DE3027507A1 - Gas cooled high temp. reactor side shield cooling - with part of cooling gas from compressor uniformly distributed to bottom of space around shield - Google Patents
Gas cooled high temp. reactor side shield cooling - with part of cooling gas from compressor uniformly distributed to bottom of space around shieldInfo
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Abstract
Description
Mit einem Gasturbosatz gekoppelter Coupled with a gas turbine set
gasgekühlter Hochtemperaturreaktor Die Erfindung betrifft einen in einer Druckbehälterkaverne installierten gasgekühlten Hochtemperaturreaktor, der mit mindestens einem in einem horizontalen Stollen unterhalb der Reaktorkaverne angeordneten Gasturbosatz gekoppelt ist, mit einem den Reaktorkern allseitig umgebenden Reflektor, der mit Abstand von einem aus Boden-, Seiten- und Deckenschild bestehenden thermischen Schild umschlossen ist, mit einem Ringraum zwischen der Kavernenwand und dem thermischen Seitenschild, durch den von dem Verdichter kommendes Kreislaufgas niedriger Temperatur (Kaltgas) geführt wird, sowie mit mehreren Heißgasleitungen, die einen oberhalb des thermischen Bodenschildes befindlichen Heißgassammelraum mit der Turbine verbinden. Gas-cooled high-temperature reactor The invention relates to an in a gas-cooled high-temperature reactor installed in a pressure vessel cavern, the with at least one in a horizontal tunnel below the reactor cavern arranged gas turbine set is coupled, with a reactor core surrounding it on all sides Reflector that is spaced apart from a base, side and ceiling shield thermal shield is enclosed, with an annulus between the cavern wall and the thermal side shield, through the cycle gas coming from the compressor low temperature (cold gas), as well as with several hot gas lines, the one above the thermal bottom shield located hot gas collecting space connect to the turbine.
Der Seitenreflektor eines Hochtemperaturreaktors muß aus hochwarmfestem Moderatormaterial wie Graphit hergestellt sein, dessen Eigenschaften jedoch keine großen Zug- und Biegebeanspruchungen zulassen. Die horizontalen Kräfte des Reaktorkerns müssen daher radial nach außen auf den thermischen Seitenschild übertragen werden, von dem sie in den Reaktordruckbehälter eingeleitet werden. Neben den stationären Kräften des Reaktorkerns muß der thermische Seitenschild auch noch die durch die Gasströmung verursachten instationären Kräfte aufnehmen, zu denen im Falle eines Kernreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Brennelemente und direkt in die Schüttung einfahrbaren Absorberstäben noch weitere in stationäre Kräfte kommen. Der thermische Seitenschild dient auch zugleich als nukleare Abschirmung für die außerhalb liegenden Bauteile.The side reflector of a high temperature reactor must be made of high temperature resistant Moderator material such as graphite can be made, but its properties have none allow large tensile and bending loads. The horizontal forces of the reactor core must therefore be transferred radially outwards to the thermal side plate, from which they are introduced into the reactor pressure vessel. In addition to the stationary Forces of the reactor core must also have the thermal side shield absorb the unsteady forces caused by the gas flow, to which in the case of a nuclear reactor with a bed of spherical fuel elements and Absorber rods that can be moved directly into the bed have additional stationary forces come. The thermal side shield also serves as a nuclear shield for the external components.
Er ist vorzugsweise aus Gußmaterial hergestellt.It is preferably made of cast material.
Die hohe Wärmeproduktion in dem Seitenreflektor eines direkt mit einer Gasturbine gekoppelten Hochtemperaturreaktors kann infolge des Wärmetransports von dem Seitenreflektor zu dem thermischen Seitenschild zu einer Uberschreitung der zulässigen Einsatztemperatur des verwendeten Gußmaterials führen, wenn nicht für eine hinreichende Kühlung des thermischen Seitenschildes gesorgt wird.The high heat production in the side reflector of a directly with a Gas turbine coupled high temperature reactor can as a result of the heat transport of the side reflector to the thermal side shield to exceed the permissible operating temperature of the casting material used lead, if not for adequate cooling of the thermal side shield is provided.
