DE3406811A1 - Dampferzeuger mit geraden rohren in baukastensystem - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE

european patent attorneys

Dipl.-Ing. H. Leinweber (1930-76) Dipl.-Ing. Heinz Zimmermann Dipl.-Ing. A. Gf. v.Wengersky Dipl.-Phys. Dr. Jürgen Kraus

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Neue TeI-Nr. 268083

^den 24. Februar 1984

Unser Zeichen ZÜC

4536r

NIRA S.p.A., Via dei Pescatori 35, Genua (Italien)
Dampferzeuger mit geraden Rohren in Baukastensystem

Gegenstand der Erfindung ist ein Dampferzeuger in Baukastensystem mit geraden Rohrleitungen, der als Heizflüssigkeit das aus einem schnellen Brüter kommende Natrium verwendet, und bei dem die Vorwärmung- Verlampfungsr- und überhitzungsphasen vollständig durch das Wasser bewirkt werden.

Der Dampferzeuger in Baukastensystem gemäß der Erfindung behebt die Nachteile .,der bekannten Dampferzeuger, die ein einziges Modul haben, bei welchen der Ausfall irgendeines Elements der Anlage notwendigerweise den Stillstand der ganzen Anlage bedingt. Bei der erfindungsgemäßen Anlage dagegen bedingt der Ausfall eines Elements lediglich den Austausch des beschädigten Moduls und die Anlage

kann weiter betrieben werden, wenn auch mit einer reduzierten Leistung.

Außerdem ermöglicht es der Dampferzeuger im Baukastensystern mit Standardmodulen, jede gewünschte installierte Leistung zu realisieren, indem jeweils nur die erforderliche Anzahl von Modulen in Betrieb gesetzt wird, was deutliche Einsparungen bei der Planung von Anlagen mit stark unterschiedlicher Leistung und, besonders bei der Konstruktion der Module, die für jede Gesamtleistung der Anlage von gleicher Ausführung sind, bedeutet.

Falls ein das Baukastensystem bildendes Modul auffällt, besteht nicht nur die Möglichkeit, die Anlage mit den übrigen Modulen, wenn auch mit reduzierter Leistung weiter zu betreiben, sondern es besteht ferner die Möglichkeit, das beschädigte Element durch ein in den Herstellerwerken, wo die Reparatur durchgeführt wird, bereitgehaltenes Reservemodul zu ersetzen.

Erfindungsgemäß werden folgende Vorteile erzielt:

- die Anlage bleibt funktionsfähig auch bei Ausfall eines ihrer Bestandteile;

das beschädigte Modul kann kurzfristig ersetzt werden, da ein Reservemodul einsatzbereit gehalten wird;

- die Reparatur des beschädigten Elements wird mit deutlicher Kosteneinsparung in der Herstellerwerkstatt und nicht vor Ort durchgeführt.

-y 6.

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Auch allein genommen reicht ein jeder dieser Vorteile schon aus, um weitgehend die Überlegenheit des Erfindungsgegenstandes gegenüber einem Dampferzeuger mit einem einzigen Modul zu bestimmen. 5

Jedes einzelne Modul des erfindungsgemäßen Dampferzeugers bildet einen unabhängigen Dampferzeuger.

Als Heizfluid ist Natrium vorgesehen und die ¹^ Module sind gemäß im Gegenstromprinzip mit geraden Rohrleitungen gebaut.

Im wesentlichen besteht jedes Modul aus zwei

Sammlern, zwischen welchen sich das Rohrbündel er-

streckt. Außerhalb des Rohrbündels ist ein Mantel mit zwei seitlichen Wulsten, oben und unten, in Höhe von zwei ringförmigen Kammern für den Zu- bzw. Abfluß des Natriums, vorgesehen.

In Höhe der genannten Wulste ist das Rohrbündel

von einem zylindrischen Kesselschuß mit einer Durchbrechung für den Durchfluß des Natriums vorgesehen.

