DE3209642A1 - Prozesswaermeerzeugungsanlage fuer die gemeinsame erzeugung von hochtemperaturwaerme und prozessdampf - Google Patents

Prozesswaermeerzeugungsanlage fuer die gemeinsame erzeugung von hochtemperaturwaerme und prozessdampf

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DE3209642A1 DE19823209642 DE3209642A DE3209642A1 DE 3209642 A1 DE3209642 A1 DE 3209642A1 DE 19823209642 DE19823209642 DE 19823209642 DE 3209642 A DE3209642 A DE 3209642A DE 3209642 A1 DE3209642 A1 DE 3209642A1
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Description

  • Prozesswärmeerzeugungsanlage für die gemeinsame Erzeugung
  • von Hochtemperaturwärme und Prozessdampf Die Erfindung betrifft eine Prozesswärmeerzeugungsanlage für die gemeinsame Erzeugung von Hochtemperaturwärme und Prozessdampf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aehnliche Anlagen ohne Prozessdampferzeugung finden insbesondere bei der endotherm ablaufenden Kohlevergasung Anwendung, für die vorteilhaft Nuklearenergie als Wärmequelle verwendet werden kann. Dabei kann jedoch das als Re akt orküh lmit tel in einem Hocht emperaturreaktor dienende Gas, für das vorzugsweise Helium in Frage kommt, nicht direkt verwendet werden, obwohl man bei solchen Reaktoren auf weitere Sicht Temperaturen von ca. 9500 zu erreichen hofft, die für den beispielsweise oben erwähnten Prozess erforderlich sind. Aus Sicherheitsgründen, namentlich im Hinblick auf radioaktive Verseuchung, müsste der Prozesswärmeteil als Sekundärkreis durch einen Wärmeaustauscher vom Reaktor als Primärkreis isoliert werden. Für das genannte hohe Temperaturniveau bietet die Werkstofftechnik aber beim gegenwärtigen Stand der Technik noch keine für diesen Zweck praktisch brauchbaren Materialien. Dazu käme, wenn Helium ohne Wärmetauscher für den besagten Prozess verwendet werden würde, dass es bei einer Austrittstempe- ratur nach dem Prozess von immer noch um die 750 0C nicht als Reaktorkühlmittel verwendet werden könnte, da es zu diesem Zweck weiter auf 400 bis 3000C abgekühlt werden müsste.
  • Eine für eine solche Aufgabe bestimmte Gasturbinenanlage ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 826 315 bekannt. Sie weist einen Primärkreis auf mit einer Wärmequelle, einem Wärmeübertrager und einem Umwälzgebläse, weiters einen Sekundärkreis, der über den genannten Wärmeaustauscher mit dem Primärkreis zusammenwirkt und von mindestens je einem Verdichter und Wärmeübertrager für das Prozessgas und einer Expansionsturbine gebildet wird, sowie einen Antriebskreislauf mit einer Gasturbine, mindestens einem Kühler und einem Verdichter.
  • Die Kühlgastemperatur am Austritt aus dem Reaktor ist bei der in Fig. 6 dieser Offenlegungsschrift gezeigten Schaltung so tief, dass das Gas ohne vorherige Expansion in den Wärmeübertrager des Primärkreises geleitet werden kann. Da zum Antrieb der Umwälzpumpe im Primärkreis und des Prozessgasverdichters im Sekundärkreis mechanische Energie benötigt wird, ist innerhalb des Primärkreises ein eigener Antriebskreis in Form einer Gasturbinenanlage vorgesehen. Diese aus Turbine, Verdichter, Generator und Kühler bestehende Gasturbinenanlage ist dabei so dimensioniert, dass ihre Leistung den Energiebedarf für die Strömungsmaschinen des Primär- und Sekundärkreises deckt.
