entwurf und die Kühlmittelströmung des Dampferzeugers der Fig. 1 veranschaulichte4 is a schematic diagram showing the general layout and coolant flow of the steam generator Fig. 1 illustrated
Sehr allgemein gesagt, umfaßt der Dampferzeuger nach der Erfindung einen Hochtemperaturabschnitt 11, der eine Mehrzahl von langgestreckten, im wesentlichen geraden Rohren 12 aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind, so daß sie ein langgestrecktes Rohrbündel bilden. Ein nichtbeheizter Speisewasser-Expansionsrohrabschnitt 13 ist mit einem Niedrigbzw· Niedertemperaturabschnitt von geheizten Rohren 14 verbunden, die im wesentlichen spiralförmig sind und ein ringförmiges Rohrbündel bilden, das koaxial zum Hochtemperaturabschnitt angeordnet ist. Die axiale Abmessung des Niedertemperaturabschnitts ist im wesentlichen kleiner als diejenige desIn very general terms, the steam generator according to the invention comprises a high temperature section 11 which is a plurality of elongated, substantially straight tubes 12 which are arranged parallel to one another so that they form an elongated tube bundle. An unheated feed water expansion pipe section 13 is provided with a low or Low temperature section of heated tubes 14 connected, which are substantially spiral-shaped and one annular Form tube bundle which is arranged coaxially to the high-temperature section. The axial dimension of the low temperature section is essentially smaller than that of the
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Hochtemperaturabschnitts, und der Niedertemperaturabschnitt ist in Richtung auf ein Ende des Hochtemperaturabschnitts angeordnet, so daß ein ringförmiger Raum 15 ausgebildet wird.High-temperature section, and the low-temperature section is arranged toward one end of the high-temperature section, so that an annular space 15 is formed.
Nacherhitzerabschnitte 16 und 17 sind in dem ringförmigen Raum 15 angeordnet, wobei jeder Nacherhitzerabschnitt eine Mehrzahl von langgestreckten, im wesentlichen geraden Rohren 18 aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind, so daß sie ein langgestrecktes Rohrbündel bilden, dessen axiale Länge im wesentlichen kleiner als diejenige des Hochtemperaturabschnitts ist. Die Achsen der Nacherhitzerabschnitte 16 und 17 sind im wesentlichen parallel zueinander und zu den Achsen des Hochtemperaturabschnitts 11 ausgerichtet.Reheater sections 16 and 17 are in the annular Space 15 arranged, each reheater section having a plurality of elongated, substantially straight Has tubes 18 which are arranged parallel to each other, so that they form an elongated tube bundle, the axial Length is substantially smaller than that of the high temperature section. The axes of the reheater sections 16 and 17 are aligned essentially parallel to one another and to the axes of the high-temperature section 11.
Beim Betrieb wird ein erhitztes Strömungsmittel zunächst quer über die Rohre derNacherhitzerabschnitte 16 und gelenkt, dann längs der Rohre des Hochtemperaturabschnitts in Richtung auf das eine Ende desselben, und schließlich über die spiralförmigen Rohre des Niedertemperaturabschnitts 14 in einer Richtung, die parallel zur Achse des Hochtemperaturabschnitts und weg von dem einen Ende dieses Abschnitts verläuft. In operation, heated fluid is first applied across the tubes of the reheater sections 16 and 16 steered, then along the tubes of the high temperature section towards one end of the same, and finally over the spiral tubes of the low temperature section 14 in a direction parallel to the axis of the high temperature section and away from one end of that section.
Es sei nun in näheren Einzelheiten auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, in denen ein Teil eines Kernreaktorsystems, das gemäß der Erfindung aufgebaut ist, gezeigt ist. Das Kernreaktorsystem weist einen vorgespannten Betondruckbehälter 27 auf, der durch eine geeignete Einrichtung, die nicht dargestellt ist, innerhalb einer zugehörigen Struktur, die ebenfalls nicht dargestellt ist, getragen bzw. gehalten wird. Vorspannungssehnen 29 erstrecken sich axial durch den Beton des Druckbehälters 27, der in seiner Form allgemein zylindrisch ist. Eine Mehrzahl von ringförmigen Ausnehmungen 31 ist in der äußeren Oberfläche des Druckbehälters ausgebildet und dient dazu, sich in Umfangsrichtung erstreckende, nicht dargestellte Vorspannungsbänder aufzunehmen.Reference is now made in more detail to the figures of the drawing, in which part of a nuclear reactor system, constructed in accordance with the invention is shown. The nuclear reactor system has a prestressed Concrete pressure vessel 27, by a suitable device, which is not shown, within an associated Structure, which is also not shown, is carried or held. Prestressing tendons 29 extend axially through the concrete of the pressure vessel 27 which is generally cylindrical in shape. A plurality of annular recesses 31 is formed in the outer surface of the pressure vessel and serves to create circumferentially extending, take up bias tapes, not shown.