Erfindungsgemäß sind die einzelnen Module, 25

von denen, wie bereits gesagt, ein jedes einen unabhängigen Dampferzeuger bildet, bündelartig um ein übereinanderliegendes, die Zufluß- bzw. Sammelkammer für das flüssige Natrium bildendes Behälterpaar angeordnet.

Jedes einzelne Modul ist mittels an den unteren-

Enden gelenkig verankerter Zugstangen angehängt, während die oberen Enden jedes Moduls zur Efmöglichung der freien Ausdehnung des Rohrbündels und des Mantels lediglich geführt warden. Der untere Natriumbehälter ist an festen Halterungen angehängt, während

der obere Natriumbehälter durch unter konstanter Spannung gehaltene Federn gestützt wird, so daß die Vertikalverschiebungen der Geräte, von welchen jedes einen unabhängigen Dampferzeuger bildet, ungehindert möglich sind.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung werden durch die Patentansprüche gekennzeichnet, während Gegenstand und Vorteile derselben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispxelen und anhand der beiliegenden Zeichnung ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 einen diametralen Schnitt durch ein Modul des erfindungsgei
Baukastensystem,

des erfindungsgemäßen Dampferzeugers in

Fig. 2 im Aufriß eine schematische Darstellung eines Dampferzeugers in Baukastensystem mit vier am Umfang regelmäßig um die Achse

des Gesamtaggregats verteilten Modulen,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III von Fig. 2,

Fig. 4 in größerem Maßstab das untere Ende

eines Moduls mit den Aufhänge- und Führungsmitteln des Moduls,

Fig. 5 eine Seitenansicht des in Bild 4 darge

stellten Details,

Fig. 6 das obere Ende eines Dampferzeugermoduls, insbesondere die Führungs- und Aufnahmemittel des oberen Modulteils.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, besteht jedes Dampferzeugermodul 10 (s. Fig. 1) aus zwei gleichen, ein Ganzes bildenden "Rohrwand-Kalotte", und zwar aus einem

, _T, , ., .und.einem,unieren Komplex 12 „ oberen Komplex 11-/gleicher Ausbildung, Sie als Sammelbehälter für die aus Natrium bestehende Primärflüssigkeit dienen.

An den zwei einander gegenüberliegenden Rohrwänden 13 und 14 ist das insgesamt mit 15 gekennzeichnete Rohrbündel angeschweißt.

Auf der Außenseite des Rohrbündels 15 ist ein Mantel 20 mit einem oberen Wulst 21 und einem unteren Wulst 22 befestigt, in deren Inneren zwei Ringkammern 23 und 24 für den Zu- bzw. Abfluß des flüssigen Natriums angeordnet sind.

Genannte Ringkammern sind in ihrem Inneren durch zwei das Rohrbündel umgebende, den gleichen Durchmesser wie der mittlere Teil 27 des Mantels 20 aufweisende Kesselschüsse 25 bzw. 26 abgegrenzt. Der Mantelteil 20 ist an den zwei Enden der Rohrwand 13 bzw. 14 angeschweißt.

Der obere Sammler 11 weist ein Anschlußstück 17 für den Zustrom des Wasserdampfes zu den Turbinen der Anlage auf; in gleicher Weise ist der untere Sammler mit einem Anschlußstück 18 für den Zufluß des kalten Druckwassers zum Modul des Dampferzeugers versehen.

Die Kesselschüsse 25 und 26 weisen öffnungen ° 28 bzw. 29 auf, welche die Verbindung zwischen den ringförmigen Kammern 23 und 24 und dem von den Kesselschüssen begrenzten Raum, in dem das Rohrbündel enthalten ist, bilden.

Außerdem weist jeder Wulst 21, 22 des Mantels

20 ein Anschlußstück 31. bzw. 3 2 auf, das an einer Kammer 33 für die Zuleitung des warmen Natriums bzw. zur Aufnahme des durch das Dampferzeu.germodul geströmten Natrium (s. Fig. 2) angeschlossen ist. Die Behälter 33 und 34 dienen gemeinsam für alle in regelmäßigen Abständen am Umfang verteilten Module.

