EP1101226A2 - Verfahren und vorrichtung zum abtrennen eines neutronenabsorbierenden absorbers von einem kühlmittel - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abtrennen eines neutronenabsorbierenden absorbers von einem kühlmittel

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Publication number
EP1101226A2
EP1101226A2 EP99948658A EP99948658A EP1101226A2 EP 1101226 A2 EP1101226 A2 EP 1101226A2 EP 99948658 A EP99948658 A EP 99948658A EP 99948658 A EP99948658 A EP 99948658A EP 1101226 A2 EP1101226 A2 EP 1101226A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coolant
fed
compressor
absorber
condenser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99948658A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Lindner
Manfred Meintker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1101226A2 publication Critical patent/EP1101226A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C7/00—Control of nuclear reaction
    • G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
    • G21C7/22—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of a fluid or fluent neutron-absorbing material, e.g. by adding neutron-absorbing material to the coolant
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
    • G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
    • G21C19/307—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a method for separating a neutron-absorbing absorber from a coolant in a nuclear installation, the coolant being evaporated by heating and the coolant vapor and the remaining absorber being removed separately.
  • the invention also relates to a device for separating a neutron-absorbing absorber from a coolant of a nuclear plant.
  • Coolants e.g. Cooling water, in which a neutron absorber, e.g. Boric acid, is dissolved.
  • a fluid that contains cooling water in which boric acid is dissolved is used for cooling a pressurized water reactor.
  • fluid is removed from the cooling circuit of the pressurized water reactor and separated into cooling water (deionized water) and concentrated boric acid solution.
  • the bottom column is cleaned of boric acid which has passed over and precipitated in a condenser, as a result of which the desired product, cooling water (deionized), or generally “coolant *”, is formed. Due to its low vapor volatility, the boric acid dissolved in the coolant fed in remains in the bottom of the evaporator apparatus and is concentrated there.
  • the desired neutron absorber product (concentrated boric acid solution), hereinafter referred to as "absorber *” is obtained from the apparatus by either continuously removing boric acid solution with the desired concentration using a concentration- and level-controlled regulation and adding coolant accordingly (continuous process) or the process is interrupted when the desired concentration is reached and the evaporator sump is emptied (discontinuous process).
  • auxiliary steam which e.g. is taken from an auxiliary steam supply network in the power plant.
  • the required heat output results approximately from the product of the desired deionized quantity flow and the difference between the specific enthalpy of the vapor in the evaporator and the borated coolant supplied.
  • 7 MW heat corresponding to 2.4 M may be at a pressure water reactor with about 1500 MW electric power easily losses due to the evaporation of more than 5 MW Wa rm ⁇ shown elektr ⁇ sch.
  • the vapor emerging from an evaporator is compressed in a compressor.
  • the resulting temperature increase in the steam enables the heat contained in the steam to be used to further heat up the liquid in the evaporator.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a device with the aid of which a neutron absorber can be separated from a coolant of a nuclear installation in a more cost-effective manner and with energy savings in comparison with the previously customary procedure.
  • the object is achieved with respect to the method according to the invention in that the coolant vapor discharged is compressed in a compressor with an increase in temperature and is used to evaporate further coolant.
  • the removed coolant vapor is thus brought into a state by compression in which the heat contained in it can be used by using the coolant vapor at the elevated temperature to evaporate further coolant.
  • the invention is based on the knowledge that, contrary to expectations, the method known as vapor compression can also be used in the field of nuclear technology, although the coolants used there are generally contaminated with radioactivity and, moreover, frequently contain non-condensable gases which - especially when condensing an inerting steam - pose an explosion risk.
  • the coolant vapor that is removed is preferably compressed to a pressure of 1.5 to 2 times.
  • a portion of the compressed coolant vapor is fed to a condenser.
  • the proportion is preferably 1% to 5%.
  • a non-condensable gas carried in the portion is preferably separated in the condenser and fed to an exhaust system.
  • the non-condensable gas is discharged from a plant operating according to the method.
  • the non-condensable gas can e.g. Be hydrogen, nitrogen or a radioactive noble gas. If radioactive noble gases remained in a high concentration in the condensed coolant vapor, the product "coolant *" would be contaminated in an impermissible manner. If the non-condensable gas were not withdrawn from the system with the steam / gas flow, it would accumulate there and substantially hinder the heat transfer from the compressed coolant vapor to the further coolant to be evaporated.
  • the concentration of non-condensable gases in the product "coolant *" is advantageously kept low by separating non-condensable gases in the condenser and supplying them to an exhaust system.
  • the coolant condensed in the condenser is admixed with the coolant vapor, which is condensed by the removal of heat when the further coolant evaporates. It is therefore admixed with a condensate which has arisen from the compressed coolant vapor as a result of heat removal when the further coolant evaporates.
  • the coolant condensed in the condenser is also available as a “coolant” product.
  • a non-condensable inert gas, in particular nitrogen, is preferably fed to the condenser.
  • a capacitor operated in this way works particularly safely since a gas mixture that is certainly not explosive emerges from the capacitor.
  • an evaporator device provided for evaporation is flushed with a non-condensable inert gas, in particular nitrogen, after the method has ended.
  • the evaporator device is flushed, for example, with the non-condensable inert gas after the end of the evaporation process, since otherwise after the end of the evaporation process in the evaporator system, an atmosphere of non-condensable gases, which are in operation with the one to be evaporated
  • Coolant e.g. Hydrogen, nitrogen and / or radioactive noble gases could remain.
  • a sealing element for sealing the shaft of the compressor, is acted upon with a barrier fluid, in particular with water.
  • a barrier fluid in particular with water.
  • part of the coolant vapor which has been removed and which is condensed by the removal of heat during the evaporation of the further coolant is fed to the compressor as an injection fluid on the suction side or on the pressure side.
  • the injection quantity is set so that the coolant vapor reaches the saturation state which is particularly advantageous for use as heating steam. If no external medium, but only part of the coolant vapor that is removed, is fed to the compressor on the suction side, this advantageously has the effect that the quantity and the quality act of the coolant used in the system, provided with a neutron absorber, is not changed by the injection water.
  • the removed coolant vapor which is condensed by the removal of heat when the further coolant evaporates, and / or the removed absorber, heat is removed and supplied to the coolant to be evaporated.
  • the pressure side of the compressor is connected, d) a coolant condensate line, via which coolant condensed in the heat transfer device can be removed, and e) an absorber line, via which the absorber remaining in the evaporator device can be removed.
  • the device is particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the advantages mentioned in connection with the method apply analogously to the device.
  • the device is preferably developed by a condenser, to which part of the coolant vapor compressed in the compressor can be fed. With the aid of the condenser, non-condensable gases can advantageously be discharged from the evaporator device and from lines to which steam is applied.
  • the condenser is preferably connected to the coolant condensate line via a condensate line. As a result, coolant condensed in the condenser can be fed to the coolant condensate line which carries the product “coolant *.
  • the condenser is also preferably connected to an exhaust system.
  • the non-condensable gases separated in the condenser can advantageously be fed to a safe utilization.
  • the device has a purge gas line with which a non-condensable inert gas, in particular nitrogen, can be supplied to the evaporator device and / or the condenser.