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Das Innere des Druckbehälters 27 umfaßt eine Hauptkammer 33* in der ein nicht dargestellter Reaktorkern gehalten wird. Die Kammer 33 ist mit einer Auskleidung 35 aus geeignetem Metall versehen, die an dem Beton verankert ist. Der Kern des Reaktors ist vom sog. gasgekühlten Typ. Es sind entsprechende Vorkehrungen zum Umwälzen eines Kühlgases, wie z.B. Helium oder Kohlendioxid, über den nicht dargestellten Reaktorkern getroffen, so daß die Temperatur des Gases erhöht wird. Das Gas wird dann über einen oder mehrere Wärmeaustauscher oder Dampferzeuger zum Zwecke der Erzeugung von "Wasserdampf oder anderen Dämpfen für den Betrieb einer Elektrizitätserzeugungsmaschinenanlage umgewälzt. Das umgewälzte Gas wird dann zum Kern zurückgeführt, wo es erneut erhitzt wird.The interior of the pressure vessel 27 comprises a main chamber 33 * in which a reactor core (not shown) is held will. The chamber 33 is provided with a liner 35 of suitable metal which is anchored to the concrete. Of the The core of the reactor is of the so-called gas-cooled type. There are appropriate Provisions for circulating a cooling gas, such as helium or carbon dioxide, over the not shown Reactor core hit, so that the temperature of the gas is increased. The gas is then passed through one or more heat exchangers or steam generators for the purpose of generating "water vapor." or other vapors for the operation of an electricity generating machine installation circulated. The recirculated gas is then returned to the core where it is reheated.
In dem dargestellten Reaktorsystem ist die Hauptkammer 33 von einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Kammern 37 umgeben, wobei nur eine dieser Kammern in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Jede Kammer 37 hat eine zylindrische Form und erstreckt sich vertikal innerhalb des Reaktorbehälters, wobei ihre Achse parallel zur Achse des Reaktorbehälters verläuft. Ein Dampferzeuger und ein Kühlmittelumwälzer sind in jeder der Kammern 37 vorgesehen, wie in der Zeichnung bei 39 angedeutet ist.In the illustrated reactor system, the main chamber 33 is spaced from a plurality of circumferentially arranged chambers 37 surrounded, only one of these chambers is shown in the figures of the drawing. Each chamber 37 has a cylindrical shape and extends vertically within the reactor vessel with its axis parallel to the axis of the reactor vessel runs. A steam generator and a coolant circulator are provided in each of the chambers 37, as indicated at 39 in the drawing.
Kühlmittelgas wird von der Hauptkammer 33 durch eine horizontale Leitung 43 zur Kammer 37 geleitet. Das Kühlmittel wird zum Zwecke des erneuten Umwälzens über bzw. durch den Reaktorkern durch eine ähnliche bzw. gleichartige horizontale Leitung, die in Fig. 1 bei 45 teilweise dargestellt ist, in die Kammer 33 zurückgeführt. An den unteren Enden der Kammern 33 und 37 sind geeignete Verschlüsse (nicht dargestellt) vorgesehen. Coolant gas is supplied from the main chamber 33 to the chamber 37 through a horizontal conduit 43. The coolant is for the purpose of renewed circulation over or through the reactor core by a similar or similar horizontal Line, which is partially shown in Fig. 1 at 45, returned to the chamber 33. At the lower ends of the chambers Suitable closures (not shown) are provided for 33 and 37.
