DE2826066A1 - Dampfgenerator - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Wf. «ck^anin, Dipl.-Pfys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.^eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liskaj 2826066

Sä - 8000 MÜNCHEN 86, DEN J ^ Jy_nJ

POSTFACH 860820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

COMMISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE
31/33 rue de la Federation
75015 Paris / Frankreich

Dampfgenerator

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Patentanwälte Dipl.-Ing. H. We) okma^in, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. a.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska if 2826066

COMICSSARIAT

A L¹ENERGIE ATOMIQUE

8000 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Dampfgenerator

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampfgenerator, der eine Umfassung bzw. Umhüllung mit einer vertikalen Achse, der ein Röhrenbündel in U-Form enthält, deren Enden jeweils quer durch eine horizontale Rohrv/andung, die sich quer in der Umfassung erstreckt, zu einem Eingangs- und Ausgangssammler für ein im Inneren dieser Röhren zirkulierenden Primärfluid geführt sind und außen von einem Sekundärfluid umspült sind, das in die Umfassung in flüssiger Phase zugegeben uid aus dieser in der Dampfphase abgezogen wird, und einen in der Nähe der mit dem Ausgangssammler verbundenen Rohrwandung im Bereich der Röhren angeordneten Vorwärmer, in dem das Sekundärfluid mit dessen Siedetemperatur geführt ist, sowie einen das Röhrenbündel umgreifenden inneren Mantel aufweist, der an seinem oberen Ende über dem Bündel von Separator-Vorrichtungen zum Trennen der von der Dampfphase mitgeführten flüssigen Phase überragt ist, wobei die getrennte flüssige Phase in einen ringförmigen Raum zwischen dem Mantel und der Umfassung derart rückgeführt wird, daß sie beim Abfließen in Kontakt mit der Rohrwandung kommt, wobei die gesamte Umwälzung in dem Dampfgenerator von Ejektor-Pumpen unterstützt werden kann, die durch das Sekundärfluid bei dessen Eintritt in die Umfassung

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betätigt werden.

Es sind schon verschiedene Konzeptionen eines solchen Dampfgenerators bekannt, die einen Einlaßvorwärmer aufweisen, der im Bereich des "kalten Schenkels" des Röhrenbündels angeordnet ist und den Druck des den Generator verlassenden Dampfes zu erhöhen gestattet. Gleichfalls hat man schon Dampfgeneratoren mit Ejektor-Pumpen vorgesehen, um eine durch das Sekundärfluid in flüssiger Phase unterstützte Umwälzung, insbesondere in dem Vorwärmer herzustellen, wodurch eine wichtigere Durchflußleistung und demzufolge eine Erhöhung der Temperatur des flüssigen Sekundärfluids im Bereich der Rohrwandung zugelassen werden kann. Im einzelnen sind diese Generatoren spezieller für nukleare Installationen vorgesehen worden, die einen Druckwasserreaktor aufweisen, der das Primärfluid bildet, wobei das Sekundärfluid ebenfalls von in gesättigtem Dampf beim Durchgang durch den Generator umgeformten V/asser gebildet ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vervollkommnung der vorstehend angegebenen bekannten Lösungen, die eine viel lenksamere bzw. weichere Verwendung des Vorwärmers gestattet, der sogar mit kalt zugeführtem V/asser dank des im Inneren verwirklichten starken Rezirkulations- bzw. Umwälzungsgrades funktionieren kann. Dieser vermeidet andererseits jeden zufälligen kalten thermischen Schock auf die Rohrwandung, was jede Schutzvorrichtung für letztere unnütz macht.

Die vorliegende Erfindung erlaubt einen solchen Rezirkulations- bzw. Umwälzungsgrad ohne den Durchgang von zusätzlichem Wasser in den Separator-Vorrichtungen zu verwirklichen, wodurch diese unter solchen Bedingungen funktionieren können, die identisch mit jenen eines klassischen Dampfgenerators sind.