  • Dieser Anlagenschaltung haften einige schwerwiegende Nachteile an: Vor allem befinden sich sämtliche Maschinen und Apparate des genannten Antriebskreises im Nuklearkreis, was die Unterbringung und Wartung erschwert. Weiters muss die ganze Nutzenergie elektrisch erzeugt und dann in mechanische zurückverwandelt werden, was mit Verlusten ver- bunden ist und zudem grosse elektrische Maschinen bedingt.
  • Ferner treten bei der Einführung des Mediums vom Antriebskreis in den Primärkreis Mischverluste auf. Und schliesslich sind thermodynamische Verluste unvermeidlich, da die Expansionsturbine im Sekundärkreis infolge der hohen sekundärseitigen Temperatur des Prozessgases vor dem Eintritt in den Wärmeübertrager nur ein geringes Druckverhältnis aufweisen kann.
  • Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde von anderer Stelle vorgeschlagen, den Primärkreis so zu vereinfachen, dass für den Primärkreis und den Antriebskreis nicht dasselbe Kreislaufmedium verwendet werden muss, was durch Abzweigung eines Teiles des im Sekundärkreis aufgeheizten Prozessgases in den Antriebskreis und Einführung des restlichen Prozessgases in den Antriebskreis bewerkstelligt wird, nachdem letzteres auf wenigstens annähernd den gleichen Zustand wie das in den Antriebskreis abgezweigte Gas gebracht worden ist. Die gesamte, im Antriebskreis vereinigte Gasmenge wird dann vor dem Wiedereintritt in den Sekundärteil des Wärmeaustauschersin einem Rekuperator vorgewärmt. Der Sekundärkreis weist sodann noch eine Expansionsturbine auf, die neben dem Prozessgasverdichter einen Generator zur Erzeugung des zum Antrieb des Umwälzgebläses benötigten Stromes antreibt.
  • Der Hauptvorteil dieser Konzeption wird darin gesehen, dass neben der freien Wahl der Wärmequelle im Primärkreis nicht nur eine Gaskühlung,sondern auch Metallkühlung, beispielsweise mit Natrium unter Atmosphärendruck, angewendet werden kann.
  • Gegenüber dem vorstehend skizzierten Stand der Technik entstand die vorliegende, im kennzeichnenden Teil des Patent- anspruchs 1 definierte Erfindung aus der Aufgabe, zusätzlich zum Gasturbinenkreis einen sekundären Dampfturbinenkreis so zu integrieren, dass er neben der Erzeugung der Leistung für den Motor des Prozessgasverdichters sowie grosser Mengen von Hochdruckprozessdampf, wie sie insbesondere für die Kohlevergasung benötigt werden, erforderlichenfalls auch Strom für allgemeine Zwecke liefern kann, wobei die Anlage vorübergehend auch als reiner Stromerzeuger zu betreiben und der Prozesswärmeteil auch bei Teillast mit Nenntemperaturen zu fahren sein soll.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In der Zeichnung stellen dar: Fig. 1 und 2 das Schema einer erfindungsgemässen Anlage und die Fig. 3 eine Variante einer solchen Anlage, schematisch dargestellt.
  • Falls mit einer gegenständlichen Anlage Hochtemperaturprozesswärme für die Kohlevergasung erzeugt werden soll, so wird dafür eine Temperatur zwischen 950 und 750°C benötigt.
  • Bei Verwendung eines Kernreaktors als Energiequelle ist es aus den eingangs bei Besprechung des Standes der Technik genannten Gründen erforderlich, zwischen dem Reaktorblock einerseits und dem Dampfturbinenblock bzw.
  • Prozesswärmeblock andererseits Isolationswärmeaustauscher vorzusehen, deren Warmfestigkeit bei annehmbarer Lebensdauer beim heutigen Stand der Werkstofftechnik nur Temperaturen bis ca. 8000C erlaubt. Um die für die Kohlevergasung verlangte höhere Temperatur von z.B. 9500C zu erhalten, kann man, wie bekannt, diese Temperaturspanne durch einen Wärmepumpenprozess überbrücken. Bei der erwähnten Erwärmung des Mediums in einem Sekundärkreis wird z.B. das wärmetransportierende Mittel im Reaktorkreis von 8000C auf ca. 67500 abgekühlt.