Das kalte Wasser strömt in die untere Kalotte ein, und anschließend durch das Anschlußstück 18 und von hier, durch die Rohrwand 14 in die Rohre des Rohrbündels 15, das es von unten nach oben in der Reihenfolge der Phasen: Vorerwärmung, Sieden, Überhitzung durchströmt.

Nachher gelangt der überhitzte Dampf durch die Rohrwand 13 in die obere Kalotte 11 und wird von hier durch das Anschlußstück 17 in die Druckleitungen der Turbine geleitet.

Das von den zwischenliegenden, in den Zeichnungen nicht dargestellten, Wärmeaustauschern kommende heiße Natrium wird zunächst zur Verteilungskammer 33 (Fig.2) geleitet, die allen Modulen gemeinsam ist.

Von der Verteilungskammer 33 tritt das warme Natrium durch das Anschlußrohr 31 in den oberen Teil des Mantels 11 ein, d.h. in die außen durch den Wulst

21 des Mantels und innen von dem oberen Kesselschuß 30

25, der den oberen Teil des Rohrbündels umhüllt, begrenzte Ringkammer 23.

Die Öffnung 29 ermöglicht, daß das durch den ringförmigen Zwischenraum 32 geströmte warme Natrium in das Rohrbündel 15 einströmt.

Das Natrium durchströmt von oben nach unten das ganze Rohrbündel - natürlich im Außenraum der betreffenden Röhre - und gibt seine Wärme nach und nach an das die Rohre von unten nach oben durchströmende Wasser ab.

Dank der in dem unteren Kesselschuß 26 vorgesehe- =

nen Öffnung 28 tritt das Natrium vom Rohrbündel aus, durchströmt die ringförmige Kammer 24 und erreicht durch das Anschlußstück 24 den einer Gesamtheit von Dampferzeugermodulen gemeinsamen Sammelraum 34. 15

Wie bereits gesagt, erlaubt es der Einsatz von aus Standardelementen der oben beschriebenen Art gebildeten Dampferzeugern, durch die Parallelschaltung der verschiedenen Elemente die nötige Leistung zu erreichen. 20

Sollte in einem Dampfeozeugermodul eine Natrium-Wasserreaktion Zustandekommen, genügt es, lediglich das betreffende Element zu isolieren, damit die Anlage mit ganz geringem Leistungsverlust weiterbetrieben werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 handelt es sich um ein aus vier am Umfang um die gemeinsame Achse der übereinanderliegenden Behälter 33, 34 regelmäßig verteilten Modulen gebildetes Dampferzeugeraggregat .

Die Zahl der Module kann natürlich im Verhältnis zur jeweils gewünschten Leistung der Anlage gewählt werden.

Der für die Speisung des Natriums an die vier Module des Dampferzeugers 10 vorgesehene Behälter 33 dient als höchster Punkt des Kreislaufs gleichzeitig auch als Expansionsgefäß. Dieser Behälter 33 liegt in der Mitte eines Quadrats, an dessen Endpunkten die mit dem Behälter 33 mittels der Anschlußstücke 31 verbundenen vier Module angeordnet sind.

Der untere Sammelbehälter 34 ist symmetrisch zum oberen Behälter 33 durch die Anschlußstücke 32 an die unteren Enden der vier Dampferzeugermodule 10 angeschlossen. Vom Sammelbehälter 34 zweigen in der Figur nicht dargestellte Leitungen ab, nämlich die Zuleitungsrohre zur sekundären Natriumpumpe und die Verbindungsleitung mit dem auch nicht näher dargestellten Natriumvorratsbehälter.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind:

- 1. Bei dem Baukastensystem sind die Einheitskosten niedriger, was ohne hohe zusätzliche Kosten die Bereitstellung eines Reservemoduls gestattet. 25

Durch die Verfügbarkeit eines Reservemoduls kann im Falle des eventuellen Ausfalls eines Moduls dessen Reparatur in der Werkstatt ausgeführt werden. Dadurch erhält man einen viel zuverlässigeren Betrieb als bei einer an Ort und Stelle durchgeführten Reparatur und die Stillstandzeiten werden wesentlich verkürzt, was eine wesentliche Verbesserung des Auslastfaktors des Kraftwerks zur Folge hat.