Stand der Technik ist eine Gasturbinen-Kraftanlage mit geschlossenem Gaskreislauf, die als Wärmequelle eine Hochtemperaturreaktor hat (DE-OS 26 39 877). Diese Kraftanlage besteht aufs dem Kernreaktor, der in der mit einem Liner ausgekleideten Kaverne eines Druckbehälters untergebracht ist, mindestens einer Turbine mit HD- und gegebenenfalls ND-Verdichter sowie einer Anzahl von Rekuperatoren, Vorkühlern und gegebenenfalls Zwischenkühlern. Die genannten Kreislaufkomponenten sind im gleichen Druckbehälter wie der Kernreaktor installiert. Der Liner der den Kernreaktor enthaltenden Kaverne wird mit Kreislaufgas niedriger Temperatur (Kaltgas) gekühlt, wobei das gesamte aus dem HD-Verdichter austretende Gas vor seinem Eintritt in die Rekuperatoren durch einen Ringraum zwischen dem Liner und dem thermischen Seitenschild geführt wird. Die Zuleitung des Kaltgases zu dem Ringraum erfolgt durch Gasführungsstollen, die jeweils zusammen mit einer der den Reaktorkern und die Turbine verbindenden Heißgasleitungen eine koaxiale Gasführung bilden.The state of the art is a gas turbine power plant with a closed Gas cycle, which has a high-temperature reactor as a heat source (DE-OS 26 39 877). This power plant insists on the nuclear reactor, which is lined with a liner Cavern of a pressure vessel is housed, at least one turbine with high pressure and, if necessary, LP compressors and a number of recuperators, pre-coolers and optionally intercoolers. The circuit components mentioned are the same Pressure vessels installed like the nuclear reactor. The liner of those containing the nuclear reactor The cavern is cooled with low-temperature cycle gas (cold gas) total gas emerging from the HP compressor before it enters the recuperators through an annulus between the liner and the thermal side shield guided will. The cold gas is fed to the annular space through gas ducts, each together with one of the connecting the reactor core and the turbine Hot gas lines form a coaxial gas guide.
Beim Durchströmen des Kaltgases durch den genannten Ringraum wird nicht nur der Liner der Reaktorkaverne gekühlt, sondern es wird auch die Temperatur des thermischen Seitenschildes herabgesetzt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der thermische Seitenschild nicht gleichmäßig auf seiner Außenseite mit Kaltgas beaufschlagt wird, so daß örtlich unzulässig hohe Temperaturbelastungen auftreten können.When the cold gas flows through the said annular space Not only is the liner of the reactor cavity cooled, but the temperature is also cooled of the thermal side shield. However, it has been shown that the Thermal side shield not evenly exposed to cold gas on its outside so that locally inadmissibly high temperature loads can occur.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Kühlung des thermischen Seitenschildes bei einem Hochtemperaturreaktor der eingangs beschriebenen Bauart zu verbessern, d.h. für eine gleichmäßige Umströmung des thermischen Seitenschildes mit Kaltgas zu sorgen.The object of the present invention is therefore the cooling of the thermal Side plate in a high-temperature reactor of the type described above to improve, i.e. for an even flow around the thermal side shield to provide with cold gas.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der horizontale Stollen für den Gasturbosatz durch mehrere Gasführungen mit dem Ringraum zwischen der Kavernenwand und dem thermischen Seitenschild in Verbindung steht, wobei die Gasführungen in den Boden der Kaverne eintreten, daß ein Teil des von dem Verdichter kommenden Kaltgases als Bypaß durch die genannten Gasführungen geleitet wird, während der übrige Teil des Kaltgases in an sich bekannter Weise durch Gasführungsstollen, in denen jeweils eine Heißgasleitung installiert ist, zu dem gleichen Ringraum geführt wird, und daß die Ausströmöffnungen der Gasführungen derart angeordnet sind, daß der Ringraum gleichmäßig von dem Kaltgas des Bypasses beaufschlagt wird.According to the invention this object is achieved in that the horizontal Cleats for the gas turbine set through several gas ducts with the annular space between the cavern wall and the thermal side shield is in connection, the Gas ducts enter the bottom of the cavern that part of the from the compressor incoming cold gas is passed as a bypass through said gas ducts, while the remaining part of the cold gas in a known manner through gas ducts, in each of which a hot gas line is installed, led to the same annulus is, and that the outflow openings of the gas guides are arranged such that the annular space is evenly acted upon by the cold gas of the bypass.