  • Mit letzterer Temperatur lässt sich die Reaktorwärme zur Erzeugung von hochwertigem Dampf nutzen, der in einer Dampfturbine zum Antrieb der Wärmepumpe, des Umwälzgebläses im Reaktorblock und sonstiger Hilfseinrichtungen verwendet werden kann, wobei der Wärmeträger im Reaktorkreis beispielsweise auf ca. 3400C abgekühlt werden kann.
  • Im Falle, dass der Dampfturbine Prozessdampf entnommen wird, so kann durch die Vorwärmung des dann erforderlichen Speisewassers auf ca. 2000C die Reaktorwärme bis auf ca.
  • 2500C herunter ausgenützt werden.
  • Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anlage für die Ausführung eines solchen Prozesses sind der Reaktorblock, der Dampfturbinenblock und der Prozesswärmeblock mit beziehungsweise 1, 2 und 3 bezeichnet. Im Reaktorblock 1 bezeichnet 4 einen Reaktor, 5 einen Wärmeaustauscher zwischen dem Reaktor und dem Dampfturbinenblock, 6 einen Wärmeaustauscher zwischen dem Reaktorblock und dem Prozesswärmeblock und 7 ein von einem Elektromotor 8 angetriebenes Umwälzgetriebe.
  • Die reaktorseitigen Teile der beiden Wärmeaustauscher sind mit 5r und 6r, der turbinenseitige Wärmetauscherteil ist mit 5t und der prozesswärmeseitige Wärmetauscherteil mit 6p bezeichnet.
  • Die Aufteilung der WErmeübertragung auf zwei Wärmeaustauscher hat vor allem betriebliche Vorteile. Sie ermöglicht es, den Reaktorblock 1 über den Wärmeaustauscher 5 mit dem Dampfturbinenblock 2 allein bei stillgesetztem Prozesswärmeblock 3 zu betreiben, wobei dann die Gastemperatur am Reaktoraustritt auf die für die Dampferzeugung erforderliche bzw. höchstzulässige Temperatur begrenzt wird. Im Dampfturbinenblock sind die Hauptteile eine dreigehäusige Dampfturbine 9, die zum Antrieb des Generators 10 dient, der die Eigenverbraucher, wie einen Motor zum Antrieb des Prozessgasverdichters,den Motor 8 für das Umwälzgebläse 7, einen Elektromotor 11 für eine Speisewasserpumpe 12 usw. versorgt, darüber hinaus aber parallel an ein Versorgungsnetz geschaltet werden kann.
  • Die Aufteilung der Wärmeübertragung auf zwei Wärmeaustauscher 5 und 6 ist natürlich auch deswegen erforderlich, weil man dadurch, unabhängig vom Wärmeträger des Dampfturbinenblocks, im Prozesswärmeblock das für den jeweils durchzuführenden Prozess geeignetste Fluid verwenden kann.
  • Weitere wichtige Elemente im Dampfturbinenblock sind ein Regelventil 13 für die Dampfzufuhr zur Turbine 9, ein Kondensator 14, ein lloctldruekvorwSrmer 15, eine Dampf- -bypassleitung 16 mit einem Dampfbypassventil 17, eine das Regelventil 13 und ein Entnahmeventil 18 beeinflussende Regeleinrichtung 19, ferner ein Dampfspeicher 20 mit einem Ventil 21 in seiner Dampfleitung 22 und eine von dieser abzweigende Prozessdampfleitung 23 zur Lieferung von Dampf für Prozesszwecke.