  • a non-condensable inert gas in particular nitrogen
  • those device components which are at risk of explosion due to non-condensable hydrogen can advantageously be generated by supplying the non-condensable inert gas to a non-explosive gas mixture.
  • the device comprises a blocking fluid device with which a sealing element of the compressor can be acted on with a blocking fluid.
  • the compressor is particularly well sealed, which is particularly advantageous for the extremely sensitive area of nuclear technology.
  • part of the coolant vapor condensed in the heat transfer device can be fed to the compressor via a discharge line on the suction side or on the pressure side.
  • This part is preferably 8% to 12%.
  • a first heat exchanger is preferably provided, with which heat is withdrawn from the absorber discharged via the absorber line. bar and the evaporator device flowing coolant can be supplied.
  • a second heat exchanger can also be present, with which heat can be extracted from the coolant discharged via the coolant condensate line and coolant flowing to the evaporator device can be supplied.
  • the drawing shows a schematic diagram of a circuit diagram of a device according to the invention with an evaporator system operating on the principle of vapor compression.
  • the device is part of a nuclear facility or a nuclear power plant.
  • Fluid F namely borated coolant from the nuclear power plant
  • the fluid F is required via an evaporator feed pump 3 from a storage container, not shown.
  • the fluid F is fed via the fluid line 1 to a cleaning system 5.
  • heat is withdrawn from the product streams of the device, namely a product stream containing absorber A and a product stream containing coolant K.
  • An inlet control valve 11 is arranged in the fluid line 1, via which the inlet fluid flow can be adjusted.
  • the inlet control valve 11 also serves as an actuator for a level control of the tray column 21.
  • the fluid line 1 opens into a first connecting line 13, via which the fluid F reaches a vapor space 15 of an evaporator 16, driven by an evaporator circulation pump 17.
  • the steam chamber 15 is connected to a tray column 21 via a steam line 19.
  • the tray column 21 has a plurality of separating trays 22 arranged one above the other.
  • the first connecting line 13 starts from the bottom 23 of the bottom column 21.
  • the circulating flow circulated via the first connecting line 13 and the steam line 19 is approximately 150 times the desired amount of evaporation (evaporation flow). It is thereby achieved that only the saturation state of the liquid fluid F is reached when the heat required for the evaporation is supplied in the evaporator 16, and that the actual evaporation of the desired amount only takes place at the entry into the bottom column 21, caused by a pressure loss.
  • the circulation flow can also be 100 times to 200 times the evaporation flow.
  • the separation into a partial stream of coolant vapor KD and the remaining amount of liquid takes place by gravity and inertial forces. While the remaining amount of liquid is circulated further in the aforementioned circulation circuit of the evaporator system 24, the coolant vapor KD rises via the separating plate 22 to the top of the plate column 21, wherein it is further cleaned from entrained absorber components (boric acid components) on each plate 22 by counter-flowing liquid. At the top of the tray column 21, the completely cleaned coolant vapor KD emerges at a temperature which corresponds to the boiling state of the liquid on the top tray of the tray column 21.
  • the desired product stream “absorber A * (concentrated boric acid solution) is withdrawn via an absorber line 25 from the bottom 23 of the bottom column 21 with the aid of an absorber pump 27.
  • This product flow which can be set via an absorber discharge control valve 29, is required in a storage container provided for this purpose, which is not explicitly shown.
  • the boric acid solution which is in the boiling state is previously passed through a first one of the recuperative heat exchangers 7, where, as described above, it emits a portion of its heat for preheating the fluid F to be evaporated, which flows into the evaporator system 24.
  • the absorber can be used for a new purpose from the storage container, e.g. for drilling the coolant of the nuclear plant.
  • the completely cleaned coolant vapor KD is supplied by a compressor via a coolant line 41 attached to the top of the tray column 21 51 sucked in and compressed to about 1.8 times the pressure. This heats the coolant vapor KD.
  • water m is injected into the sucked-in steam stream before the suction nozzle of the compressor 51 (via the further below described injection line 91), the evaporates during the compression process.
  • the injection can also take place on the pressure side.
  • a turbo compressor is not sensitive to temperature, but to drops of flow.
  • the steam which is now at a temperature of approximately 117 ° C., which is significantly higher than the suction side (approx. 100 ° C.), is fed via the coolant steam line 43 to a heat transfer device or heat transfer surface 53 of the evaporator 16.
  • the heat transfer device 53 is shown schematically only by a single bend of a heating line and actually consists of a plurality of heating windings or heating pipes (tube bundles).
  • the coolant vapor KD condenses in the heat transfer device 53 and, in the process, releases the enthalpy of vaporization contained therein for heating the evaporator circulation flow flowing in the vapor space 15 of the evaporator 16.
  • liquid coolant KF The condensate forming on the heating side in the evaporator 16, ie in the heat transfer device 53, hereinafter referred to as liquid coolant KF, represents the second desired product stream “coolant K * (deionized)
  • a condensate collection container 61 is drained, which has a low pressure (for example, impressed via the connected exhaust system 79 of a power plant system described below).
  • a condensate cooler 57 is arranged upstream of the condensate drain control valve 59, the condensate temperature being lowered just below the saturation temperature associated with the pressure in the condensate collection container 61.
  • the coolant KF generated regulated by a coolant control valve 65, is conveyed to a storage container, which is not explicitly shown.
  • the liquid coolant KF is also passed as it flows through the coolant condensate line 45 via the second recuperative heat exchanger 9, giving off part of its heat for preheating the fluid F flowing to the evaporator system 24.
  • the liquid coolant KF is optionally cooled in a downstream aftercooler 67 to the temperature required for the subsequent reuse, for example m about 50 ° C.
  • a discharge line 71 branches off from the evaporator 16, by means of which a small proportion of excess coolant vapor KD, which can be adjusted via a steam control valve 73 e, can be fed to a condenser 74.
  • this makes it possible to adjust the power of the evaporator system 24.
  • non-condensable gases G which are dissolved in the incoming fluid F and are released during the evaporation process, are made from the device according to the invention, i.e. derived in particular from the evaporator device 24.
  • the non-condensable gases G consist essentially of hydrogen (risk of explosion), nitrogen and radioactive noble gases. They are fed via a first valve 77 to an exhaust system 79 of the nuclear power plant, which is not shown in any more detail.
  • the condensate Ko accumulating in the condenser 74 is led to the condensate collecting tank 61 via a condensate line 81 m and utilizes a geodetic gradient and represents part of the product “coolant K * (deionized) produced by the device according to the invention.
  • part of the coolant KF produced and cooled is removed from the coolant condensate line 45 via an injection line 91 and is removed on the suction side of the grain.
  • pressors 51 m the coolant vapor flow KD is injected as an injection fluid E. Overheating of the compressor 51 is avoided on the one hand, and the saturation state of the coolant vapor KD, which is particularly advantageous for use as heating steam, is produced on the other hand. Since no
  • a partial quantity of 8% to 12% of the coolant flow produced is branched off with an injection control valve arranged in the injection line 91.
  • the injection fluid E is also passed through a second valve 95, which serves, in the event of a change in the pressure conditions in the device, e.g. in the event of failure of the evaporator condensate pump 63 to prevent undesired backflow.