2. Der Dampferzeuger nach dem erfindungsgemäßen Baukastensystem ist vom technologischen Gesichtspunkt aus gesehen mit verhältnismäßig wenig Aufwand realisierbar. Abgesehen von den Schweißarbeiten, an Rohr und Rohrwand - eine kritische Stelle bei jedem Dampferzeuger - erfordert kein anderer Teil der Anlage schwer durchführbare technologische Eingriffe (gerade Rohre, verhältnismäßig geringe Stärken).

3. Die durch die erfindungsgemäße^ Lösung erreichte kompakte Bauweise (s. Fig. 2) ist mit dem von einem modularen Dampferzeuger erforderten Raumbedarf vergleichbar. Die bauseitigen Arbeiten sind

somit nicht aufwendiger als es bei den herkömmlichen Dampferzeugern der Fall ist.

4. Dadurch, daß in den Verteiler- und Sammelbehältern ein natriumfreies Volumen vorhanden ist,

wird im Falle einer Natrium-Wasserreaktion in

einem der Module die sich dabei entwickelnde Druckwelle gedämpft und demzufolge werden deren Auswirkungen auf die Natriumleitungen verringert. Die auf den Umfang des Dampferzeugers in gleichen Abständen verteilten Module sowie die beiden Verteiler- und Sammelbehälter des flüssigen Natriums sind an das Tragwerk gebunden, das sie wie unten erläutert stützt: Wie aus den Fig. 4,

5 und 6 ersichtlich, weist jedes Modul 10 in 30

Höhe des oberen Wulstteiles 22 des Mantels 20

zwei übereinander und gegenüberliegende, nach außen ragende Konsolen gleichen Durchmessers auf. Am Ende dieser Konsolen 40 sind Gelenkstangen 41 angebracht, die an ihrem anderen Ende 42 35

vom Trägergerüst 43 der den Dampferzeuger enthal-.

tenden Konstruktion gestützt sind. Unter diesen

Konsolen 40 angeordnete weitere Konsolen 44 erlauben das untere Ende des Moduls 10 gegen feste vom Trägergerüst 46 der Konstruktion gestützte Anschläge in Axialrichtung festzuhalten. Weitere senkrecht vom Trägergerüst 4 6 der Konstruktion

oberhalb der Anschläge 45 nach oben ragende Konsolen 47 sind zur Begrenzung der seitlichen Verschiebungen des Dampferzeugermoduls mit an und für sich bekannten und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellten Gleitschuhen versehen. Wie

aus Fig. 6 ersichtlich, weist das obere Ende des Moduls 10 eine mit Gleitschuhen 50 versehene Konsole auf, welche die freie vertikale Verschiebung infolge der Wärmedehnung in Richtung der Pfeile F ermöglichen. Die festen, mit der Träger

struktur der Konstruktion einen einzigen Teil bildenden Anschläge dienen also als seitliche Arretierungsmittel.

Von den Behältern 33 und 34 (Fig. 2) wird der

erste von der oberen Konstruktion der Module durch elastisch ausgebildete, in der Figur nur schematisch angedeutete Träger 51 gestützt. Der zweite Behälter, d.h. der das Natrium aufnehmende Behälter 34 wird dagegen durch feste, auch

nur schematisch angedeutete Träger 52 von der Trägerstruktur der Konstruktion gestützt.

An den beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen können im Rahmen des Fachwissens zahlreiche Änderungen und Varianten vorgenommen werden, ohne daß dadurch der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird.