Die Kammer 37 ist vom unteren Ende des Druckbehälters 27 durch Durchdringungen 47 zugänglich, wie sich am besten aus Fig. 2 ersehen läßt. Jede Durchdringung 47 ist mit einerThe chamber 37 is accessible from the lower end of the pressure vessel 27 through penetrations 47, as is best can be seen from FIG. Each penetration 47 is with one
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Metallauskleidung 49 versehen, die sich nach aufwärts erstreckt und an eine Metallauskleidung 51 für die Kammer 37 angeschweißt ist. Jede Durchdringung 47 ist mittels eines Betonstopfens 53, der eine innere Metallauskleidung 55 hat, geschlossen und abgedichtet. In dem Stopfen 53 sind geeignete Durchdringungen für den Eintritt von verschiedenen Wasser- und Dampfleitungen, wie weiter unten erläutert wird, in die Kammer 37 vorgesehen, und diese Leitungen dienen dazu, Wasser und Dampf zu dem Dampferzeuger 39 zu leiten und von diesem Dampferzeuger abzuführen.Metal liner 49 extending upwardly and attached to a metal liner 51 for chamber 37 is welded on. Each penetration 47 is by means of a concrete plug 53, which has an inner metal lining 55, closed and sealed. In the plug 53 are suitable penetrations for the entry of various water and steam lines, as will be explained below, are provided in the chamber 37, and these lines serve to convey water and to direct steam to the steam generator 39 and to remove it from this steam generator.
Die Nacherhitzerbündel oder -abschnitte 16 und 17 der Rohre 18 sind nach dem unteren Ende der Kammer 37 zu angeordnet und werden durch einen geeigneten Rahmen bzw. ein geeignetes Gestell von Metallplatten oder dergl. (nicht dargestellt) gehalten. Oberhalb der Nacherhitzerrohrbündel ist der Speisewasser-Expansionsrohrabschnitt 13 und darüber ist der Niedertemperatur-Spiralschlangenrohrabschnitt 14 mit einer ringförmigen Gestalt angeordnet. Der Abschnitt 14 ist mit einem Gehäuse 59 versehen. Das Bündel 14 umfaßt den Ekonomiser bzw. Speisewasservorwärmer, den Verdampfer und die anfänglichen Überhitzerabschnitte des Dampferzeugers.The reheater bundles or sections 16 and 17 of the tubes 18 are arranged towards the lower end of the chamber 37 and are supported by a suitable frame or a suitable frame of metal plates or the like (not shown) held. Above the reheater tube bundle is the Feedwater expansion pipe section 13 and above is the low temperature coiled coil pipe section 14 having a arranged annular shape. The section 14 is provided with a housing 59. The bundle 14 includes the economizer or feed water preheater, the evaporator and the initial Superheater sections of the steam generator.
Der Hochtemperaturabschnitt oder das Rohrbündel 11, das eine Mehrzahl von langgestreckten, geraden Rohren 12 umfaßt, ist in dem Raum angeordnet, der von dem ringförmigen Rohrbündel 14 begrenzt ist. Ein Gehäuse 61 umgibt das Rohrbündel 11. Die Gehäuse 59 und 61 werden durch einen Befestigungsflansch 65 gehalten, der an dem vorgespannten Betonbehälter 27 befestigt ist und sich in die Kammer 37 erstreckt.The high temperature section or tube bundle 11, which comprises a plurality of elongated, straight tubes 12, is arranged in the space which is delimited by the annular tube bundle 14. A housing 61 surrounds the tube bundle 11. The housings 59 and 61 are held by a mounting flange 65 which is attached to the prestressed concrete container 27 is attached and extends into the chamber 37.
Der ringförmige Raum zwischen dem unteren Ende des Gehäuses 59 und der umgebenden Kammerauskleidung 51 ist mittels des ringförmigen Befestigungsflansches 65 blockiert bzw. verriegelt.The annular space between the lower end of the housing 59 and the surrounding chamber lining 51 is blocked or locked by means of the annular fastening flange 65.
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Nacherhitzerströmungsmittel wird in die Nacherhitzungsrohrbündel 16 und 17 eingespeist und von diesen abgeführt, und zwar durch Sammelrohre oder Rohrmäntel 67. Die Nacherhitzungsrohre der heißen und kalten Nacherhitzerrohrabschnitte sind durch haarnadelförmige Überkreuzungsrohre, die allgemein mit 69 bezeichnet sind, miteinander verbunden.Post-heating fluid is fed into the post-heating tube bundles 16 and 17 and discharged therefrom, namely through manifolds or pipe jackets 67. The reheating tubes of the hot and cold reheating tube sections are through hairpin-shaped crossover tubes, which are indicated generally at 69, connected to one another.