  • Vom Generator 10 werden über elektrische Leitungen 24 und 25 der Elektromotor 8 für das Umwälzgebläse 7 des Reaktorblocks sowie ein Umrichter 26 für einen zum Prozesswärmeblock gehörenden Elektromotor 27 gespeist. Der Motor 27 dient der Unterstützung einer Turbine 28 der Hochtemperaturwärmepumpe des Prozesswärmeblocks, die von dieser Turbine 28 und einem Verdichter 29 gebildet wird. Weitere wichtige Komponenten des Prozesswärmeblocks sind ein Prozesswärmeverbraucher 30, ein Gasdruckspeicher 31 zur Druckpegelregelung durch Veränderung der Gasfüllmenge im Prozesswärmekreislauf, Ventile 32 und 33 zur Füllung bzw.
  • Entleerung des Speichers 31, ferner Kühler 34 und 35 für Maschinenkühlgas und Speichergas sowie Regelelemente, auf die bei der folgenden Beschreibung der Wirkungsweise der Anlage eingegangen wird.
  • Sobald nach dem Anfahren der Anlage der Reaktorblock 1 einen Betriebszustand erreicht hat, bei dem er im turbinenseitigen Wärmeaustauscherteil 5t den für den Betrieb der Dampfturbine erforderlichen Dampf erzeugen kann, wird der Dampfturbinenblock in Betrieb genommen und mit dem vom Generator 10 gelieferten Strom wird über den Umrichter 26 durch den Elektromotor 27 die Hochtemperaturwärmepumpe 28 + 29 hochgefahren und ihre Drehzahl geregelt. Gleichzeitig wird dabei die Reaktoraustrittstemperatur fortlaufend bis auf ihren Nennwert, z.B. auf 8000C, erhöht.
  • Falls in dieser Phase im Dampfturbinenblock überschüssiger Dampf anfällt, so kann dieser entweder in den Dampfspeicher 20 oder über die Bypassleitung 16 und das Bypassventil 17 in den Kondensator 14 geleitet werden.
  • Die Leistungsregelung kann im Reaktorkreis durch Drehzahländerungen des Umwälzgebläses 7, im Prozesswärmekreis durch Veränderung der Gasfüllmenge, d.h., durch Regelung des Druckpegels im Kreislauf, erfolgen, während die Leistung im Dampfturbinenkreis durch Aenderung der Speisepumpendrehzahl geregelt oder gesteuert werden kann.
  • Da neben der im Prozesswärmeblock erzeugten Prozesswärme ausserdem im Dampfturbinenkreis Prozessdampf erzeugt wird, ist eine Regelung der Leistung des Generators 10 in Abhängigkeit vom Prozessdampfstrom erforderlich. Diese geschieht durch Veränderung der Kühlgastemperatur am Eintritt in den Reaktor 4, indem der Hochdruckvorwärmer 15 geregelt und damit die Temperatur im turbinenseitigen Wärmetauscherteil 5t des Wärmeaustauschers 5 beeinflusst wird. Dadurch kann das Verhältnis der Lcistungen der beiden Wärmeaustauscher 5 und 6 verändert werden, ohne dass dabei z.B. die Temperaturverhältnisse im Prozesswärmekreis gestört werden.
  • Ein Regelvorgang läuft beispielsweise folgendermassen ab: Zeigt etwa die Temperatur des Prozessgases, bei dem es sich hier um Helium handeln möge, sinkende Tendenz, so weist dies auf ein Wärmemanko hin. Von einem Temperaturfühler 36 erhält dann das Auslassventil 33 einen Oeffnungsimpuls, wodurch Helium aus dem Gasdruckspeicher 31 vor den Verdichter 29 strömt. Im Speicher 31 wird über eine Prozesgaszweigleitung 37, den Kühler 35 und das Einlassventil 32 ein Zwischendruckniveau des Wärmepumpenkreislaufes aufrechterhalten, wobei der Oeffnungsimpuls für das Einlassventil 32 bei steigender Tendenz der Heliumtemperatur nach dem Prozesswärmeverbraucher 30 ebenfalls vom Temperaturfühler 36 ausgelöst wird.
  • Durch das aus dem Speicher 31 in den Wärmepumpenkreislauf einströmende Helium wird das Druckniveau und damit bei konstanter Drehzahl der Wärmepumpe der Heliummassenstrom erhöht, wodurch sich die Temperatur am Ausgang des Prozesswärmeverbrauchers 30 wieder erhöht.