Durch den Kaltgas-Bypaß läßt sich die erforderliche Kühlung des thermischen Seitenschildes erzielen, ohne daß in der gesamten Anlage ein Verlust an Wirkungsgrad hingenommen werden muß. Die Qualität der Kühlung aller Flächen des thermischen Seitenschildes ist nun nicht. von der Anzahl und Anordnung der koaxialen Gas führungen (Heißgasleitungen und Gasführungsstollen) abhängig, die radikal unten aus der Reaktorkaverne austreten.The cold gas bypass allows the required cooling of the thermal Achieve side shield without a loss of efficiency in the entire system must be accepted. The quality of the cooling of all surfaces of the thermal side shield is not now. the number and arrangement of the coaxial gas lines (hot gas lines and gas ducts), which emerge radically from the bottom of the reactor cavern.
Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung kann das durch den Bypaß in die Reaktorkaverne geführte Kaltgas auch zur Kühlung des thermischen Bodenschildes ausgenutzt werden. Das Kaltgas kann durch Öffnungen am unteren Ende des thermischen Seitenschildes in den Raum unterhalb des thermischen Bodenschildes eintreten und den Bodenschild gleichmäßig umströmen.According to a further development of the invention, this can be done by the bypass Cold gas fed into the reactor cavern also for cooling the thermal bottom shield be exploited. The cold gas can through openings at the lower end of the thermal Side shield enter the space below the thermal floor shield and flow evenly around the bottom shield.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Hochtemperaturreaktors gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawing is an embodiment of the high temperature reactor shown schematically according to the invention.
Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 einen Hochtemperaturreaktor herkömmlicher Bauart mit einem Gasturbosatz und einem Teil der wärmetauschenden Apparate in einem. Vertikalschnitt, Fig.2 den unteren Teil eines Hochtemperaturreaktors gemäß der Erfindung mit Gasturbosatz,. vergrößert dargestellt.The figures show in detail: FIG. 1 a high-temperature reactor conventional design with a gas turbine set and part of the heat exchangers Apparatus in one. Vertical section, Fig.2 the lower part of a high temperature reactor according to the invention with gas turbine set. shown enlarged.
Die Figur 1 läßt einen Spannbetondruckbehälter 1 erkennen, der zylindrisch ausgeführt ist und eine zentrale Kaverne 3 aufweist. Ein in der Kaverne 3 installierter Hochtemperaturreaktor 2 ist als graphitmoderierter, heliumgekühlter Reaktor ausgeführt, dessen Brennelemente in diesem Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildet sind. Unterhalb des Reaktorkerns befindet sich ein Heißgassammelraum 4 zur Aufnahme des aus dem Kern austretenden erhitzten Gases. Uber dem Reaktorkern ist ein Warmgassammelraum 5 vorgesehen, der das aus dem Kühlgaskreislauf zurückströmende Gas aufnimmt, bevor es wieder dem Reaktorkern zugeleitet wird.FIG. 1 shows a prestressed concrete pressure vessel 1 which is cylindrical is executed and has a central cavern 3. One installed in cavern 3 High-temperature reactor 2 is designed as a graphite-moderated, helium-cooled reactor, whose fuel elements are spherical in this embodiment. Below the reactor core there is a hot gas collecting space 4 for receiving the heated gas emerging from the core. A hot gas plenum is located above the reactor core 5 is provided, which absorbs the gas flowing back from the cooling gas circuit before it is fed back to the reactor core.