Speisewasser für den Dampferzeuger wird durch Speisewasser-Einlaßrohre 71 zugeführt, die nach aufwärts durch den Raum 15 verlaufen und sich mit den Rohren 14 verbunden. Ein Sammelrohr oder Rohrmantel 73 verbindet das Speisewasser mit den Rohren 71· Die Ausströmung am oberen Ende des Bündels 14 geht zum.oberen Ende des Rohrbündels 11 durch Überkreuzungsrohre 75, die zur Aufnahme von Unterschieden in' der Wärmeausdehnung zwischen den Rohrbündeln 11 und 14 flexibel sind. Am unteren Ende des Rohrbündels 11 tritt überhitzter Dampf durch ein Uberhitzungssammelrohr oder einen Überhitzungsrohrmantel 77 aus.Feed water for the steam generator is supplied through feed water inlet pipes 71, which run upward through the space 15 and are connected to the tubes 14. A manifold or pipe jacket 73 connects the feed water to the pipes 71 · The outflow at the top of the bundle 14 goes zum.oberen end of the tube bundle 11 through crossover tubes 75, which are flexible to accommodate differences in thermal expansion between tube bundles 11 and 14. At the lower end of the tube bundle 11, superheated steam passes through an overheating manifold or an overheating tube jacket 77 off.
Das eintretende heiße Gas vom Reaktorkern gelangt durch die Leitung 43 in die Kammer 37. Das heiße Gas wird quer über die Rohre 18 in den Bündeln 16 und 17 geschickt, und zwar durch Ummantelungen 78 (Fig. 3)· Das Gas wird dann nach dem unteren Ende des Raums 15 zu gerichtet, und danach durch das Gehäuse 61 längs der Rohre des Rohrbündels 11 nach aufwärts. Eine umgekehrte, becherförmige Gasströmungs-Umlenkungs- bzw. -ablenkungsplatte 79 ist oberhalb des oberen Endes des Gehäuses 61 angeordnet und bildet einen Teil des Gehäuses 59. Das Gas strömt durch den Raum zwischen dem oberen offenen Ende des Gehäuses 61 und der Platte 79 hindurch und wird dann nach abwärts über die spiralförmigen Rohre in dem Rohrbündel 14 gerichtet. Nachdem das Gas über die spiralförmigen Rohre in dem Rohrbündel 14 geströmt ist, geht es durch Durchlässe 81 in der äußeren Wand des Gehäuses 59 hindurch und strömt zwischen dem Gehäuse 59 und. der Wand oder der Aus-The incoming hot gas from the reactor core passes through line 43 into chamber 37. The hot gas is sent across the tubes 18 in the bundles 16 and 17, through jackets 78 (Fig. 3) · The gas is then towards the lower end of the space 15, and thereafter through the housing 61 along the tubes of the tube bundle 11 upwards. An inverted, cup-shaped gas flow baffle plate 79 is above the top of the housing 61 and forms part of the housing 59. The gas flows through the space between the upper open end of the housing 61 and the plate 79 therethrough and is then directed downwardly over the spiral tubes in tube bundle 14. After the gas over the spiral Tubes in the tube bundle 14 has flowed, it passes through passages 81 in the outer wall of the housing 59 and flows between the housing 59 and. the wall or the
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fitfit
kleidung 51 der Kammer 37 nach aufwärts zur oberen Querleitung 45, nachdem es durch den Kühlmittelumwälzer (nicht dargestellt) hindurchgegangen ist.clothing 51 of the chamber 37 upwards to the upper transverse line 45 after it has passed through the coolant circulator (not shown) has passed through.