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Zu diesem Zweck ist der Dampfgenerator erfindungsgemäß dadurch ausgezeichnet, daß der untere, dem Vorwärmer benachbarte Teil des ringförmigen Raums durch Trennwände von dem in diesem ringförmigen Raum verbleibenden Rauminhalt abgetrennt ist, daß der innere Mantel rechtwinklig zu dem oberen Ende des Vorwärmers zumindest einen Verbindungsdurchlaß zu dem unteren Teil des ringförmigen Raums zum Umwälzen des oberen Teils der Durchflußmenge des Sekundärfluids in flüssiger Phase am Ausgang des Vorwärmers und dieser auch einen anderen Durchgang aufweist, durch den die verbleibende Durchflußmenge in Richtung auf die Separator-Vorrichtungen nach dem Durchgang durch das Röhrenbündel hindurchtreten kann.

Vorteilhafterweise weist der untere Teil des ringförmigen Raums über dem Durchgang, durch den die Durchflußmenge des von dem Vorwärmer kommenden Sekundärfluids zugegeben wird, zumindest eine Kuppel zum Sammeln des mittransportierten Dampfs und wenigstens eine mit dem Ende dieser Kuppel verbundene Röhre zum Auslassen dieses Dampfs und zur Vermeidung des Außerbetriebsetzens der Ejektor-Pumpen auf.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform. Es zeigen:

Fig. 1 einen Generator im schematischen Längsschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt H-II gemäß Fig. 1.

In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel ist der Dampfgenerator insgesamt mit 1 bezeichnet. Er weist eine äußere Umfassung 2 von im allgemeinen zylindrischer Form mit einer vertikalen Achse auf, die in ihrem oberen Bereich mittels eines merklich halbkugelformig ausgebildeten Bodens 3 geschlossen ist. An ihrem unteren Ende ist die Umhüllung bzw.

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Umfassung 2 einstückig mit einer horizontalen Platte 4- oder Rohrwand verbunden,.auf der die Enden eines Bündels Röhren 5 in U-förmiger Form verbunden sind, die jeweils mit zwei Räumen oder Sammlern 6, 7 in Verbindung stehen, die von einer unter der Platte 4- vorgesehenen und voneinander durch eine querverlaufende Trennwand 9 getrennte Aushöhlung 8 abgegrenzt sind.Diese Sammler 6, 7 bilden die Einlaß- und Auslaßsammler eines unter Druck stehenden Primärfluids, das auf diese Weise die Röhren des Bündels 5 durchlaufen kann, wobei dieses Primärfluid von Kühlwasser eines On der Zeichnung nicht dargestellten) nuklearen Druckreaktors gebildet sein kann.

Im Inneren der Umhüllung 2 ist, wie an sich bekannt, ein Einlaß-Vorwärmer 10 vorgesehen, der eine Reihe von querverlaufenden Trennwänden 11 aufweist, die mit einer diametral verlaufenden Platte 12 verbunden sind, die ±1 der Umhüllung zwischen jeweils warmen und kalten Schenkeln des Bündels der Röhren 5 angeordnet sind, wobei diese Platten 11 von den Röhren des kalten Schenkels durchquert sind, durch welche das Primärfluid über die Rohrwand 4· in den Ausgangssammler 7 zurückkehrt. Das Rohrbündel 5 ist des weiteren von einem zylindrischen Mantel 13 umfaßt, der im Inneren der Umfassung angeordnet ist und sich koaxial zu diesem erstreckt, wobei dieser Mantel eine Reihe von halbkreisförmigen, zu den Platten 11 parallel verlaufenden und zwischen diesen derart angeordneten Platten 14- aufweist, damit im Inneren des Einlaß-Vorwärmers 10 ein V/eg mit Hindernissen bzw. mit Umlenkoder Prallplatten für ein Sekundärfluid, gewöhnlich Wasser, begrenzt wird, das den Generator durchquert und die Röhren berührt zum Wärmetausch mit dem letztere durchlaufenden Primärfluid zur Herstellung von Dampf. Der obere Teil des inneren Mantels 13 trägt eine Reihe von Abscheider-Vorrichtungen 15, deren Realisationsexnzelheiten für die Erfindung wenig wichtig sind, wobei diese Vorrichtungen I5 beim Mischen der

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Flüssigkeit und des Dampfs des Sekundärfluids, das sich in Berührung mit dem Rohrbündel befindet, schließlich die Trennung in eine Phase von gesättigtem Dampf gestattet, der sich im Bereich 16 unter dem oberen Boden vor dem Austritt durch eine Auslaßleitung 17 sammelt, und wobei die verbleibende flüssige Phase außerhalb des Mantels 13 in einem ringförmigen Raum 18 sich wieder sammelt, der von dem Mantel 13 und der inneren Oberfläche der Umfassung 2 begrenzt wird. In diesem ringförmigen Raum 18 sammelt sich das Sekundärwasser in flüssiger Form bis zu einem schematisch mit 19 in der Zeichnung von ^ig. 1 dargestellten Niveau, wobei dieses Niveau mittels eines zusätzlichen Zulaufrohrs 20 eingestellt werden kann, das in der Seitenwandung der Umfassung 2 vorgesehen ist.