Innerhalb des Spannbetondruckbehälters 1 sind auch die weiteren Komponenten des Kühlgaskreislaufs untergebracht. Diese umfassen einen in einem horizontalen Stollen 8 installierten Gasturbosatz 7 (Turbine, ED-Verdichter und HD-Verdichter) sowie je zwei Rekuperatoren 6, Vorkühler und Zwischenkühler (nicht dargestellt). Zu den Kreislaufkomponenten gehört ferner.noch ein Nachwärmeabfuhrsystem 9, das aus mehreren Kühlern 10 und Gebläsen 11 besteht. Jeder Kühler 10 ist in einem Pod 13 und jedes Gebläse 11 in einem Pod 19 untergebracht.The other components are also located within the prestressed concrete pressure vessel 1 the cooling gas circuit housed. These include one in a horizontal Tunnel 8 installed gas turbine set 7 (turbine, ED compressor and HP compressor) as well as two recuperators 6, precooler and intercooler (not shown). The circuit components also include a residual heat removal system 9, which consists of several coolers 10 and fans 11. Each cooler 10 is in a pod 13 and each fan 11 is housed in a pod 19.
Der Reaktorkern ist allseitig von einem aus Graphitblöcken zusammengefügten Reflektor umgeben, der sich aus einem Deckenreflektor 14, einem Bodenreflektor 15 und einem zylindrischen Seitenreflektor 16 zusammensetzt. Der zylindrische Seitenreflektor 16 ist mit Abstand von einem thermischen Seitenschild 17 aus Gußmaterial umschlossen, wobei ein Ringraum 18 gebildet wird. Zwischen dem thermischen Seitenschild 17 und der Wand der Kaverne 3, die mit einem metallischen Liner 20 ausgekleidet ist, befindet sich'ein weiterer Ringraum 21.The reactor core is made up of graphite blocks on all sides Surrounding reflector, which consists of a ceiling reflector 14, a floor reflector 15 and a cylindrical side reflector 16 composed. The cylindrical side reflector 16 is enclosed at a distance from a thermal side plate 17 made of cast material, whereby an annular space 18 is formed. Between the thermal side plate 17 and the wall of the cavern 3, which is lined with a metallic liner 20, is located another annulus 21.
Der Bodenreflektor 15 stützt sich (über mehrere Bodenlagen) auf einem thermischen Bodenschild 22 ab, der auf in dem Spannbetondruckbehälter 1 verankerten Stützsäulen 23 ruht. Der Bodenschild 22 schließt direkt an den thermischen Seitenschild 17 an. Mit seinem oberen Ende ist der thermische Seitenschild 17 an einem thermischen Deckenschild 24 angeschlossen.The floor reflector 15 is supported (over several floor layers) on one thermal bottom shield 22, which is anchored in the prestressed concrete pressure vessel 1 Support columns 23 rests. The bottom shield 22 connects directly to the thermal side shield 17 at. With its upper end, the thermal side plate 17 is on a thermal Ceiling sign 24 connected.
Das Nachwärmeabfuhrsystem 9 steht mit dem Reaktorkern durch mehrere Gasleitungen in Verbindung. Zu jedem Kühler 10 führt eine Gaszuführungsleitung 25, die durch den thermischen Seitenschild 17 verlegt ist. Jeder Pod 19 ist durch eine Gasabführungsleitung 26 mit dem Warmgassammelraum 5 verbunden.The residual heat removal system 9 is connected to the reactor core by several Gas pipes in connection. A gas supply line 25 leads to each cooler 10, which is routed through the thermal side plate 17. Each pod 19 is through one Gas discharge line 26 is connected to the hot gas collecting space 5.