In einer praktischen Ausführungsform eines gasgekühlten Reaktorsystems kann jeder der Dampferzeuger mit integralen Nacherhitzern des veranschaulichten Typs so bemessen sein, daß er beispielsweise eine Wärmekapazität im Nennbereich, von 500 MW' hat. Die Dampferzeuger können Hauptdampf und Nacherhitzungsdampf an einen konventionellen 165 bar/510 C/538 C-Nacherhitzer-Turbinengeneratorsatz liefern. Das Kernkühlmittel kann bei vollen Leistungsbedingungen auf einem Druck von etwa 48 bar gehalten werden» Jede primäre Kühlmittelschleife, die einen Dampferzeuger mit dessen zugeordnetem Heliumumwälzer umfaßt, kann ein ausreichendes Druckgefälle zur Überwindung der gesamten Druckverluste in der primären Schleife von etwa 1380 mbar liefern, wobei von diesen Verlusten 450 mbar dem Dampferzeuger unter Vollastbetriebsbedingungen zur Verfügung stehen. Der Dampferzeuger nach der Erfindung ist daher leicht Optimalisierungsbetrachtungen für die Gesamtanlage anpaßbar, und zwar einschließlich solcher Optimalisierungsbedingungen, die die Abmessungen des Druckbehälters und des Containmentgebäudes umfassen. Auch kann der Dampferzeuger leicht in Einheiten in der Werkstatt zusammengefügt werden, wobei diese Einheiten verschifft werden können, und zwar entweder mittels Lastkahn oder auf dem Schienenweg, und zwar jeweils in Übereinstimmung mit Beschränkungen bezüglich der Gesamt-Umhüllungslinie der Dampferzeugereinheiten.In a practical embodiment of a gas cooled reactor system, each of the steam generators with integral reheaters of the type illustrated can be sized, for example, to have a heat capacity in the nominal range of '500 MW'. The steam generators can supply main steam and reheating steam to a conventional 165 bar / 510 C / 538 C reheater turbine generator set. The core coolant can be kept at a pressure of about 48 bar at full power conditions. Each primary coolant loop, which includes a steam generator with its associated helium circulator, can provide a pressure gradient sufficient to overcome the total pressure losses in the primary loop of about 1380 mbar, with from these losses 450 mbar are available to the steam generator under full load operating conditions. The steam generator according to the invention is therefore easily adaptable to considerations of optimization for the overall system, including such optimization conditions which include the dimensions of the pressure vessel and the containment building. Also, the steam generator can easily be assembled into units in the shop, which units can be shipped, either by barge or rail, in accordance with restrictions on the overall envelope line of the steam generator units.
Zur Erleichterung der Verschiffung und zum Verkürzen der Herstellungszeitspannen kann der Dampferzeuger nach der Erfindung leicht in zwei Haupt-Unteranlagen aufgeteilt werden, nämlich in den Hauptdampfabschnitt und den Gesamt-Nacherhitzerabschnitt. Die U-Rohr-Nacherhitzerabschnitte in Kombination mit dem spiralförmige Rohrschlangen aufweisenden Ekonomiser bzw. Speiserwasservorerhitzer, Verdampfer, Vorüberhitzer undTo make shipping easier and to shorten production times, the steam generator can be installed after the Invention can easily be divided into two main sub-plants, namely in the main steam section and the overall reheater section. The U-tube reheater sections in combination with the spiral coiled economizer or feed water preheater, evaporator, preheater and
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dem geradrohrigen Endüberhitzer sind in Übereinstimmung mit
den Erfordernissen für einen kompakten Aufbau gehalten, und
sie entsprechen den Erfordernissen zur Minimalisierung der
nichterhitzten Rohroberfläche im größtmöglichen Ausmaß.the straight pipe end superheater are in accordance with
kept the requirements for a compact structure, and
they meet the requirements for minimizing the
unheated pipe surface to the greatest possible extent.
Die Überkreuzungsrohre 69 von den kalten zu den
heißen Schenkeln der Nacherhitzerabschnitte wie auch die
Überkreuzungsrohre 75 sind intern innerhalb des aktiven Gasströmungsweges
angeordnet und nehmen auf diese Weise die notwenige unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen diesen beiden Erhitzungsoberflächenabschnitten auf.
The crossover tubes 69 from the cold to the
are called legs of the reheater sections as well as the
Crossover tubes 75 are arranged internally within the active gas flow path and in this way absorb the necessary different thermal expansion between these two heating surface sections.
Im einzelnen kann der Erzeuger nach der Erfindung mit
einer Umhüllung aufgebaut werden, die einen Durchmesser von
4077 mm und eine Höhe von 18 644 mm hat. Da die Dampf- und
Wasserleitungen zum Boden des Druckbehälters geführt sind und Verbindungen zum unteren Ende des Dampferzeugers durch Durchdringungen
im Reaktorbehälter ergeben, können die Gasumwälzer den gesamten Druckerzeugerhohlraum oberhalb der Erzeuger füllen.
