DE2656463A1

DE2656463A1 - Kernkraftanlage

Info

Publication number: DE2656463A1
Application number: DE19762656463
Authority: DE
Inventors: Willy Dipl Ing Helbling
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1976-12-14
Publication date: 1978-06-15
Also published as: DE2656463C3; CH610679A5; DE2656463B2

Description

Kernkraftanlage
Die Erfindung betrifft eine Kernkraftanlage mit gasgekühltem Reaktor, dem in einem Gaskreislauf eine Turbine, ein Gaskühler sowie ein Verdichter nachgeschaltet sind, wobei die Abgase der Gasturbine in dem Kühler das Arbeitsmittel eines Dampferzeugers aufheizen, der einen Vorwärmer. einen Verdampfer sowie einen Ueberhitzer aufweist, von dem aus eine Frischdampfleitung zu einer Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung führt.
Einerseits sind gasgekühlte Kernreaktoren bekannt, deren Kühlgase in einer Turbine entspannt, durch einen Gaskühler geleitet und über einen Verdichter wieder den Reaktor zugeführt werden, wobei die Turbogruppe Gasturbine/Verdichter ihre Ueberschussleistung z.B. an einen elektrischen Generator abgibt. Das aus der Turbine kommende Gas hat dabei häufig noch eine Temperatur von heisplelsweise etwa 6000 C, so dass dieses heisse Gas in dem Gaskühier .
das Arbeitsmittel eines Dampferzeugers aufheizen kann, wobei - wie bei konventionellen, mit fossilen Brennstoffen beheizten Dampferzeugern - FrischdampEtemperaturen von z.B. etwa 5300 C erreicht werden.
Zum anderen ist es ebenfalls zumindest für konventionell beheizte Dampferzeuger bekannt, zur Erzielung eines hohen thermodynamischen Wirkungsgrades den Dampf nach einer ersten Entspannung in einer Turbine auf eine der Frischdampftemperatur nahe kommende Temperatur zwischenzuüberhitzen, ehe er nochmals entspannt und einem Kondensator zugeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, den gesamten Wirkungsgrad von gasgekühlten Kernkraftanlagen zu verbessern. Diese Aufgabe soll erfindungsyemäss dabei durch die an sich bekannte Zwischenüberhitzung des Arbeitsmittels in dem Dampferzeuger-Kreislauf gelöst werden.
Im Gegensatz zu den erwähnten bekannten Anlagen mit ZwischenGberhitzung soll diese jedoch nicht in einem Bereich hoher Temperaturen, die möglichst nahe an die Frischdampftemperaturen heranreichen, sondern nur zu Temperaturen im Bereich der Sattdampftemperaturen führen. Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass für die Zwischenüberhitzung des Arbeitsmittels Wärmeübertrager, bezogen auf den Gasstrom, am Ende des Gaskühlers im Bereich der bereits durch den Verdampfer gekühlten Abgase angeordnet sind.
Die erfindungsgemässe Anordnung des Zwischenüberhitzers, der jeweils direkt in den Gaskühler angeordnet oder - um den Durchtritt von umfangreichen und aufwendigen Rohrleitungen durch das Gaskühlgehäuse zu vermeiden - indirekt vom im Gaskühler erhitzten Speisewasser des Dampferzeugers beheizt sein kann, scheint vom thermodynamischen Standpunkt aus zunächst wenig sinnvoll. Zwar wird dadurch der Wirkungsgrad der Niederdruckturbine verbessert1 weil sie bei geringerer Dampffeuchtigkeit betrieben wird, es muss jedoch im Kondensator eine grössere Dampfmenge kondensiert werden; dadurch wird der Wärmebezug aus dem Reaktor erhöht, wobei die an den Dampf abgegebene Wärme relativ tiefen Temperaturniveaus nur mit einem schlechten Wirkungsgrad verarbeitet werden kann.
Durch die erfindungsgemasse Massnahme wird jedoch durch die stärkere Rückkühlung des Gases die vom Verdichter benctigte Antriebsleistung so erheblich verringert, dass sich insgesamt ein Leistungsgewinn ergibt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 gibt schematisch eine erfindungsgemässe Anlage mit direkt im Gaskühler angeordnetem Zwischenüberhitzer wieder, während Fig. 2 die gleiche Anlage, jedoch mit ausserhalb des Gaskühlers angeordnetem Zwischenüberhitzer zeigt.
Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen Bei der Anlagenschaltung nach Fig. 1 ist ein Hochtemperaturreaktor 1 über eine Heissgasleitung 2 mit einer Gasturbine 3 verbunden, von der aus eine Abgasleitung 4 zu einem Gaskühler 5 führt. An dessen Austritt ist eine Verbindungsleitung 6 angeschlossen, die den Kühlgaskreislauf des Reaktores li her einen Verdichter 7 schliesst.