  • Die Heliumtemperatur vor dem Prozesswärmeverbraucher 30 wird über die Drehzahl der Wärmepumpe 28 + 29 geregelt, wobei von einem Temperaturfühler 38 und einer Signalleitung 39 der Umrichter 26 entsprechend gesteuert wird.
  • Der erhöhte Heliummassenstrom im Wärmepumpenkreislauf entzieht nun dem Wärmeaustauscher 6 und damit dem Reaktorkühlkreislauf mehr Wärme und infolgedessen zeigt die Temperatur nach dem reaktorseitigen Wärmetauscherteil 6r sinkende Tendenz, so dass zum Ausgleich die Drehzahl des Reaktorumwälzgebläses 7 und der Neutronenfluss des Reaktors entsprechend erhöht werden müssen. Um dabei Verzögerungen im Regelkreis und damit die Gefahr von Instabilitäten im ganzen System auszuschalten, werden die Drehzahl des Reaktorumwälzgebläses 7 und der Sollwert des Neutronenflusses proportional zur Drehzahl und zum Eintrittsdruck der Gasturbine 28 der Wärmepumpengruppe gesteuert, wobei die Reaktoraustrittstemperatur als Störgrösse aufgeschaltet wird. Die Hauptbestandteile der zugehörigen Regeleinrichtung sind ein Temperaturfühler 40 am Reaktoraustritt, ein Druckgeber 141 nach der Gasturbine 28 der Wärmepumpe, ein Drehzahlgeber 42 der Wärmepumpe, ein Signalprozessor 43, der die von dem Druckgeber 41 und dem Drehzahlgeber 42 erhaltenen Werte zu Stellsignalen für die Drehzahl des Motors 8 des Reaktorumwälzgebläses 7 und der Stelleinrichtung 44 für den Neutronenfluss verarbeitet und diese den genannten Komponenten über Signalleitungen 45 und 46 zuführt, wobei die Stelleinrichtung 44 ausserdem noch vom Temperatursignal des Temperaturfühlers 40 nach dem Reaktor beeinflusst wird.
  • Bei einem solchen Regelvorgang verlangen die, wenn auch geringfügigen, Drehzahlerhöhungen der Wärmepumpengruppe 28 + 29 und des Umwälzgebläses 7 vom Generator 10 des Dampfturbinenblocks 2 und damit auch von der Dampfturbine 9 mehr Leistung. Diese zusätzliche Leistung wird ohne weiteres durch Drosselung der Prozessdampfentnahme am Entnahmeventil 18 gewonnen, da der turbinenseitige Wärmetauscherteil 5t praktisch keine Dampfreserve haben kann.
  • Der fehlende Prozessdampf wird dann dem Dampfspeicher 20 entnommen.
  • Mit dem bei diesem Regelvorgang zunehmenden Reaktorkühlgasstrom steigt nun auch die Leistung des Wärmeaustauschers 5 an, so dass durch eine Erhöhung der Drehzahl der Speisewasserpumpe 12 die Dampferzeugung dem neuen Bedarf angepasst werden kann. Ob der Dampfturbinenblock im Festdruckbetrieb über das Regelventil 13 oder aber im Gleitdruckbetrieb gefahren wird, hängt weitgehend von den Randbedingungen des Prozessdampfverbrauchers ab, wobei allenfalls auf umschaltbare Entnahmen übergegangen werden müsste. Da die drei zusammenwirkenden Kreisläufe voneinander abweichende Teillastverhalten aufweisen, was vor allem für den Dampfturbinenkreislauf im Vergleich zu den beiden Gaskreisläufen zutrifft, so können bei Teillast unter Umständen nicht tolerierbare Abweichungen in den Kreislauftemperaturen auftreten. Dies kann durch die Regelung der Hochdruckvorwärmer-15 weitgehend unterdrückt werden.