Der innere Mantel 13 trägt an seinem unteren Ende im Bereich des "heißen Schenkels" des Rohrbündels 5» also entgegengesetzt zu dem Vorwärmer 10 eine Verteilungsplatte 21, die das von der Kammer 18 kommende Wasser bei seinem Eingang in das Rohrbündel kanalisiert und eine genaue Spülung des Fußbereichs der Röhren in Höhe der Rohrwandung 4 gestattet. Das Sekundärwasser wird dann in dem Rohrbündel nach oben bewegt, wo es zumindest teilweise verdampft wird, und von Neuem die Separatoren 15 über dem Bündel erreicht und so weiter.

Gemäß der Erfindung weist der innere Mantel 13 rechtwinklig zu dem oberen Bereich des Einlaß-Vorwärmers 10 eine große Öffnung 22 auf, die dem im wesentlichen in flüssiger Phase vorliegenden und im Inneren dieses Vorwärmers zirkulierenden Sekundärwasser gestattet umgewälzt zu werden, was den oberen Teil der ausgeströmten Menge gegen den unteren Teil 18a der ringförmigen Kammer 18 anbetrifft, um dann erneut durch den Vorwärmer hindurchzutreten. Dieser Teil 18a ist von dem in der ringförmigen Kammer 18 verbleibenden Volumen über ein System von Trennwänden abgetrennt, das eine (in der

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Zeichnung nicht dargestellte) horizontale Trennwand rechtwinklig zu dem oberen Teil des Vorwärmers und zwei vertikale Trennwände 12a und 12b (!ig. 2) in der Verlängerung der diametral angeordneten Platte 12 aufweist. Des weiteren weist die obere Platte 11a des Vorwärmers 10 eine öffnung 23 auf, so daß die verbleibende Ausströmmenge des den Vorwärmer durchlaufenden Sekundärwassers in dem Rohrbündel 5 aufsteigt und die Separator-Vorrichtungen 15 erreichen kann.

Um die fortwährende Zirkulation des Sekundärwassers in dem Vorwärmer und dem unteren Teil 18a des ringförmigen Raums 18 sicherzustellen, wird die Zufuhr dieses Wasser in diesen unteren Teil 18a durch eine Rohre 24 bewirkt, die durch eine thermische Dichtung bzw. Muffe 25 hindurchgeführt ist. Andererseits ist eine zweite Röhre 24b mit einem Verteilungsstück 24a verbunden, an die eine Reihe von Wasserzuläufen 26 angeschlossen ist, von denen jeder mit einem Stück zusammenwirkt, das das innere Profil einer Düse 27 darstellt, wobei diese Teile eine Ejektor-Pumpe klassischer Art darstellen. Aufgrund dieser Anordnung stellt die Zulaufmenge des zugeführten Sekundärwassers die Mitnahme des umgewälzten, von dem Vorwärmer 10 über den Durchgang 22 kommende Wasser zum Zurückschlagen gegen den Grund des Vorwärmers unter Druck für einen neuen Durchgang durch diesen sicher. Außerdem und gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung trägt der untere Teil 18a über den Ejektor-Pumpen eine Kuppel 28, die gestattet, daß der von dem Vorwärmer 10 kommende und mit der flüssigen Phase zum Wiederzufuhren mitgeführte Dampf über den Ejektor-Pumpen vor dem Austritt über eine im Bereich 16 mündende Röhre 29 gesammelt wird.

Die verwendeten Ejektor-Pumpen zum Sicherstellen der erneuten Zirkulation der Ausflußmenge von Sekundärwasser am Ausgang des Vorwärmers sind zum Erhalten einer vollen Leistung berechnet, wobei ein beachtlicher Rezirkulationsgrad das fort-

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laufende Umspülen der Fußbereiche der Röhren in der Nähe der Rohrwandung 4 gestattet und in dieser eine gute Gleichverteilung der Temperaturen sicherstellt und auf diese Weise die thermischen Schwierigkeiten schmälert. Wohl verstanden, der erhaltene Grad hängt von der Temperatur des zugeführten Sekundärwassers ab, d. h. von der Leistung, die zum Sicherstellen seines Vorwärmens notwendig ist, und von der zwischen dem die Fußbereiche der Röhren auf der Seite des warmen Schenkels und jenem die Fußbereiche der Röhren auf derSeite des kalten Schenkels umspülenden Sekundärwassers herrschenden Temperaturdifferenz·

Aufgrund der Wirkung des durch die Röhren 24· und 24-b erhaltenen Bypasses kann man des weiteren die Temperatur des Sekundärwassers in der Nähe der Rohrwandung auf dem minimalen Wert halten bzw. steuern, der durch die thermisch zulässigen Grenzen auf der Rohrwandung festgelegt ist, was gestattet, den maximalen Druck des Dampfs am Ausgang des Generators zu erhalten.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Dampfgenerator mit einer Umfassung bzw· Umhüll-ung mit einer vertikalen Achse, der ein U-förmiges Röhrenbündel enthält, dessen Enden jeweils quer durch eine horizontale Rohrwandung, die sich quer in der Umfassung erstreckt, mit einem Eingangs- und einem Ausgangskollektor für ein im Innern dieser Röhren zirkulierendes Primärfluid verbunden ist, die außen durch ein in die Umfassung in flüssiger Phase eingelassenes und aus dieser in der Dampfphase abgezogenes Sekundärfluid umspült sind, mit einem in der Nähe der Rohrwandung in dem mit dem Ausgangskollektor verbundenen Bereich angeordneten Vorwärmer, in welchem das Sekundärfluid mit seiner Siedetemperatur eingelassen ist, und mit einem inneren, das Röhrenbündel umgebenden Mantel, der an seinem oberen Bereich über dem Bündel von Separator-Vorrichtungen zum Trennen der von der Dampfphase mittransportierten flüssigen Phase, wobei die getrennte flüssige Phase einem ringförmigen Raum zwischen dem Mantel und der Umfassung derart zugeführt wird, daß sie beim Abfließen mit der Rohrwandung in Berührung kommt, wobei die gesamte Umwälzung in dem Dampfgenerator von Ejektor-Wasserzulauf-Pumpen unterstützt wird, die durch das Sekundärfluid bei seinem Eintritt in die Ummantelung betätigt werden, dadurch gekennzeichnet ,

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   daß der untere Teil des dem Vorwärmer (10) benachbarten, ringförmigen Raums (18) durch Trennwände (12a, 12b) von dem verbleibenden Rauminhalt dieses ringförmigen Raums (18) getrennt ist, daß der innere Mantel (13) rechtwinklig am oberen Ende des Vorwärmers (10) zumindest einen Verbindungsdurchlaß (22) zum unteren Teil des ringförmigen Raums (18) zum Umwälzen des oberen Teils der Durchflußmenge des Sekundärfluids in flüssiger Phase am Ausgang des Vorwärmers (10) aufweist und daß dieser Vorwärmer (10) ebenfalls einen anderen Durchlaß

   (33) aufweist, durch den die verbleibende Durchflußmenge in Richtung auf die Separator-Vorrichtungen (15) nach dem Durchqueren des Röhrenbündels (5) hindurchtreten kann.
2. 2. Dampfgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der untere Teil des ringförmigen Raums (18) über dem Durchgang (22), durch den die Durchflußmenge des von dem Vorwärmer (10) kommenden Sekundärfluids zugeführt wird, zumindest eine Kuppel (28) zum Auffangen des mitgefuhrten Dampfs und zumindest eine mit dem Ende dieser Kuppel (28) verbundene Röhre (29) zum Abführen des Dampfs und zur Vermeidung des Außerbetriebsetzens der Ejektor-Pumpen (26, 27) aufweist.
3. 3. Dampfgenerator gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens ein Zuleitungs-Rohrnetz für das Sekundärfluid im unteren Teil des ringförmigen Raums zur Bereitstellung eines "Bypasses" an den Wasserzuläufen der Ejektor-Pumpen.

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