Zwei Gasführungsstollen 27 (von denen nur einer gezeigt ist) verbinden den horizontalen Stollen 8 für den Gasturbosatz 7 mit der Reaktorkaverne 3, und in jedem der Stollen 27 ist eine Heißgasleitung 28 installiert. Die beiden Heißgasleitungen 28 sind auf der einen Seite je an einem Turbineneintrittsstutzen angeschlossen und stehen auf der anderen Seite mit dem Heißgassammelraum 4 in Verbindung.Connect two gas guide lugs 27 (only one of which is shown) the horizontal tunnel 8 for the gas turbine set 7 with the reactor cavern 3, and A hot gas line 28 is installed in each of the tunnels 27. The two hot gas lines 28 are each connected to a turbine inlet nozzle on one side and are on the other hand with the hot gas collecting space 4 in connection.
Im oberen Teil des Spannbetondruckbehälters 1 befinden sich zwei weitere Gasführungsstollen 29, in denen je eine Warmgasleitung 30 angeordnet ist. Die beiden Warmgasleitungen 30 sind auf der einen Seite mit dem Warmgassammelraum 5 verbunden; auf der anderen Seite schließen sie sich an je einen der beiden Rekuperatoren 6 an, die jeweils in einem Pod 31 installiert sind. Die Gasführungsstollen 29 dienen zur Führung von Kaltgas und stehen jeweils mit dem Verteiler eines der beiden Rekuperatoren 6 in Verbindung.In the upper part of the prestressed concrete pressure vessel 1 there are two more Gas guide tunnel 29, in each of which a hot gas line 30 is arranged. The two Hot gas lines 30 are connected on one side to the hot gas collecting space 5; on the other side, they each connect to one of the two recuperators 6 each installed in a pod 31. The gas guide tunnel 29 are used for guiding cold gas and each with the distributor of one of the two recuperators 6 in connection.
Aus dem Heißgassammelraum 4 strömt das erhitzte Gas durch die Heißgasleitungen 28 zur Turbine, entspannt sich und tritt dann unten in die Rekuperatoren 6 ein, deren Bündelrohre es von unten nach oben umströmt. Dabei wird es von dem in den Bündelrohren strömenden Kaltgas hohen Druckes heruntergekühlt, zu den Kühlern weitergeführt und hier auf die unterste Prozeßtemperatur rückgekühlt. Darauf wird das kalte Gas zum ND-Verdichter geleitet und danach den Zwischenkühlern zugeführt. Sodann wird das Gas im HD-Verdichter auf den maximalen Prozeßdruck von 72 bar angehoben.The heated gas flows from the hot gas collecting space 4 through the hot gas lines 28 to the turbine, relaxes and then enters the recuperators 6 below, whose bundle tubes it flows around from bottom to top. It is used by the one in the Bundled tubes of flowing cold gas of high pressure are cooled down and passed on to the coolers and here cooled back to the lowest process temperature. Then the cold gas routed to the LP compressor and then fed to the intercoolers. Then will the gas in the HP compressor is raised to the maximum process pressure of 72 bar.
Mit einer Temperatur von 108 OC tritt das Kaltgas in die Gasführungsstollen 27 ein, in denen es außen an den Heißgas leitungen 28 entlang nach oben strömt und in den Ringraum 21 gelangt. Hier werden der Liner 20 und die Außenseite des thermischen Seitenschildes 17 direkt mit dem Kaltgas beaufschlagt, wobei jedoch infolge des ungleichmäßigen Einströmens des Kaltgases in den Ringraum 21 keine gleichmäßige Kühlung von thermischem Seitenschild 17 und Liner 20 erfolgt.The cold gas enters the gas duct at a temperature of 108 OC 27 a, in which it flows outside of the hot gas lines 28 along upwards and enters the annular space 21. This is where the liner 20 and the outside of the thermal Side plate 17 applied directly to the cold gas, but as a result of the uneven inflow of the cold gas into the annular space 21 is not a uniform one The thermal side plate 17 and the liner 20 are cooled.