Der Gaskühler 5 enthält die Heizflächen eines Dampferzeugers, die in Serie geschaltet, einen Vorwärmer 10, einen Verdampfer 11 und einen Ueberhitzer 12 umfassen. Der Ueberhitzer 13 schliesst über eine Frischdampfleitung 13 an eine Hochdruckdampfturbine 14 an, deren Austrittsstutzen der Dampfturbine 14 über eine sogenannte kalte Schiene oder Leitung 15 mit einem Zwischenüberhitzer 16 verbunden ist; dieser ist erfindungsgemäss innerhalb des Gaskühlers 5 im Bereich des relativ kalten Gases, d.h. in der Nähe des Vorwärmers 10 angeordnet. Vom Zwischenüberhitzer 16 führt eine sogenannte warme Schiene oder Leitung T7 zum Eintrittsstutzen einer Niederdruckturbine 20, die vorteilhafterweise unmittelbar auf einem Kondensator 21 sitzt. Den Kondensator 21 verbindet eine Kondensatleitung 25 mit einer Kondensatpumpe 26. und einem Speisewasserbehälter 27, von welchem eine Speisewasserleitung 28 über eine Speisepumpe 29 zum Vorwärmer 10 den Arbeitsmittelkreislauf des Dampferzeugers schliesst.
Die Anlage nach Fig; 2 unterscheidet sich von der vorbeschriebenen dadurch, dass der Zwischenüberhitzer nicht im Gaskühler 5 untergebracht ist, sondern in einem getrennten Wärmetauscher 36 besteht In diesen erfolgt die Zwischenüberhitzung des Arbeitsmittels durch das Speisewasser, das im Gaskühler 5 bei seinem Durchsatz durch den Vorwärmer 10 Wärme aufnimmt; über Leitungen 35 und 37, die nur relativ geringen Durchmesser haben und daher keine aufwendigen Durchtritte durch das Gehäuse des Kühlers 5 benötigen, fliesst dieses Speisewasser dem Wärmeübertrager 36 zu bzw aus diesen zurück in den Kühler 5 zur nochmaligen Aufwärmung in einem weiteren Vorwärmer 40. Das zum zweiten Mal aufgewärmte Speisewasser gelangt dann aus dem Vorwärmer 40 - wie im Beispiel nach Fig; 1 aus dem Vorwärmer 10 - in den Verdampfer 11.
Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Anlage sei abschliessend kurz skizziert: Das Reaktorkühlmittel, beispielsweise Helium, durchströmt den vom Reaktor 1, der Turbine 3, dem Dampferzeuger 5 und dem verdichter 7 gebildeten Gaskreislauf Durch seine Expansion in der Turbine 3 wird dieses Gas auf rund 600° c gekühlt Der Dampferzeuger, d.h. die Heizflächen 10, 11, 12, die Speisepumpte 29 und die Turbinen 14 und 20 sind derart ausgelegt, dass das in den Gaskühler 5 eingespeiste Wasser z.B. bei 190 at verdampft und auf etwa 5300 C überhitzt wird, wie dies etwa in konventionell beheizten Dampfkraftanlagen der Fall ist; der überhitzte Dampf wird dann in der HD-Turbine 14 entspannt.
Verglichen mit den genannten konventionallen Anlagen wird dabei in der Hochdruckturbine 14 ein grösseres Gefälle verarbeitet, so dass der Dampf auf eine unterhalb 200 C, vorzugsweise auf eine bei ca. 120Q C liegende Temperatur expandiert Bei diesem Zustand weist der Dampf erhebliche Feuchte auf; der Zwischenüberhitzer 16 bzw. 36, in den der Dampf aus der Turbine 14 eintritt, wirkt daher im gewissen Umfang als Nachverdampfer, so dass der Dampf im wesentlichen trocken oder leicht überhitzt die Niederdruckturbine 20 erreicht, in der er auf den im Kondensator 21 herrschenden Druck entspannt wird.
Die relativ geringe Temperaturdifferenz zwischen Zwischenüberhitzer und Kondensator lässt erwarten, dass die in den Zwischenüberhitzer 16 bzw. 36 eingeführte Wärme mit einem relativ geringen Wirkungsgrad in mechanische Arbeit umgesetzt wird; dieser vermeintliche Nachteil wird jedoch dadurch kompensiert, dass in der Niederdruckturbine 20 die strömungstechnischen Verhältnisse verbessert werden, weil der relative Anteil an Feuchtigkeit verhältnismässig herabgesetzt wird. Der eigentliche Vorteil der Erfindung liegt jedoch darin, dass im Gaskühler 5 dem Kühlgas zusätzlich soviel Wärme mit gleichzeitiger Temperaturerniedrigung entzogen wird, dass die Antriebsleistung für den Verdichter 7 entscheidend verringert wird.

Claims

Patentansprüche 1. Kernkraftanlage mit gasgekühltem Reaktor. dem in einem Gaskreislauf eine Turbine, ein Gaskühler sowie ein Verdichter nachgeschaltet sind, wobei die Abgase der Gasturbine in dem Kühler das Arheitsmittel eines Dampferzeugers aufheizen, der einen Vorwärmer, einem Verdampfer sowie einen Ueberhitzer aufweise, von dem aus eine Frischdampfleitung zu einer Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung führt, dadruch gekennziechnet, dass für die Zwischenüberhitzung des Arheitsmittels Wärmeübertrager (16, 40), bezogen auf den Gasstrom, am Ende des Gaskühlers (5) im Bereich der bereits durch den Verdampfer (11) gekühlten Abgase angeordnet sind.
2. Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenüberhitzer (16) direkt in dem Gaskühler (5) angeordnet ist 3* Kernkraftanlage nach Anispruc lt. dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenüberhitzer (36) indirekt von im. Gasstrom erhitzten Speisewasser des Dampferzeugers beheizt ist, das anschliessend in den Gaskühler zrudkfliess;t.