  • Der Verdichter 29 und die Turbine 28 der Wärmepumpe erhalten in bekannter Weise innere Kühlung durch den Kühler 34. Dieser Kühler kann zusätzlich zur Lieferung von Prozessdampf dienen.
  • Der Wirkungsgrad einer solchen Anlage kann anhand der in Fig. 2 eingetragenen realistischen, jedoch nicht optimierten Daten abgeschätzt werden. Diese Anlage entspricht der in Fig. 1 dargestellten, wobei jedoch der Uebersichtlichkeit halber die Regelkreise weggelassen sind. Für je 1000 kg/s Reaktorkühlheliumstrom ergeben sich etwa 1070 MJ/s Hochtemperaturprozesswärme, die von 950 - 750°C nutzbar ist, sowie ca. 634 MJ/s Prozessdampf, und zwar 504 MJ/s aus dem Dampfturbinenblock und 130 MJ/s aus dem Kühler 34 der Wärmepumpengruppe. Die Reaktorleistung würde sich dabei auf ca. 2792 MJ/s (= 650 + 2210 - 68) belaufen, wovon 1070/2792 h38,4 % auf Hochtemperaturprozesswärme und 634/2792 a 22,7 % auf Prozessdampfwärme entfallen. Die Reaktornutzung wäre demnach ca. 61 % und der exergetische Wirkungsgrad knapp unter 40 %.
  • Die in Fig. 3 dargestellte Anlage unterscheidet sich gegenüber jener nach den Fig. 1 und 2 durch eine Niederdruckanzapfleitung 47, durch die Dampf für beispielsweise Trocknungszwecke oder Fernwärme abgezapft werden könnte.
  • Damit könnte man, bezogen auf 250°C Kühlgastemperatur am Austritt des Wärmeaustauschers 5, maximal die folgende Energiebilanz erhalten: Prozesswärme 1070 MJ/s . . . . 38,4 % Prozessdampfwärme 260 MJ/s .... 9,3 % Niederdruckdampfwärme 1350 MJ/s .... 48,4 % Total 2680 MJ/s .... 96 % Verluste 112 MJ/s .... 4 % Thermische Leistung 2792 MJ/s .... 100 % Das Verhältnis von Prozessdampf- zu Niederdruckdampfwäme könnte natürlich auch anders gewählt werden.
  • Es ist natürlich auch möglich, die Anlage ohne jegliche Dampfentnahme für Prozess- oder Heizzwecke aus der Turbine 9 zu betreiben, wobei aber aus dem Kühler 34 für die Gasturbine 28 und den Verdichter 29 der Wärmepumpengruppe immer noch 130 MJ/s zur Verfügung stehen. In einem solchen Falle würde die Temperatur vor dem Eintritt in den Reaktor von ca. 2630C auf ca. 3560C ansteigen und die thermische Leistung des Reaktors auf ca. 2310 MJ/s abnehmen. Es würden dann 46 % Hochtemperaturwärme und 6 % Prozessdampf erzeugt werden, was eine Reaktornutzung von 52 % und gut 40 % Exergie ergibt.
  • Um die elektrischen Uebertragungs- und Umwandlungsverluste zu vermeiden, könnte die Dampfturbine 9 anstelle des Motors 27 mit der Welle der Wärmepumpe 28 + 29 gekuppelt werden, was allerdings zu Wellen- und Schaufelschwingungsproblemen führen könnte, da dann die Dampfturbinenleistung über die Drehzahl geregelt werden müsste.
  • Den vorstehenden Zahlenbeispielen für die Energiebilanz liegt die Annahme zugrunde, dass der Prozessdampf bei mindestens 50 bar Druck entnommen wird.
  • Bei einem Parallelbetrieb der Dampfturbine 9 mit einem Netz wäre die Regelung der Anlage problemlos, weil dann Leistung aus dem Netz bezogen oder an dieses abgegeben werden kann.