Aus dem Ringraum 21 gelangt das kalte HD-Gas durch die Gasführungsstcllen 29 in die Rekuperatoren 6; dabei strömt es außen an den Warmgasleitungen 30 entlang. Auf die einzelnen Bündelrohre der Rekuperatoren 6 verteilt, strömt das Gas nach unten und nimmt von dem mantelseitig entgegenströmenden Turbinenabgas Wärme auf. Nunmehr wird das Gas als Warmgas den Warmgasleitungen 30 zugeführt, in denen es in den Warmgassammelraum 5 zurückgeleitet wird.The cold HP gas passes from the annular space 21 through the gas guide points 29 in the recuperators 6; in the process, it flows along the outside of the hot gas lines 30. Distributed over the individual bundle tubes of the recuperators 6, the gas continues to flow below and absorbs heat from the turbine exhaust gas flowing in the opposite direction on the shell side. Now the gas is supplied as hot gas to the hot gas lines 30 in which it is returned to the hot gas collecting chamber 5.
Von gleicher Bauart wie eben beschrieben ist der in der Fig.The one in Fig.
2 dargestellte Hochtemperaturreaktor, mit einem wesentlichen, die Erfindung ausmachenden Unterschied. Um die Kühlung des thermischen Seitenschildes 17 zu verbessern, sind bei diesem Reaktor mehrere Gasführungen 32 vorgesehen, die den horizontalen Stollen 8 für den Gasturbosatz 7 unmittelbar mit dem Ringraum 21 verbinden (die Gasführungen 32 sind in der Fig. 2 versetzt gezeichnet).2 illustrated high temperature reactor, with an essential that Invention that makes the difference. To cool the thermal side shield To improve 17, several gas ducts 32 are provided in this reactor, which the horizontal tunnel 8 for the gas turbine set 7 directly with the annular space 21 connect (the gas ducts 32 are drawn offset in FIG. 2).
Die Gasführungen 32 münden in den Boden der Kaverne 3 ein, und ihre Anordnung ist so getroffen, daß ein aus den Ausströmöffnungen 33 der Gasführungen 32 austretendes Gas den thermischen Seitenschild 17 gleichmäßig beaufschlagt. Bei diesem Gas handelt es sich um aus dem HD-Verdichter 36 kommendes Kaltgas, das einen Bypaß zu dem durch die Gasführungsstollen 27 strömenden Kaltgas bildet. Das Kaltgas des Bypasses bewirkt eine gleichmäßige Kühlung des thermischen Seitenschildes 17.The gas ducts 32 open into the bottom of the cavern 3, and their The arrangement is made so that one out of the outflow openings 33 of the gas ducts 32 escaping gas applied evenly to the thermal side plate 17. at This gas is the cold gas coming from the HP compressor 36, the one Forms bypass to the cold gas flowing through the gas duct 27. The cold gas the bypass causes uniform cooling of the thermal side plate 17.
Unter dem thermischen Bodenschild 22, der gleichzeitig als Bodenplatte des Reaktorkerns dient, befindet sich ein freier Raum 34, durch den die Stützsäulen 23 geführt sind. Dieser Raum wird ebenfalls mit Kaltgas des Bypasses beaufschlagt, um den thermischen Bodenschild 22 und die Stützsäulen 23 gleichmäßig zu kühlen. Das Kaltgas gelangt durch Öffnungen 35 in dem thermischen Seitenschild 17 in den Raum 34. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel stützt sich der thermische Seitenschild 17 über Rollenlager 37 auf dem Boden der Kaverne 3 ab, und der freie Zwischenraum im Bereich der Rollenlager 37 bildet die öffnungen.35 für den Durchtritt des Kaltgases.Under the thermal bottom shield 22, which also acts as the bottom plate serves the reactor core, there is a free space 34 through which the support columns 23 are performed. This space is also pressurized with cold gas from the bypass, to evenly cool the thermal bottom shield 22 and the support columns 23. The cold gas passes through openings 35 in the thermal side plate 17 into the Room 34. In the illustrated embodiment, the thermal side shield is supported 17 on roller bearings 37 on the floor of the cavern 3, and the free space in the area of the roller bearing 37 forms the openings 35 for the passage of the cold gas.
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| DE3027507A1 true DE3027507A1 (en) | 1982-02-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HOCHTEMPERATUR-REAKTORBAU GMBH, 4600 DORTMUND, DE |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |