DE2852019A1

DE2852019A1 - Verfahren und vorrichtung zum katalytischen rekombinieren von radiolytisch gebildetem wasserstoff und radiolytisch gebildetem sauerstoff

Info

Publication number: DE2852019A1
Application number: DE19782852019
Authority: DE
Inventors: Anders Uno Ingvar Vegeby
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1977-12-07
Filing date: 1978-12-01
Publication date: 1979-06-13
Also published as: DE2852019B2; SE7713884L

Description

'Verfahren und Vorrichtung zum katalytischen Rekombinieren
von radiolytisch gebildetem Wasserstoff und radiolytisch gebildetem Sauerstoff" Die beim Betrieb eines Kernkraftwerkes vom Siedewasser-Reaktortyp am Kondensator anfallenden Abgase enthalten radiolytisch gebildeten Wasserstoff und Sauerstoff in einer reaktionsfähigen Mischung, d.h. sogenanntes Knallgas. Dieses Knallgas wird rekombiniert, indem es durch ein Katalysatorbett geleitet wird, wobei eine Reaktion zu Wasserdampf bei einer niedrigeren Temperatur als bei üblicher Verbrennung stattfindet. Normalerweise wird das Knallgas mit Wasserdampf verdünnt, teils um ein Partialdruckverhältnis zu erhalten, das Knallgasexplosionen verhindert ( die Kondensatorabgase enthalten auch noch Luft in nicht vernachlässigbarer Menge) und teils um einen zu großen Temperaturanstieg zu verhindern.
Dieser Dampf mit mäßiger Temperatur wird zusammen mit dem bei der Reaktion entstandenen Dampf hinter dem Rekombinator einem Kondensator zugeführt. Das Dampfgemisch besteht normalerweise aus Hochdruckdampf vom Reaktor, der an der Turbine vorbeigeleitet wird und daher keinen Beitrag zur Energieerzeugung liefert.
Es ist daher wirtschaftlich wünschenswert den Dampfverbrauch zu senken. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, hierfür ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs enthaltenen Merkmale.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Zeichnung des Ausführungsbeispiels zeigt schematisch eine Vorrichtung für die Rekombination von Knallgas in den Kondensatorabgasen eines Siedewasser - Reaktors.
Die radiolytisch gebildeten Gase werden zusammen mit geringen Leckluftmengen durch eine Rohrleitung 11, gewöhnlich bei geringem Unterdruck, zu einer Dampfstrahlpumpe 12 geführt.
Reaktordampf für den Betrieb der Dampfstrahlpumpe wird durch eine Rohrleitung 13 geführt. Außerdem wird durch eine Rohrleitung 25 Dampf zugeführt, der sich bei früherer Rekombination gebildet hat und abgekühlt worden ist. Die Mischung von Knallgas, Leckluft, Reaktordampf und abgekühltem Dampf wird durch die Dampfstrahlpumpe geleitet, wobei eine gewisse Drucksteigerung entsteht, hin zu einem Rekombinationsbehälter 14, der im allgemeinen aus einem waagerecht angeordneten Zylinder besteht. Dieser Zylinder enthält ein Bett mit Katalysatormaterial 15, das auf einer perforierten Unterlage 16 aufgebracht worden ist, z.B. durch Aufschütten auf ein Blech, wobei die Schüttung durch ein Deckblech 45 abgedeckt ist. In diesem Katalysatorbett entsteht Wasser durch die Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff aus dem durchgeleiteten Gas mit 0 0 einem Temperaturanstieg von z.B. 150 C auf 300 C, wenn man eine entsprechende Menge von kühlendem Dampf aus den Leitungen 13 und 25 zuführt. Das gebildete Wasser liegt dann als überhitzter Wasserdampf vor. Nach der Rekombination wird ein geringer Teil der resultierenden Dampf- Gas- Mischung durch eine Rohrleitung 17 an einen Kondensator 18 geleitet und weiter von dort zur Nachbehandlung durch eine Rohrleitung 19.
Der Kondensator wird durch das Prozesswasser gekühlt, das durch eine Rohrleitung 20 zugeführt und durch eine Rohrleitung 21 abgeführt wird. Das Kondensat, das sich im Kondensator bildet, wird durch eine Rohtleitung 22 abgeführt.
Der Großteil der Dampf-Gas-Mischung hinter dem Rekombinator wird durch eine Leitung 23 einem Dampfkühler 24 zugeleitet.
In diesem Kühler passiert die Dampf-Gas-Mischung labyrintartig angeordnete Mulden 26 bis 29, in direktem Kontakt mit dem Kondensat aus dem Kondensator 18, das aus der Leitung 22 über ein Dreiwegeventil 33 und einer Rohrleitung 34 zugeführt wird. Letztere ründet in der oberen Mulde 29. Das Kondensat fällt so von einer Mulde in die andere durch die Perforierungen in den Mulden, die vorzugsweise an dem der Zufuhrleitung abgekehrten Ende angebracht sind. Die Perforierungen bilden dabei Sprühköpfe 30 bis 32 zum Duschen mit Kondensat. Das Kondensat wird danach von der untersten Mulde 26 durch eine Rohrleitung 35 und einen Kondensatableiter 36 abgeführt. Der Dampf wird im Dampfkühler 24 von beiepielsweise 3000C auf 1200 bis '1500C abgekühlt und wird dann der oben angeführten Dampfstrahlpumpe 12 durch die Leitung 25 zugeführt.
Beim Start und auch bei bestimmten anderen Betriebszuständen ist eine Kühlung des Dampfes im Dampfkühler nicht wünschenswert. In diesen Fällen wird das Dreiwegeventil 33 in eine solche Lage eingestellt, daß das Kondensat direkt vom Kondensator 18 in die Abflußleitung 35 und den Kondensatableiter 36 geführt wird. - Hauptsächlich wegen der Anfangserwärmung des Katalysatorbettes 15, aber auch bei z.B. niedriger Leistungsentnahme des Rekators, wenn nur kleine Mengenvon radiolytischem Gas gebildet werden, werden Heizelemente, bevorzugt elektrische Heizkörper in Patronenforms verwendet. Um die von den Heizpatronen entwickelte Wärme schnell weiterzuleiten, werden entweder Heizungsrohre oder ein Umlaufsystem für eine Dampf-Luft-Mischung gewählt, zwecks Konvektions-Wärmeübergang.
Die elektrischen Heizpatronen können natürlich auch an anderen Orten angeordnet werden, z.B. in der Leitung 25.
Eine schnelle Erwärmung beim Start wird dadurch erreicht, daß der Dampf zur Dampfstrahlpumpe 12 durch die Leitung 13 zugeführt wird. Somit wird in einem frühen Stadium der Erwärmung eine gewisse Kondensatmenge gebildet, die in einem Wasserabscheider 39 gesammelt und über einen Kondensatableiter 40 abgeführt wird.
Die Katalysatormasse für den Rekombinationsbehälter 14 kann durch einen oder mehrere spezielle Anschlüsse 41 mit zugehörigen Absperrventilen 42 aufgefüllt werden. Die Entleerung des Katalysatormaterials geschieht durch die Anschlüsse 43 mit Absperrventilen 44. Da das Katalysatorbett in einem liegenden Zylinder angeordnet ist, verringert sich der Platzbedarf des Rekombinationsbehälters 14, und gleichzeitig der der Unterlage 16, die das tragende Element für das Katalysatorbett darstellt. Diese Unterlage weist einen Neigungswinkel zur horizontalen auf, der dem Rutschwinkel der Katalysatormasse angepaßt ist. Die Höhe des Bettes wird durch das obere Blech 45 begrenzt.
Die Katalysatormasse besteht in bekannter Weise aus Trägerkörpern, die mit Platin imprägniert sind.
Abwandlungen der Erfindung können vorgenommen werden, ohne hierdurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zur Erfindung gehören ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der dargestellten, beschriebenen und beanspruchten Merkmale, auch in Kombination mit bekannten Elementeu.