  • Da aber die Anlage auch im Inselbetrieb einen kontinuierlichen Vergasungsprozess gewährleisten muss, sind die beschriebenen Regeleinrichtungen unumgänglich.
  • Der modulare Aufbau der Anlage ermöglicht eine gute Anpassungsfähigkeit der Auslegung und erlaubt spätere Um- bauten, wie sie bei neuen Technologien nötig werden könnten.
  • Eine vorteilhafte Anordnungsvariante besteht darin, dass der gesamte Primärkreis, d.h. der Reaktor 4, die Wärmeaustauscher 5 und 6, das Reaktorumwälzgebläse 7 sowie die sonstigen zugehörigen Komponenten in einem vorgespannten Betondruckgefäss integriert sind. Alle übrigen Teile könnten ausserhalb desselben installiert sein. Wegen der grossen Querschnitte der Verbindungsleitungen des Prozesswärmekreises sollte dieser, d.h., der Verdichter 29, die Turbine 28 und der Prozesswärmeverbraucher 30, der z.B.
  • als Röhrenspaltofen ausgebildet sein kann, noch innerhalb des Reaktorschutzgebäudes plaziert werden, um eventuelle Leckagen auffangen zu können.
  • Bezeichnungslist e 1 Reaktorblock 2 Dampfturbinenblock 3 Prozesswärmeblock 4 Reaktor 5 Wärmeaustauscher Reaktor/Dampfturbinenblock 5r Reaktorseitiger Wärmetauscherteil St Turbinenseitiger Wärmetauscherteil 6 Wärmeaustauscher Reaktor/ProzesswErmeblock 6r Reaktorseitiger Wärmetauscherteil 6p Prozesswärmeseitiger Wärmetauscherteil 7 Reaktorumwäizebiäse 8 Elektromotor 9 Dampfturbine 10 Generator 11 Elektromotor 12 Speisewasserpumpe 13 Regelventil 14 Kondensator 15 Hochdruckvorwärmer 16 Dampfbypassleitung 17 Dampfbypassventil 18 Entnahmeventil 19 Regeleinrichtung 20 Dampfspeicher 21 Ventil 22 Dampfleitung 23 Prozessdampfleitung 24 Elektrische Leitung 25 Elektrische Leitung 26 Umrichter 27 Elektromotor 28 Gasturbine 29 Verdichter 30 Prozesswärmeverbraucher 31 Gasdruckspeicher 32 Einlassventil 33 Auslassventil 34 Kühler 35 Kühler 36 Temperaturfühler 37 Prozessgaszweigleitung 38 Temperaturfühler 39 Signalleitung 40 Temperaturfühler 41 Druckgeber 42 Drehzahlgeber 43 Signalprozessor 1414 Stelleinrichtung. für Neutroncnflus 45 Signalleitung für 8 46 Signalleitung fü 44 47 Niederdruckanzapfleitung Leerseite

Claims (8)

  1. P a t .e.n t .a.n s -p. -r ü c..h e 9 Prozesswärmeerzeugungsanlage für die gemeinsame Erzeugung von Hochtemperaturwärme und Prozessdampf, mit einem Reaktorblock (1), der eine Wärmetauschereinrichtung und ein von einem Elektromotor (8) antreibbares Umwälzgebläse (7) für die Kühlung des Reaktors (4) aufweist, ferner mit einem Prozesswärmeblock (3), der über einen Wärmeaustauscher (6) thermisch mit dem Reaktorblock gekoppelt ist und mindestens einen Prozesswärmeverbraucher (30), eine Wärmepumpengruppe mit einer Gasturbine (28) und einem Verdichter (29), die dazu dienen, die Temperatur des Prozessmediums von dem von der Reaktorwärme erzeugten Niveau auf das für den durchzuführenden Prozess erforderliche Temperaturniveau zu erhöhen, sowie Einrichtungen (31 bis 46) zur Regelung des Wärmebedarfs des Prozesswärmeverbrauchers (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage einen mit dem Reaktorblock (1) thermisch gekoppelten Dampfturbinenblock (2) aufweist, dessen Wärmeaustauscher (5), in Flussrichtung des Reaktorkühlstroms gesehen, nach dem Wärmeaustauscher (6) des Prozesswärmeblocks (3) in Reihe mit demselben angeordnet ist, dass der Dampfturbinenblock (2) eine Dampfturbine (9) und einen mit diesem gekoppelten elektrischen Generator (10) aufweist, der mindestens an den Elektromotor (8) zum Antrieb des Umwälzgebläses (7) und an einen mechanisch mit der Wärmepumpengruppe (28 + 29) gekuppelten Elektromotor (27) geschaltet ist, und dass aus der die Dampfturbine (9) versorgenden Dampfleitung eine Prozessdampfleitung (23) abzweigt.