  • the device according to the invention further comprises a purge gas device 100 with a purge gas line 101 and a purge gas valve 103.
  • a non-condensable, mertising gas for example nitrogen
  • a first purge gas branch line 107 having a third valve 105 is present both in the evaporator device 24 and can be supplied to the capacitor 74.
  • a second purge gas branch line 111 having a fourth valve 109 branches off from the purge gas line 101, a first purge gas branch line 107 having a third valve 105, and a second purge gas branch line 111 having a fourth valve 109.
  • the purge gas S is then fed to the bottom column 21 and / or another part of the evaporator device 24 via the second purge gas branch line 111, so that the entire space which is exposed to steam during operation is supplied by the purge gas S via the coolant steam line 43 and the discharge line 41 is flushed freely to the exhaust system 79.
  • the third valve 105 is then closed.
  • the device shown in the drawing also has a barrier fluid device 121. It comprises a barrier fluid container 123, to which a barrier fluid Sp, for example water (deionized water), can be fed. Via a barrier fluid line 125, barrier fluid Sp is drawn in from the barrier fluid container 123 with the aid of a barrier fluid pump 127, and supplied to the compressor 51.
  • the double-acting mechanical seals for example a shaft seal, which are not explicitly shown, are supplied with deionized water as the barrier fluid Sp. It is thereby achieved that no radioactivity can escape from the compressor 51 into the environment and no contaminants, for example oil from the bearing of the compressor shafts, can penetrate into the coolant vapor line 43.
  • gas nitrogen / compressed air
  • This sealing gas does not have to be cooled and can, if necessary, be taken directly from a corresponding supply network.
  • the barrier fluid Sp used once in the compressor 51 is fed to the barrier fluid container 123 via a return line.
  • a sealing fluid cooler 129 is optionally provided in the return line in order to compensate for any temperature increase that may occur in the sealing fluid Sp.
  • the barrier fluid Sp is therefore largely circulated.
  • a branch line 141 branches off from the sump 23 of the bottom column 21, by means of which - driven by an absorber measuring pump 143 - a small part of the absorber A can be fed to an absorber measuring device 145. After passing through the absorber measuring device 145, this part returns to the bottom column 21.
  • the absorber measuring device 145 serves as an actual value transmitter for a concentration control for the circulation flow in the evaporator device 24.
  • the absorber discharge control valve 29 serves as an actuator.
  • a bypass line 151 is attached to the first connecting line 13 of the evaporator device 24 and is led via an electrical preheater 153.
  • the device can be warmed up from the cold state until sufficient steam is available to operate the compressor 51 and stationary power operation of the device can be started.
  • the electric preheater 153 is switched off and the bypass line 151 is closed with the aid of the valve shown.
  • a return line 161 branches off, which has an return control valve 163 and m of the bottom column 21, in particular m of its head.
  • a portion of the coolant KF produced which is preferably set to about 20% with the return control valve 163, is fed to the tray column 21. From the top of the tray column 21, this portion runs in counterflow to the rising coolant dam f KD over the tray 22 m
  • the fill level of the condensate collector 61 is controlled via the coolant control valve 65 as an actuator.
  • This regulation brings about a constant fill level in the condensate collection container 61, which can thereby always take in condensate KF, Ko and has sufficient medium available for the suction side of the evaporator condensate pump 63.
  • a significant cost reduction is achieved compared to the previously used evaporation method. This reduction in costs already results from just looking at the investment costs. In contrast to the known methods, for example, no auxiliary steam supply has to be installed.

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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen eines Neutronenabsorbers (A) von einem Kühlmittel (K) einer kerntechnischen Anlage beschrieben. Bei dem Verfahren wird das Kühlmittel (K) durch Erwärmen verdampft, abgeführter Kühlmitteldampf (KD) in einem Kompressor (51) unter Temperaturerhöhung verdichtet und zum Verdampfen weiteren Kühlmittels verwendet. Bevorzugt wird ein Anteil des verdichteten Kühlmitteldampfs (KD) einem Kondensator (74) zugeführt. Bevorzugt sind eine Spülgaseinrichtung (100) und eine Sperrfluideinrichtung (121) vorhanden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen eines neutronenabsorbierenden Absorbers von einem Kühlmittel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen eines neutronenabsorbierenden Absorbers von einem Kühlmittel einer kerntechnischen Anlage, wobei das Kühlmittel durch Erwärmen verdampft wird und entstehender Kühlmitteldampf und zurück- bleibender Absorber getrennt abgeführt werden. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Abtrennen eines neutronenabsorbierenden Absorbers von einem Kühlmittel einer kerntechnischen Anlage.
In kerntechnischen Anlagen werden Kühlmittel, z.B. Kühlwasser, verwendet, in denen ein Neutronenabsorber, z.B. Borsäure, gelöst ist. Beispielsweise wird für die Kühlung eines Druckwasserreaktors ein Fluid verwendet, das Kühlwasser enthält, in dem Borsäure gelöst ist (sogenanntes Borwasser) . Aus Gründen der Regelung der Kühlmittelmasse und/oder der Zusammensetzung des Fluids wird dem Kühlkreislauf des Druckwasserreaktors Fluid entnommen und in Kühlwasser (Deionat) und konzentrierte Borsäurelösung getrennt. Diese beiden letztgenannten Produkte werden dann wiederverwendet, indem sie erneut und in der gewünschten Dosierung in den Reaktorkühlkreislauf eingespeist werden.
Zum Trennen des Neutronenabsorbers von Kühlmittel ist es bekannt, das zu trennende Kühlmittel nahezu vollständig zu ver- dampfen. Der entstehende Dampf wird üblicherweise in einer
Bodenkolonne von mit übergegangener Borsäure gereinigt und in einem Kondensator niedergeschlagen, wodurch das gewünschte Produkt Kühlwasser (Deionat), bzw. allgemein „Kühlmittel* , entsteht. Aufgrund ihrer geringen Dampfflüchtigkeit verbleibt die im eingespeisten Kühlmittel gelöste Borsäure im Sumpf des Verdampferapparats und konzentriert sich dort auf. Das gewünschte Produkt Neutronenabsorber (konzentrierte Borsäurelösung) , nachfolgend als „Absorber* bezeichnet, wird aus der Apparatur gewonnen, indem entweder kontinuierlich mit Hilfe einer konzentrations- und füllstandsgesteuerten Regelung Borsäurelösung mit der gewünschten Konzentration abgezogen wird und entsprechend Kühlmittel ergänzt wird (kontinuierliches Verfahren) oder der Prozeß beim Erreichen der gewünschten Konzentration unterbrochen und der Verdampfersumpf entleert wird (diskontinuierliches Verfahren) .
Bei diesen bislang eingesetzten Verfahren wird die für die Verdampfung erforderliche Prozeßwärme mit Hilfsdampf zugeführt, der z.B. aus einem im Kraftwerk vorhandenen HilfsdampfVersorgungsnetz entnommen wird.
Diese Vorgehensweise weist mehrere Nachteile auf. Zum ersten verursacht die notwendige Hilfsdampfversorgung durch entsprechende Leitungen, Armaturen und eine Hilfskesselanlage erhebliche Investitionskosten. Zum zweiten muß eine in etwa der Prozeßwärme gleich große Wärmemenge aus der Verdampferanlage mit Hilfe von Kühlwasser abgeführt werden. Leitungen und Armaturen für die Kühlwasserversorgung verursachen ebenfalls erhebliche Investitionskosten. Zum dritten geht die aus dem Hilfsdampfversorgungsnetz entnommene Wärmeleistung zu Lasten der im Druckwasserreaktor produzierten elektrischen Energie. In erster Näherung ist die infolge der bislang üblichen Vorgehensweise nicht produzierte elektrische Energie unter Berücksichtigung eines wärmetechnischen Wirkungsgrads (von etwa 34%) äquivalent der aus dem Hilfsdampfversorgungsnetz entnom- menen Wärmemenge. Die erforderliche Wärmeleistung ergibt sich näherungsweise aus dem Produkt von gewünschtem Deionat-Men- genstrom und der Differenz der spezifischen Enthalpie des Dampfs im Verdampfer und des zugeführten borierten Kühlmittels. Dadurch können sich bei einem Druckwasserreaktor mit etwa 1500 MW elektrischer Leistung leicht Verluste infolge der Verdampfung von mehr als 5 MWWarmβ ergeben, z.B. von 7 MWWarme entsprechend 2,4 M elektrιsch . Aus dem Buch Dubbel „Taschenbuch für den Maschinenbau*, 18. Auflage, 1995, Springer Verlag, Seite N14ff, ist es bekannt, zur Energieeinsparung beim Verdampfen und Kristallisieren die sogenannte Brüdenverdichtung anzuwenden. Dabei wird der aus einem Verdampfer austretende Dampf in einem Verdichter verdichtet. Die dadurch im Dampf entstehende Temperaturerhöhung ermöglicht die Verwendung der im Dampf enthaltenen Wärme zum weiteren Aufheizen der im Verdampfer befindlichen Flüssigkeit .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit Hilfe derer ein Neutronenabsorber von einem Kühlmittel einer kerntechnischen Anlage im Vergleich zur bislang üblichen Vorgehensweise kostengünstiger und unter Einsparung von Energie abgetrennt werden kann.
Die Aufgabe wird bezogen auf das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß abgeführter Kühlmitteldampf in einem Kompressor unter Temperaturerhöhung verdichtet und zum Ver- dampfen weiteren Kühlmittels verwendet wird.
Der abgeführte Kühlmitteldampf wird also durch Verdichten in einen Zustand gebracht, in dem die in ihm enthaltene Wärme nutzbar ist, indem der Kühlmitteldampf bei der erhöhten Tem- peratur zum Verdampfen weiteren Kühlmittels verwendet wird.
Bei der Lösung der genannten Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß das als Brüdenkompression bekannte Verfahren wider Erwarten auch im Bereich der Kerntechnik ein- setzbar ist, obwohl die dort verwendeten Kühlmittel in der Regel radioaktiv verunreinigt sind und zudem häufig nicht kondensierbare Gase enthalten, die - insbesondere beim Kondensieren eines inertisierend wirkenden Dampfs - ein Explosionsrisiko darstellen.
Der abgeführte Kühlmitteldampf wird bevorzugt auf einen 1,5 bis 2-fachen Druck verdichtet. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Anteil des verdichteten Kühlmitteldampfs einem Kondensator zugeführt. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, einen Durchsatz einer nach dem Verfahren betriebenen Anlage einzustellen. Der Anteil kann hierzu aus einem Verdampfer abgezogen werden.
Bevorzugt beträgt der Anteil 1% bis 5%.
Ferner wird bevorzugt ein in dem Anteil mitgeführtes, nicht kondensierbares Gas im Kondensator abgetrennt und einem Abgassystem zugeführt.
Dadurch wird das nicht kondensierbare Gas aus einer nach dem Verfahren arbeitenden Anlage abgeleitet. Das nicht kondensierbare Gas kann z.B. Wasserstoff, Stickstoff oder ein radioaktives Edelgas sein. Würden radioaktive Edelgase in hoher Konzentration im kondensierten Kühlmitteldampf verbleiben, so wäre das Produkt „Kühlmittel* in unzulässiger Weise verunrei- nigt. Würde das nicht kondensierbare Gas nicht mit dem Dampf- /Gasstrom aus der Anlage abgezogen, so würde es sich dort ansammeln und die Wärmeübertragung vom verdichteten Kühlmitteldampf an das zu verdampfende weitere Kühlmittel wesentlich behindern. Durch das Abtrennen nicht kondensierbarer Gase im Kondensator und das Zuführen zu einem Abgassystem wird die Konzentration nicht kondensierbarer Gase im Produkt „Kühlmittel* in vorteilhafter Weise gering gehalten.
Beispielsweise wird das im Kondensator kondensierte Kühlmit- tel dem Kühlmitteldampf beigemischt, der durch Wärmeentzug beim Verdampfen des weiteren Kühlmittels kondensiert ist. Es wird also einem Kondensat beigemischt, das durch Wärmeentzug beim Verdampfen des weiteren Kühlmittels aus dem verdichteten Kühlmitteldampf entstanden ist. Dadurch steht das im Konden- sator kondensierte Kühlmittel ebenfalls als Produkt „Kühlmittel* zur Verfügung. Bevorzugt wird dem Kondensator ein nicht kondensierbares Inertgas, insbesondere Stickstoff, zugeführt. Ein derart betriebener Kondensator arbeitet besonders sicher, da aus dem Kondensator ein sicher nicht explosionsfähiges Gasgemisch austritt.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird eine zum Verdampfen vorgesehene Verdampfereinrichtung nach Beendigung des Verfahrens mit einem nicht kondensierba- ren Inertgas, insbesondere Stickstoff, gespült. Die Verdampfereinrichtung wird beispielsweise nach Beendigung des Verdampfungsprozesses mit dem nicht kondensierbaren Inertgas gespült, da andernfalls nach Beendigung des Verdampfungsprozes- ses in der Verdampferanlage eine Atmosphäre aus nicht konden- sierbaren Gasen, die im Betrieb mit dem zu verdampfenden
Kühlmittel eingetragen werden, z.B. Wasserstoff, Stickstoff und/oder radioaktive Edelgase, zurückbleiben könnte.
Bei einer anderen Weiterentwicklung des Verfahrens wird ein zur Wellenabdichtung des Kompressors vorhandenes Dichtungselement mit einem Sperrfluid, insbesondere mit Wasser, beaufschlagt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß keine radioaktiven Verunreinigungen aus dem Kompressor in die Umgebung entweichen können und/oder keine Verschmutzungen in die Dampfseite des Kompressors eindringen können.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens wird ein Teil des abgeführten Kühlmitteldampfs, der durch Wärmeentzug beim Verdampfen des weiteren Kühlmittels kondensiert ist, als Einspritzfluid saugseitig oder druckseitig dem Kompressor zugeführt. In einer bevorzugten Ausführung wird dabei die Einspritzmenge so eingestellt, daß der Kühl¬ mitteldampf den für die Verwendung als Heizdampf besonders vorteilhaften Sättigungszustand erreicht. Falls kein Fremdme- dium, sondern ausschließlich ein Teil des abgeführten Kühlmitteldampfs saugseitig dem Kompressor zugeführt wird, wird in vorteilhafter Weise bewirkt, daß die Menge und die Quali- tat des in der Anlage verwendeten, mit einem Neutronenabsorber versehenen Kühlmittels durch das Einspritzwasser nicht verändert wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung wird dem abgeführten Kühlmitteldampf, der durch Wärmeentzug beim Verdampfen des weiteren Kühlmittels kondensiert ist, und/oder dem abgeführten Absorber Wärme entzogen und dem zu verdampfenden Kühlmittel zugeführt.
Die auf eine Vorrichtung bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung mit folgenden Merkmalen:
a) eine Verdampfereinrichtung, der das Kühlmittel zuführbar ist, b) ein Kompressor, dem in der Verdampfereinrichtung verdampftes Kühlmittel saugseitig zuführbar ist, c) eine Wärmeübertragungseinrichtung der Verdampfereinrich- tung, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung mit der
Druckseite des Kompressors in Verbindung steht, d) eine Kühlmittelkondensatleitung, über die in der Wärmeübertragungseinrichtung kondensiertes Kühlmittel abführbar ist, und e) eine Absorberleitung, über die in der Verdampfereinrichtung zurückbleibender Absorber abführbar ist.
Die Vorrichtung ist besonders zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet. Die im Zusammenhang mit dem Ver- fahren genannten Vorteile gelten für die Vorrichtung analog.
Die Vorrichtung ist bevorzugt durch einen Kondensator weitergebildet, dem ein Teil des im Kompressor verdichteten Kühlmitteldampfs zuführbar ist. Mit Hilfe des Kondensators lassen sich in vorteilhafter Weise nicht kondensierbare Gase aus der Verdampfereinrichtung und aus mit Dampf beaufschlagten Leitungen ableiten. Der Kondensator steht bevorzugt über eine Kondensatleitung mit der Kuhlmittelkondensatleitung in Verbindung. Dadurch ist im Kondensator kondensiertes Kuhlmittel der Kuhlmittelkondensatleitung zufuhrbar, die das Produkt „Kuhlmittel* fuhrt.
Der Kondensator steht weiterhin bevorzugt mit einem Abgassystem m Verbindung. Dadurch können in vorteilhafter Weise die im Kondensator abgeschiedenen nicht kondensierbaren Gase einer sicheren Verwertung zugeführt werden.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung eine Spulgasleitung auf, mit der der Verdampfereinrichtung und/oder dem Kondensator ein nicht kondensierbares Inertgas, insbesondere Stickstoff, zufuhrbar ist.
über die Spulgasleitung kann m vorteilhafter Weise denjenigen Vorrichtungsbestandteilen, m denen infolge nicht kondensierbaren Wasserstoffs mit einem Explosionsrisiko zu rechnen ist, durch Zufuhr des nicht kondensierbaren Inertgases ein nicht explosionsfahiges Gasgemisch erzeugt werden.
Nach einer anderen Weiterbildung umfaßt die Vorrichtung eine Sperrfluidemrichtung, mit der ein Dichtelement des Kompressors mit einem Sperrfluid beaufschlagbar ist. Dadurch ist der Kompressor besonders gut abgedichtet, was für den sicherheitstechnisch überaus sensiblen Bereich der Kerntechnik besonders vorteilhaft ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist ein Teil des m der Warmeubertragungsemrichtung kondensierten Kuhlmitteldampfs über eine Emspπtzleitung saugseitig oder druckseitig dem Kompressor zufuhrbar.
Dieser Teil betragt bevorzugt 8% bis 12%.
Bevorzugt ist ein erster Wärmetauscher vorhanden, mit dem dem über die Absorberleitung abgeführten Absorber Warme entzieh- bar und der Verdampfereinrichtung zufließendem Kuhlmittel zufuhrbar ist.
Es kann auch ein zweiter Wärmetauscher vorhanden sein, mit dem dem über die Kuhlmittelkondensatleitung abgeführten Kuhlmittel Warme entziehbar und der Verdampfereinrichtung zufließendem Kuhlmittel zufuhrbar ist.
Auf diese Weise wird vorhandene Restwarme für den Verdamp- fungsprozeß nutzbar gemacht.
Ohne den/die Wärmetauscher wäre eine weitere Zufuhr von Fremdenergie erforderlich.
Ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, die auch zur Durchfuhrung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist, ist m der Zeichnung beschrieben.
Die Zeichnung zeigt m schematischer Weise einen Pnnzip- schaltplan einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einer nach dem Prinzip der Brudenkompression arbeitenden Verdampferanlage. Die Vorrichtung ist Bestandteil einer kerntechnischen Anlage oder eines Kernkraftwerks.
Im einzelnen zeigt die Zeichnung eine Fluidleitung 1, der
Fluid F, nämlich boriertes Kuhlmittel aus dem Kernkraftwerk, zufuhrbar ist. Das Fluid F wird über eine Verdampferspeisepumpe 3 aus einem nicht dargestellten Vorlagebehalter gefordert. Das Fluid F wird über die Fluidleitung 1 zu einer Rei- nigungsanlage 5 gefuhrt. Um das Fluid weitgehend auf die Ver¬ dampfungstemperatur vorzuwärmen, wird es über zwei Rekupera- tiv-Warmetauscher 7, 9 gefuhrt. Dabei wird den Produktstromen der Vorrichtung, nämlich einem Absorber A enthaltenden Produktstrom und einem Kuhlmittel K enthaltenden Produktstrom, Warme entzogen. In der Fluidleitung 1 ist ein Zulaufregelventil 11 angeordnet, über das der zulaufende Fluidstrom einstellbar ist. Das Zulaufregelventil 11 dient auch als Stellglied für eine Füllstandsregelung der Bodenkolonne 21.
Die Fluidleitung 1 mündet in eine erste Verbindungsleitung 13, über die das Fluid F zu einem Dampfraum 15 eines Verdampfers 16, angetrieben von einer Verdampferumwälzpumpe 17, gelangt. Über eine Dampfleitung 19 ist der Dampf- räum 15 mit einer Bodenkolonne 21 verbunden. Die Bodenkolonne 21 weist mehrere übereinander angeordnete Abscheideböden 22 auf. Vom Sumpf 23 der Bodenkolonne 21 geht die erste Verbindungsleitung 13 aus.
Das aus dem Verdampfer 16 und der Bodenkolonne 21 sowie der ersten Verbindungsleitung 13 und der Dampfleitung 19 gebildete Kreislaufsystem bildet eine insgesamt als solche bezeichnete Verdampfereinrichtung 24.
Der über die erste Verbindungsleitung 13 und die Dampfleitung 19 umgewälzte Umwälzstrom beträgt das etwa 150-fache der gewünschten Verdampfungsmenge (Verdampfungsstrom) . Dadurch wird erreicht, daß bei der Zufuhr der für die Verdampfung erforderlichen Wärme im Verdampfer 16 nur der Sättigungszustand des flüssigen Fluids F erreicht wird, und daß die eigentliche Verdampfung der gewünschten Menge erst - durch einen Druckverlust verursacht - am Eintritt in die Bodenkolonne 21 erfolgt.
Der Umwälzstrom kann auch das 100-fache bis 200-fache des Verdampfungsstroms betragen.
