DE2852019B2

DE2852019B2 - Vorrichtung für die katalytische Rekombination von radiolytisch gebildetem Wasserstoff und Sauerstoff

Info

Publication number: DE2852019B2
Application number: DE2852019A
Authority: DE
Inventors: Anders Uno Ingvar Dipl.-Ing. Upplands-Vaesby Vegeby (Schweden)
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: 1980-10-23
Also published as: SE7713884L; DE2852019A1

Description

Die beim Betrieb eines Kernkraftwerkes vom Siedwasser-Reaktortyp am Kondensator anfallenden Abgase enthalten radiolytisch gebildeten Wasserstoff und Sauerstoff in einer reaktionsfähigen Mischung, d. h. sogenanntes Knallgas. Dieses Knallgas wird rekcmbiniert, 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 /u 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 Hochdruckdarnpf vom Reaktor, der an der Turbine vorbcigeleitet wird und daher keinen Beitrag zur Energieerzeugung liefert.

Ein thermischer Rekombinator, wie er in der DE-OS 23 00 499 beschrieben ist, hat gegenüber einem katalytischer) Rekombinator erhebliche Nachteile. Vor allem ist hier die Einführung eines Verdünnungsgases, wie Stickstoff, notwendig und die Verwendung besonderer Gaspumpanlagen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Abkühlung der vom Siedewasserreaktor am Kondensator anfallenden Abgase vor Eintritt in den Rekombinator wirtschaftlicher durchzuführen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch.

In Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen dieser Vorrichtung enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Vorrichtung zur katalytisehen 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 geröhrt 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 entstellt 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 einem Temperaturanstieg von z. B. 150⁰C auf 300⁰C, 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 T.z\\ 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 Rohrleitung 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 Kondensal aus dem Kondensator 18, das aus der Leitung 22 über ein Dreiwegeventil 33 und einer Rohrleitung 34 zugeführt wird. Letztere mündet 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 Zuführleitung abgekehrten Ende angebracht sind. Die Perforicrungen 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 beispielsweise 300"C auf 120" bis 150"C abgekühlt und wird dann der oben angeführten Dampfstrahlpumpe 12 durch die Leitung 25 zugeführt.

Beim Start und auch bei bestimmten anderen Betriebszuständcn 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 Reaktors, wenn nur kleine Mengen von radiolytischcm Gas gebildet werden, werden Heizelemente 38, bevorzugt elektrische Heizkörper in Patronenform, verwendet Um die von den Heizpatronen entwickelte Wärme schnell weiterzuleiten, werden entweder Heizungsrohre oder ein Umlaufsystem für eine DampfLuft-Mischung gewählt, /weeks Konvektions-Wärmeübergang. Die elektrischen Heizpatronen können natürlich auch an anderen Orten

angeordnet werden, ζ. 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 gesarnmelt 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 dargestellt. Diese Unterlage weist einen Neigungswinkel zur Horizontalen auf, der dem Ruischwinkel der Katalysatormasse angepaßt ist. Die Höhe des Bettes wird durch das obert Blech 45 begrenzt.

Die Katalysatormasse besteht in bekannter Weise aus Trägerkörpern, die mit Platin imprägniert sind.

Als Vorteil der Erfindung ist nicht nur die Senkung des Bedarfs an Wärmeenergie (hier Kühldampf) zu

nennen, sondern darüberhinaus noch eine Reihe weiterer Vorteile. Durch die Anwendung eines Dampf-Gas-Mischers vor dem Rekombinator wird eine Förderung der Mischung ohne zusätzliche äußere Energiezufuhr erreicht.

Bei geeigneter Auslegung des Dampf-Gas-Mischers, insbesondere bei dessen Ausbildung als Dampfstrahlpumpe, wird auf einfachste Weise für einen Umlauf der Mischung gesorgt unter optimalen thermodynamischen Bedingungen.

Dies ist auch bereits kurz nach dem Start des Betriebs gewährleistet, wenn dem Dampf-Gas-Mischer durch eine Rohrleitung Reaktordampf zugeführt wird.

Dadurch, daß aus dem Rekombinierungsbehaher kommender Dampf einem Kondensator zugeleitet wird, dessen Kondensat wiederum einem direkten Wärmeaustauscher zugeführt wird, der den Rekombinaior nach- und dem Dampf-Gas-Mischer vorgeschaltet ist. ergibt sich eine intensive und wirtschaftliche Abwärnieausnutzung. Der Vorteil besserer Betriebsbedingungen in der Anfangsphase, wie er durch die Zufuhr von Reaktordampf zur Dampfstrahlpumpe ersieh ergibt, wird auch erreicht bzw. verbessert, wenn man das Katalysatorbett im Behälter des Rekonibinaiors erwärmt, z. B. mittels elektrischer Heizelemente.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für die katalytische Rekombination von radiolytisch gebildetem Wasserstoff und Sauer- ; stoff, gekennzeichnet durch den Rekombinator (14), einen direkten Wärmeaustauscher (24), einen Dampf-Gas-Mischer (12) und einem Kondensator (18) mit Dampfzufuhrleitung (17) und Kondensatleitung (22) zum direkten Wärmeaustauscher (24), ι ο wobei der direkte Wärmeaustauscher (24) dem Rekombinator (14) nach- und dem Dampf-Gas-Mischer (12) vorgeschaltet ist

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf-Gas-Mischer (12) eine Dampfstrahlpumpe ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfstrahlpumpe eine ReaktordiTipfzuleitung (13) enthält

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekombinator (14) elektrische Heizelemente (38) enthält.