Claims (8)

5406811 -y- Patentansprüche :

1.J Dampferzeuger in Baukastensystem mit geradeh

Rohren, der von einer aus Natrium bestehenden Primär-5

flüssigkeit für die Erhitzung, die Verdampfung und Überhitzung einer aus Wasser gebildeten Sekundärflüssigkeit gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verteilerbehälter des flüssigen Natriums und unter diesem ein Behälter zur Aufnahm©, des Natriums vorgesehen ist, welches seine Wärme schon an das zu erwärmende, zu verdampfende und zu.überhitzende Wasser abgegeben hat, daß um diese zwei übereinanderliegenden Behälter in regelmäßigen Abständen am Umfang verteilt ' mindestens zwei Dampferzeugermodule vorgesehen sind, und daß jedes einzelne Modul aus einem vertikalen Rohrbündel und zwei Sammelbehältern, d.h. aus einem oberen und einem unteren Sammelbehälter besteht, die mittels geeigneter Anschlußstücke oben an den Natriumverteiler

2Q und unten an den das Natrium aufnehmenden Behälter angeschlossen sind.

2. Dampferzeugermodul zum Einsatz in einem Dampferzeuger in Baukastensystem nach Anspruch 1, der ein vertikales Rohrbündel mit geraden Rohren aufweist, die sich zwischen zwei flachen, horizontalen Rohrwänden erstrecken und zu einem oberen Sammler für die Aufnahme des Natriums bzw. zu einem unteren Sammler zur Zufuhr des Wassers zum Rohrbündel gehören, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Rohrbündel von einem in seinem zentralen Teil zylindrisch ausgebildeten und an beiden Enden mit zwei zylindrischen Wulsten versehenen unten und oben an den zwei Rohrwänden der genannten Sammler angeschweißten Mantel umschlossen ist, wobei durch die erwähnten Wulste zwei ringförmige

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Kammern für die Verteilung, bzw. für die Aufnahme des Natriums gebildet sind und auf der einen ihrer Seiten durch die Innenwand der Mantelwulste und auf der anderen ihrer Seiten durch ein Kesselschußpaar, d.h. von einem unteren, das Rohrbündel umhüllenden Kesselschuß abgegrenzt ist und wesentlich gleichen Durchmesser, wie der zentrale Teil des Mantels aufweisen, und daß jeder Wulst eine Öffnung für den Durchfluß des Natriums von der entsprechenden ringförmigen Kammer in die durch die Rohre des Rohrbündels definierten Freiräume und entgegengesetzt hat.

3. Dampferzeugermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wulste am Mantel Anschlußstücke zwischen den ringförmigen Kammern und den Verteilerbzw. Sammelbehältern des flüssigen Natriums haben.

4. Dampferzeugermodul nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß es unten in Höhe des oberen Bereichs des unteren Mantelwulstes ein Konsolenpaar aufweist, durch welches es gelenkig an der Trägerstruktur der es enthaltenden Konstruktion angehängt ist.

²^

5. Dampferzeugermodul nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, daß der untere Mantelwulst mit einem radial auskragenden Konsolenpaar versehen ist, welches die vertikalen Verschiebungen des unteren Modulendes begrenzt, wobei dieses zweite Konsolenpaar mit festen,

eine horizontale Eingriffsfläche aufweisenden Anschlägen zusammenwirkt.

6. Dampferzeugermodul nach den Ansprüchen oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß radiale Anschlagflächen sowohl im unteren wie im oberen Teil des Moduls vorgesehen sind, welche vertikale Verschiebungen ermöglichen, aber horizontale Verschiebungen unterbinden.

7. Dampferzeugermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Natriumbehälter mittels elastisch nachgiebige Träger von den oberen Enden der das Dampferzeugermodul umschließenden Mäntel abgestützt wird.

8. Dampferzeugermodul nach Anspruch 1 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere

Natriumsammelbehälter mittels festen, mit dem Trägergestell der den Dampferzeuger enthaltenden Konstruktion einstückig ausgebildeten festen Träger gestützt wird. 20