Im unteren Teil der Bodenkolonne 21 erfolgt durch Schwerkraft und durch Trägheitskräfte die Trennung in einen Teilstrom aus Kühlmitteldampf KD und die verbliebene Flüssigkeitsmenge . Während die verbliebene Flüssigkeitsmenge im genannten Umwälzkreislauf der Verdampferanlage 24 weiter umgewälzt wird, steigt der Kuhlmitteldampf KD über die Abscheideboden 22 zum Kopf der Bodenkolonne 21 auf, wobei er auf jedem Boden 22 durch entgegenströmende Flüssigkeit weiter von mitgerissenen Absorberanteilen (Borsaureanteilen) gereinigt wird. Am Kopf der Bodenkolonne 21 tritt der vollständig gereinigte Kuhlmitteldampf KD mit einer Temperatur, die dem Siedezustand der Flüssigkeit auf dem obersten Boden der Bodenkolonne 21 entspricht, aus.
Der gewünschte Produktström „Absorber A* (konzentrierte Bor- saurelosung) wird über eine Absorberleitung 25 aus dem Sumpf 23 der Bodenkolonne 21 mit Hilfe einer Absorberforderpumpe 27 abgezogen. Dieser über ein Absorberablaufregelven- til 29 einstellbare Produktstrom wird m einen dafür vorgese- henen, nicht explizit dargestellten Vorratsbehalter gefordert. Die im Siedezustand befindliche Borsaurelosung wird vorher noch über einen ersten der Rekuperativ-Warmetauscher 7 geleitet, wo sie - wie oben beschrieben - einen Teil ihrer Warme zum Vorwarmen des der Verdampferanlage 24 zulaufenden, zu verdampfenden Fluids F abgibt. Aus dem Vorratsbehalter kann der Absorber einer neuen Verwendung zugeführt werden, z.B. zum Boπeren des Kuhlmittels der kerntechnischen Anlage.
Der vollständig gereinigte Kuhlmitteldampf KD wird über eine am Kopf der Bodenkolonne 21 angesetzte Kuhlmittelleitung 41, die zur besseren Verständlichkeit mit ihrem ersten Teil als Kuhlmitteldampfleitung 43 und mit ihrem zweiten Teil - m Stromungsrichtung nach dem Verdampfer 16 - als Kuhlmittelkondensatleitung 45 bezeichnet wird, von einem Kompressor 51 an- gesaugt und auf den etwa 1,8-fachen Druck verdichtet. Dadurch erwärmt sich der Kuhlmitteldampf KD. Um einerseits eine Uber- hitzung des Kompressors 51 zu vermeiden, und andererseits einen für die nachfolgend beschriebene Verwendung als Heizdampf besonders vorteilhaften Sattigungszustand des Kuhlmittel- dampfs KD herzustellen, wird vor dem Saugstutzen des Kompressors 51 Wasser m den angesaugten Dampfstrom eingespritzt (über die weiter unten beschriebene Emspritzleitung 91) , das wahrend des Verdichtungsvorgangs verdampft. Je nach Bauart des Kompressors kann das Einspritzen auch auf der Druckseite erfolgen. Z.B. ist nämlich ein Turbokompressor nicht empfindlich auf Temperatur, sondern auf Tropfen Forderstrom.
Der Dampf, der sich nunmehr auf einer gegenüber der Saugseite (ca. 100 °C) deutlich höheren Temperatur von etwa 117 °C befindet, wird über die Kuhlmitteldampfleitung 43 einer Warmeubertragungsemrichtung oder Warmeubertragungsflache 53 des Verdampfers 16 zugeführt. Die Warmeubertragungsemrichtung 53 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit schematisiert nur durch einen einzigen Bogen einer Heizleitung wiedergegeben und besteht tatsachlich aus einer Mehrzahl von Heizwicklungen oder Heizrohren (Rohrbundel) .
In der Warmeubertragungsemrichtung 53 kondensiert der Kuhl- mitteldampf KD und gibt dabei die m ihm enthaltene Verdamp- fungsenthalpie zur Erwärmung des im Dampfraum 15 des Verdampfers 16 stromenden Verdampferumwalzstroms ab.
Das sich heizseitig im Verdampfer 16, d.h. m der Warmeubertragungsemrichtung 53, bildende Kondensat, nachfolgend als flussiges Kuhlmittel KF bezeichnet, stellt den zweiten gewünschten Produktstrom „Kuhlmittel K* (Deionat) dar. Es wird über die Kuhlmittelkondensatleitung 45 zunächst einem Kondensatsammler 55 zugeführt und mit Hilfe eines fullstandsgesteu- erten Kondensatablaufregelventils 59 m einen Kondensatsammelbehalter 61 abgelassen, m dem ein (z.B. über das angeschlossene, weiter unten beschriebene Abgassystem 79 einer Kraftwerksanlage aufgeprägter) niedriger Druck herrscht. Damit bei der Kondensatableitung keine Nachverdampfung auftritt, ist vor dem Kondensatablaufregelventil 59 ein Konden- satkuhler 57 angeordnet, dem die Kondensattemperatur knapp unter die zum Druck im Kondensatsammelbehalter 61 gehörige Sattigungstemperatur abgesenkt wird. Mit einer Verdampferkondensatpumpe 63 wird das erzeugte Kuhlmittel KF, geregelt von einem Kuhlmittelregelventil 65, m einen nicht explizit dargestellten Vorratsbehalter gefordert. Das flussige Kuhlmittel KF w rd beim Strömen durch die Kuhl- mittelkondensatleitung 45 zudem über den zweiten Rekuperativ- Warmetauscher 9 geleitet, wobei es einen Teil seiner Warme zum Vorwarmen des der Verdampferanlage 24 zulaufenden Fluids F abgibt. Das flussige Kuhlmittel KF wird gegebenenfalls m einem nachgeschalteten Nachkuhler 67 auf die f r die nachfolgende Wiederverwendung notwendige Temperatur, z.B. m etwa 50 °C, abgekühlt.
Dampfseitig zweigt von dem Verdampfer 16 eine Abfuhrlei- tung 71 ab, mit der ein über ein Dampfe stellventil 73 e - stellbarer, geringer Anteil überschüssigen Kuhlmitteldampfs KD einem Kondensator 74 zuleitbar ist. Dies ermöglicht zum einen die Einstellung der Leistung der Verdampferanlage 24. Zum anderen werden mit diesem abgeleiteten Dampfstrom nicht kondensierbare Gase G, die im zulaufenden Fluid F gelost sind und beim Verdampfungsprozeß freigesetzt werden, aus der Vorrichtung nach der Erfindung, d.h. insbesondere aus der Verdampfereinrichtung 24, abgeleitet. Die nicht kondensierbaren Gase G bestehen im wesentlichen aus Wasserstoff (Explosionsgefahr) , Stickstoff und radioaktiven Edelgasen. Sie werden über ein erstes Ventil 77 einem nicht naher dargestellten Abgassystem 79 des Kernkraftwerks zugeleitet.
Das im Kondensator 74 anfallende Kondensat Ko wird unter Aus- nutzung eines geodätischen Gefälles über eine Kondensatlei- tung 81 m den Kondensatsammelbehalter 61 gefuhrt und stellt einen Teil des m der Vorrichtung nach der Erfindung erzeugten Produkts „Kuhlmittel K* (Deionat) dar.
Endseitig wird von der Kuhlmittelkondensatleitung 45 über eine Einspritzleitung 91 ein Teil des erzeugten und abgek hlten Kuhlmittels KF entnommen und auf der Saugseite des Korn- pressors 51 m den Kuhlmitteldampfström KD als Emspritz- fluid E eingespritzt. Dadurch wird einerseits eine Uberhit- zung des Kompressors 51 vermieden, und andererseits der für die Verwendung als Heizdampf besonders vorteilhafte Satti- gungszustand des Kuhlmitteldampfs KD hergestellt. Da kein
Fremdmedium, sondern ausschließlich em Teilstrom des erzeugten Kuhlmittels KF verwendet w rd, wird erreicht, daß die Menge und die Qualltat des in der Anlage verwendeten borier- ten Kuhlmittels durch das Einspritzwasser E nicht verändert wird. Qualität bedeutet dabei einen geringen Gehalt an gelosten Verunreinigungen, die im Kuhlkreislauf eines Kernreaktors nicht zulassig sind. Eine Vergrößerung der Kuhlmittelmenge durch eine Nutzung von Fremdmedium wurde eine unerwünschte Abgabe von radioaktiv kontaminiertem Kuhlmittel an die Umgebung erforderlich machen.
Mit einem m der Emspπtzleitung 91 angeordneten Emspritz- emstellventil wird eine Teilmenge von 8% bis 12% des produzierten Kuhlmittelstroms abgezweigt.
Das Einspritzfluid E wird ferner über em zweites Ventil 95 geleitet, das dazu dient, im Falle einer Änderung der Druck- verhaltnisse m der Vorrichtung, z.B. bei Ausfall der Verdampferkondensatpumpe 63, ein unerwünschtes Ruckstromen zu verhindern.
Die m der Zeichnung beispielhaft dargestellte Vorrichtung nach der Erfindung umfaßt weiterhin eine Spulgasemrich- tung 100, mit einer Spulgasleitung 101 und einem Spulgasven- til 103. Über die Spulgasleitung 101 ist em nicht kondensierbares, mertisierendes Gas, z.B. Stickstoff, sowohl der Verdampfereinrichtung 24 als auch dem Kondensator 74 zufuhrbar. Hierzu zweigt von der Spulgasleitung 101 eine e drittes Ventil 105 aufweisende erste Spulgaszweigleitung 107 so- wie eine e viertes Ventil 109 aufweisende zweite Spulgaszweigleitung 111 ab. Im Bereich der Kühlmitteldampfleitung 43, die von der Bodenkolonne 21 bis zum Verdampfer 16 reicht, sowie im Bereich der Abführleitung 71 zwischen dem Verdampfer 16 und dem Kondensator .74 ist während des Betriebs der Vorrichtung ausreichend inertisierender Dampf vorhanden, um eine Explosion des Wasserstoffs auszuschließen. Vor Eintritt in den Kondensator 74 wird über die erste Spülgaszweigleitung 107 Spülgas S zugemischt, so daß in der angedeuteten Strömungsrichtung hinter dem Kondensator 74 ebenfalls ein nicht explosionsfähiges Gas- gemisch sichergestellt ist.
Nach Beendigung des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung kondensiert der verbliebene Dampf, und es bleibt eine aus den nicht kondensierbaren Gasen gebildete Atmosphäre zu- rück. Über das vierte Ventil 109 wird dann das Spülgas S über die zweite Spülgaszweigleitung 111 der Bodenkolonne 21 und/oder einem anderen Teil der Verdampfereinrichtung 24 zugeführt, so daß der gesamte während des Betriebs mit Dampf beaufschlagte Raum durch das Spülgas S über die Kühlmittel- dampfleitung 43 und die Abführleitung 41 hin zum Abgassystem 79 frei gespült wird. Das dritte Ventil 105 ist dann geschlossen.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist ferner eine Sperrfluideinrichtung 121 auf. Sie umfaßt einen Sperr- fluidbehälter 123, dem ein Sperrfluid Sp, z.B. Wasser (Deionat), zuführbar ist. Über eine Sperrfluidleitung 125 wird aus dem Sperrfluidbehälter 123 mit Hilfe einer Sperr- fluidpumpe 127 Sperrfluid Sp angesaugt, und dem Kompressor 51 zugeführt. Im Kompressor 51 werden die nicht explizit dargestellten doppelt wirkenden Gleitringdichtungen, z.B. einer Wellendichtung, mit Deionat als Sperrfluid Sp versorgt. Dadurch wird erreicht, daß keine Radioaktivität aus dem Kompressor 51 in die Umgebung entweichen kann und keine Ver- schmutzungen, z.B. Öl aus der Lagerung der Kompressorwellen, in die Kühlmitteldampfleitung 43 eindringen können. Bei einer alternativen Ausführung mit einem Turbokompressor (andere Dichtungstechnik) wird Gas (Stickstoff/Druckluft ) als Sperrmedium verwendet. Dieses Sperrgas muß nicht gekühlt werden und kann gegebenenfalls direkt einem entsprechenden Ver- sorgungsnetz entnommen werden.
Das im Kompressor 51 einmal benutzte Sperrfluid Sp wird über eine Rückführleitung dem Sperrfluidbehälter 123 zugeführt. In der Rückführleitung ist optional ein Sperrfluidkühler 129 vorgesehen, um eine gegebenenfalls eintretende Temperaturerhöhung im Sperrfluid Sp zu kompensieren. Das Sperrfluid Sp wird also größtenteils im Kreis geführt.
Vom Sumpf 23 der Bodenkolonne 21 zweigt eine Zweigleitung 141 ab, mit der - angetrieben von einer Absorbermeßpumpe 143 - ein geringer Teil des Absorbers A einer Absorbermeßeinrich- tung 145 zuführbar ist. Nach Passieren der Absorbermeßeinrichtung 145 gelangt dieser Teil wieder in die Bodenkolonne 21. Die Absorbermeßeinrichtung 145 dient als Istwert- Geber für eine Konzentrationsregelung für den Umwälzstrom in der Verdampfereinrichtung 24. Als Stellglied dient dabei das Absorberablaufregelventil 29.
Bei gleichzeitiger Anwendung der weiter oben genannten Füll- standsregelung für die Bodenkolonne 21 als auch der im letzten Absatz beschriebenen Konzentrationsregelung wird in vorteilhafter Weise bewirkt, daß a) die Füllung des Umwälzkreislaufs der Verdampfereinrichtung 24 unabhängig von den entnommenen Produktströmen A, K immer konstant bleibt und b) die Absorberkonzentration des Mediums im Umwälzkreislauf der Verdampfereinrichtung 24 und damit im Entnahmestrom unabhängig von der Menge und der Konzentration des Zulaufs an Fluid F immer konstant bleibt, z.B. bei ca. 4% Bor- säure. An der ersten Verbmdungsleitung 13 der Verdampfereinnch- tung 24 ist eine Bypassleitung 151 angebracht, die über einen elektrischen Vorwarmer 153 gefuhrt ist. Damit, als auch mit Hilfe der Verdampferumwalzpumpe 17, kann die Vorrichtung aus dem kalten Zustand angewärmt werden, bis ausreichend Dampf zum Betrieb des Kompressors 51 zur Verfugung steht und em stationärer Leistungsbetrieb der Vorrichtung begonnen werden kann. Wahrend des stationären Leistungsbetriebs ist der elektrische Vorwarmer 153 abgeschaltet und die Bypassleitung 151 mit Hilfe des eingezeichneten Ventils geschlossen.