In particular, the generator according to the invention can be constructed with a casing which has a diameter of
4077 mm and a height of 18 644 mm. Since the steam and
Water lines are routed to the bottom of the pressure vessel and connections to the lower end of the steam generator are made through penetrations in the reactor vessel, the gas circulators can fill the entire pressure generator cavity above the generator.
Die Hochdruckrohrmäntel, der Ekonomisereinlaß und
der Überhitzerauslaß können mit integralen Hemm- bzw. Abdämmungs/Strömungsbeschränkungszylindern
ausgerüstet werden, die Folgebrüche und übermäßige Leckage von Wasser in das primäre
Kühlmittel im Falle eines Bruchs der Dampf- oder Wasserrohre, die mit dem Rohrmantel innerhalb des Druckbehälters verbunden
sind, verhindern.The high pressure pipe jackets, the economizer inlet and
the superheater outlet can be fitted with integral damming / flow restricting cylinders that prevent consequential ruptures and excessive leakage of water into the primary
Prevent coolant in the event of a break in the steam or water pipes connected to the pipe jacket inside the pressure vessel.
Wenn die Hauptdampfrohre 12 und 14 im wesentlichen
von gleicher Länge sind, werden jeweils gleiche dampfseitige
Strömungsverteilung und entsprechende gleichförmige Dampfauslaßtemperaturen sichergestellt. Diese Anordnung erfordert
Längsrohrabstandsvariationen zwischen individuellen Rohrreihen der spiralförmigen Rohrschlangen, während eine gleichförmige
Höhe für alle Rohrspiralen aufrechterhalten wird. DerWhen the main steam pipes 12 and 14 are essentially
are of the same length, they are always the same on the steam side
Flow distribution and corresponding uniform steam outlet temperatures ensured. This arrangement requires
Longitudinal tube spacing variations between individual rows of tubes of the spiral tube coils while maintaining a uniform height for all tube spirals. Of the
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Querrohrabstand wird konstant gehalten. Der geradrohrige Endüberhitzer 11 ist im geraden Gegenstrom zum Kühlmittelgas so angeordnet, daß sieh eine gleiche Heliumströmung um jedes Rohr herum ergibt, was zu einem unrgelmäßigen, kreisförmigen Rohrmuster führt.Cross tube spacing is kept constant. The straight pipe end superheater 11 is arranged in a straight countercurrent to the coolant gas so that there is an equal flow of helium around each pipe, resulting in an irregular, circular pipe pattern.
Zum Erhöhen der Betriebsstabilität kann ein Druck im Hauptdampfabschnitt während aller Siedebedingungen aufrechterhalten werden, der dicht am vollen Betriebsdruck liegt, Um die obigen Erfordernisse zu erfüllen, kann der Hauptdampfabschnitt einen Bereich bzw. Teil mit Einleitungs-Rohrleitungen von-herabgesetztem Durchmesser zwischen dem Speisewasserrohrmantel und dem Ekonomiser- bzw. Speisewasservorwärmereinlaß aufweisen. Außerdem kann er einen geradrohrigen Endüberhitzer mit vergrößertem Durchmesser enthalten, damit man das Verhältnis von Einlaß-zu-Auslaß-Dampfdruck erzielt, wie es für die Siedestabilität erforderlich ist.To increase the operational stability, a pressure in the main steam section can be maintained during all boiling conditions which is close to full operating pressure. In order to meet the above requirements, the main steam section a portion of reduced diameter inlet piping between the feedwater pipe jacket and the economizer inlet exhibit. It can also include an enlarged diameter straight tube final superheater so as to be the ratio of inlet-to-outlet vapor pressure is obtained, as is necessary for the boiling stability.
Drehende Flügel, die nicht dargestellt sind, können am Nacherhitzereinlaß und am oberen Ende des Dampferzeugers vorgesehen sein, damit auf diese ¥eise eine gute Gasverteilung über die beiden Nacherhitzerschenkel sowie am Einlaß zu den spiralförmigen Hauptdampfschlangenrohrbündeln sichergestellt wird.Rotating blades, not shown, can be found on the reheater inlet and on the top of the steam generator be provided so that in this way a good gas distribution over the two reheater legs and at the inlet to the main spiral coil tube bundles will.
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Also Published As
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