  2. 2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vor der Dampfturbine (9) in den Kondensator (14) der Dampfturbine abzweigende Dampfbypassleitung (16), durch einen parallel zur Dampfleitung der Dampfturbine (9) geschalteten Dampfspeicher (20), durch eine Regeleinrichtung (19) für die Drehzahl der Dampfturbine, und durch je ein mit dieser Regeleinrichtung zusammenarbeitendes Regelventil (13) für den Dampfstrom zur Dampfturbine und Entnahmeventil (18) für den Prozessdampfstrom.
  3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen vom Generator (10) gespeisten Umrichter (26) für den Elektromotor (27) des Prozesswärmeblocks (3).
  4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmedium im Prozesswärmeblock (3) ein Gas, vorzugsweise Helium, ist und dass zur Regelung der Prozesswärmeleistung ein Gasspeicher (31) vorhanden ist, der zur Anpassung der Gasfüllmenge im Prozesswärmekreis mit diesem über ein Einlassventil (32) und ein Auslassventil (33) in leitende Verbindung gebracht werden kann, wobei diese Ventile (32, 33) ihre Betätigungsimpulse von einem am Austritt aus dem Prozesswärmeverbraucher (30) angeordneten Temperaturfühler (36) erhalten.
  5. 5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Heissgastemperatur nach dem Verdichter (29) der Wärmepumpengruppe ein Temperaturfühler (38) vorhanden ist, der über eine Signalleitung (39) den Umrichter (26) regelt.
  6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der thermischen Leistung des Reaktors (4) ein Temperaturfühler (40) für die Primärgastemperatur nach dem Austritt aus dem Reaktor, ein Drehzahlgeber (42) für die Drehzahl der Wärmepumpengruppe, ein Druckgeber (41) für den Prozessgasdruck nach der Gasturbine (28) oder unmittelbar vor dem Verdichter (29), ein Signalprozessor (43) zur Verarbeitung der vom Drehzahlgeber (42) und dem Druckgeber (41) empfangenen Signale zu Ausgangsimpulsen in zwei Signalleitungen (45 und 46) sowie eine Stelleinrichtung (44) zur Aenderung des Neutronenflusses im Reaktor vorhanden sind, wobei die Stelleinrichtung (44) durch den vom Signalprozessor (43) empfangenen Ausgangsimpuls und dem vom Temperaturfühler (40) empfangenen Regelimpuls und der Regler des Elektromotors (8) für das Umwälzgebläse (7) durch den vom Signalprozessor (43) empfangenen Ausgangsimpuls beeinflusst wird.
  7. 7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem zur Festdruckregelung vorgesehenen Regelventil (13) für die Dampfturbine (9) eine Gleitdruckregelung mittels einer Speisepumpe (12) im Zusammenwirken mit einem zu- und abschaltbaren Hochdruckvorwärmer.(l5) vorhanden ist.
  8. 8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Generator (10) parallel an ein elektrisches Netz geschaltet ist.
DE3209642A 1981-04-08 1982-03-17 Prozeßwärmeerzeugungsanlage für die gemeinsame Erzeugung von Hochtemperaturwärme und Prozeßdampf Expired DE3209642C2 (de)

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