Von der Kuhlmittelkondensatleitung 45, insbesondere druckseitig an der Verdampferkondensatpumpe 63, zweigt eine Rucklauf- leitung 161 ab, die em Rucklaufstellventil 163 aufweist und m der Bodenkolonne 21, insbesondere m deren Kopf, mundet. Damit wird em Anteil des erzeugten Kuhlmittels KF, der mit dem Rucklaufstellventil 163 bevorzugt auf etwa 20% eingestellt wird, der Bodenkolonne 21 zugeführt. Vom Kopf der Bodenkolonne 21 lauft dieser Anteil im Gegenstrom zu dem auf- steigenden Kuhlmitteldam f KD über die Boden 22 m den
Sumpf 23 der Bodenkolonne 21 zurück. Dieser Rucklauf im Gegenstrom bewirkt die gewünschte Reinheit des über d e Kuhlmittelleitung 41 austretenden Kuhlmitteldampfs KD.
Mit Hilfe des Kondensatablaufregelventils 59 wird eine Druckabstufung m der Kondensatsammlung ermöglicht, durch die die Rückführung des im Kondensator 74 anfallenden Kondensats Ko m den Produktstrom der Kuhlmittelkondensatleitung 45 störungsfrei ermöglicht wird.
Der Füllstand des Kondensatsammelbehalters 61 wird über das Kuhlmittelregelventil 65 als Stellglied geregelt. Diese Regelung bewirkt einen konstanten Füllstand im Kondensatsammelbehalter 61, der dadurch stets zulaufendes Kondensat KF, Ko aufnehmen kann und ausreichend Medium für die Saugseite der Verdampferkondensatpumpe 63 bereithalt. Mit der dargestellten Vorrichtung nach der Erfindung wird eine deutliche Kostenreduzierung gegenüber dem bislang angewendeten Verdampfungsverfahren erreicht. Diese Kostenreduktion ergibt sich bereits allein bei Betrachtung der Investi- tionskosten. Es ist nämlich im Gegensatz zu den bekannten Verfahren z.B. keine Hilfsdampfversorgung zu installieren. Bei den Betriebskosten ergibt sich eine zusätzliche Minderung dadurch, daß für ein Kernkraftwerk der 1300 MW-Leistungsklasse der Energiebedarf für die Verdampfung von ca. 6 MW bei Beheizung mit Hilfsdampf auf ca. 0,8 MW elektrischem Leistungsbedarf bei Beheizung mit Brüdenkompression zurückgeht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Abtrennen eines neutronenabsorbierenden Absorbers (A) von einem Kühlmittel (K) einer kerntechnischen Anlage, wobei das Kühlmittel (K) durch Erwärmen verdampft wird und entstehender Kühlmitteldampf (KD) und zurückbleibender Absorber (A) getrennt abgeführt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß abgeführter Kühlmitteldampf (KD) in einem Kompressor (51) unter Temperaturerhöhung verdichtet und zum Verdampfen weiteren Kühlmittels verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Anteil des verdichteten Kühlmitteldampfs (KD) einem Kondensator (74) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in dem Anteil mitgeführtes, nicht kondensierbares Gas (G) im Kondensator (74) abgetrennt und einem Abgassystem (79) zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Kondensator (74) kondensiertes Kühlmittel (Ko) dem Kühlmitteldampf (KF) beigemischt wird, der durch Wärmeentzug beim Verdampfen des weiteren Kühlmittels kondensiert ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem Kondensator (74) ein nichtkondensierbares Inertgas (S) , insbesondere Stickstoff, zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine zum Verdampfen vorgesehene Verdampfereinrichtung (24) nach Beendigung des Verdampfens mit einem nichtkondensierbaren Inert- gas (S) , insbesondere Stickstoff, gespült wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein zur Wellenabdichtung des Kompressors (51) vorhandenes Dichtungsele- ment mit einem Sperrfluid (Sp) , insbesondere mit Wasser, beaufschlagt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Teil des abgeführten Kühlmitteldampfs (KF) , der durch Wärmeentzug beim Verdampfen des weiteren Kühlmittels kondensiert ist, als Einspritzfluid (E) saugseitig oder druckseitig dem Kompressor (51) zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem abgeführten Kühlmitteldampf (KF) , der durch Wärmeentzug beim Verdampfen des weiteren Kühlmittels kondensiert ist, und/oder dem abgeführten Absorber (A) Wärme entzogen und dem zu ver- dampfenden Kühlmittel zugeführt wird.
10. Vorrichtung zum Abtrennen eines neutronenabsorbierenden Absorbers (A) von einem Kühlmittel (K) einer kerntechnischen Anlage, mit a) einer Verdampfereinrichtung (24), der das Kühlmittel (K) zuführbar ist, b) einem Kompressor (51), dem in der Verdampfereinrichtung (24) verdampftes Kühlmittel (KD) saugseitig zuführbar ist, c) einer Wärmeübertragungseinrichtung (53) der Verdampferein- richtung (24), wobei die Warmeubertragungsemrichtung (53) mit der Druckseite des Kompressors (51) in Verbindung steht, d) einer Kuhlmittelkondensatleitung (45), über die in der Warmeubertragungsemrichtung (53) kondensiertes Kühlmittel
(KF) abführbar ist, und e) einer Absorberleitung (25) , über die in der Verdampferein- richtung (24) zurückbleibender Absorber (A) abführbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Kondensator (74) , dem ein Teil des im Kompressor (51) verdichteten Kühl- mitteldampfs (KD) zuführbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kondensator (74) über eine Kondensatleitung (81) mit der Kühlmit- telkondensatleitung (45) in Verbindung steht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kondensator (74) mit einem Abgassystem (79) in Verbindung steht.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Spülgasleitung
(101), mit der der Verdampfereinrichtung (24) und/ oder dem Kondensator (74) ein nichtkondensierbares Inertgas (S) , ins- besondere Stickstoff, zuführbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Sperrfluidein- richtung (121), mit der ein Dichtelement des Kompressors (51) mit einem Sperrfluid (Sp) beaufschlagbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Teil des in der Wärmeübertragungseinrichtung (53) kondensierten Kühl- mitteldampfs (KF) über eine Einspritzleitung (91) saugseitig oder druckseitig dem Kompressor (51) zuführbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen ersten Wärmetauscher (7), mit dem dem über die Absorberleitung (25) abgeführten Absorber (A) Wärme entziehbar und der Verdampferein- richtung (24) zufließendem Kühlmittel (K) zuführbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen zweiten Wärmetauscher (9), mit dem dem über die Kühlmittelkondensatlei- tung (45) abgeführten Kühlmittel (KF) Wärme entziehbar und der Verdampfereinrichtung (24) zufließendem Kühlmittel (K) zuführbar ist.
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