Claims

"Verfahren und Vorrichtung zum katalytischen Rekombinieren von radiolytisch gebildetem Wasserstoff und radiolytisch gebildetem Sauerstoff" Patentansprüche 1. Verfahren zum katalytischen Rekombinieren von radiolytisch gebildetem Wasserstoff und radiolytisch gebildetem Sauerstoff bei der Behandlung der Kondensatorabgase eines Siedewasser-Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Abgasen enthaltene Wasserdampf ganz oder teilweise einem Kühler zugeführt und nach der Kühlung in den Rekombinator zurückgeleitet wird, um dort als Temperaturmoderator während der Oxidierung zu dienen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wasserdampfumlauf eine Dampfstrahlpumpe verwendet wird, um damit einen Druckanstieg zu erzielen zur Kompensation des Verlustes beim Durchgang des Wasserdampfes durch das Katalysatormaterial und durch den Dampfkühler,
3, Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem in den Rekombinator zurückgeleiteten Wasserdampf enthaltenes Knallgas mit dem Dampf gemischt wird, bevor er in die Dampfstrahlpumpe eintritt oder wenn er diese verläßt.
4. Vorrichtung für die Rekombinierung von Knallgas zu Wasser mittels eines Katalysators in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Rekombinierungsbehälter (14) ein Dampfkühler (24) angeordnet ist, zur Kuhlung des bei der Rekombinierung gebildeten Wasserdampfes und daß vom Dampfkühler eine Verbindungsleitung (25) zum Rekombinierungs behälter (14) für die Rückführung des gekühlten Dampfes vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (23) den Rekombinierungsbehälter (14) mit dem Dampfkühler (24) verbindet und eine Zweigleitung (17) einen Teil des vom Rekombinierungsbehälter (14)kommenden Dampfes an einen Kondensator (18)leitet, von dem aus eine Kondensatleitung (22) zum Dampfkühler (24) rückgeführt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Umlaufanlage (12) für den gekühlten Dampf.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufanlage (12) mit dem Rekombinierungsbehälter (14) über die Zufuhrleitung verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufanlage (12) das Knallgas mit dem gekühlten Dampf mischt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufanlage (12) eine Dampfstrahlpumpe ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatormaterial (15) im Rekombinator auf einer schrägen, perforierten Unterlage (16) angeordnet ist, deren Neigungswinkel im wesentlichen dem Rutschwinkel des Katalysatormaterials (15) entspricht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekombinierungsbehälter (14) ein liegend angeordneter Zylinder ist und daß die Unterlage (16) des Katalysatormaterials (15) so angeordnet ist, daß es im wesentlichen gleichmäßig über einen Längsschnitt im Durchmesser des Zylinders verteilt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10,oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (16) für das Katalysatormaterial (15) mit Anschlüssen (41, 43) im Rekombinierungsbehälter (14) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine obere perforierte Platte (45) vorgesehen ist, um dem Katalysatormaterial (15) eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Unterlage (16) zu geben.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Katalysatormaterial (15) gleichmäßig verteilt Heizelemente angeordnet sind.