NL8401858A - Stoomketel met rechte pijpen in modulairsysteem. - Google Patents

Description

• - . ί * * Η AL/lh/4

Stoomketel met rechte pijpen in modulairsysteem.

Onderwerp van de uitvinding is een stoomketel in modulairsysteem met rechte pijpleidingen, die als verhittings-vloeistof het uit een snelle kweekreaktor komende natrium gebruikt, en waarbij de voorverwarmings-, verdampings- en 5 oververhittingsfasen volledig door het water veroorzaakt worden.

De stoomketel in modulairsysteem volgens de uitvinding neemt het nadeel weg van bekende stoomketels die een enkele module hebben, waarbij het uitvallen van één of 10 ander element van de inrichting noodgedwongen de stilstand van de gehele inrichting veroorzaakt. Bij de inrichting volgens de uitvinding daarentegen veroorzaakt het uitvallen van een element slechts het uitwisselen van de beschadigde module en de inrichting kan verder in bedrijf blijven, zij 15 het met een verminderd vermogen.

Bovendien maakt de stoomketel in het modulairsysteem met standaardmodulen het mogelijk ieder gewenst geïnstalleerd vermogen te realiseren, waarin telkens alleen maar het vereiste aantal modulen in bedrijf genomen wordt, 20 wat duidelijk een besparing betekent bij het ontwerp van inrichtingen met sterk verschillend vermogen en, in het bijzonder bij de constructie van de modulen, die van gelijke uitvoering zijn voor ieder gezamenlijk vermogen van de inrichting.

25 In het geval dat één van de het modulairsysteem vormende modulen uitvalt, bestaat niet alleen de mogelijkheid, de inrichting met de overige modulen, zij het met verminderd vermogen, verder in bedrijf te laten, maar bestaat ook verder de mogelijkheid, het beschadigde element voor een in de werk-30 plaats, waar de reparatie uitgevoerd wcSrdt, klaar gehouden reservemodule in te wisselen.

Volgens de uitvinding worden volgende voordelen bereikt: - de inrichting blijft in staat te funktioneren ook 35 bij uitvallen van één van zijn delen; 8401858 -2- f" * • t - de beschadigde module kan op korte termijn vervangen worden, daar een reservemodule klaargehouden kan worden om in te zetten; - de reparatie van het beschadigde element kan 5 met duidelijke kostenbesparing in de werkplaats in plaats van ter plaatse uitgevoerd worden.

Ook op zich levert één van deze voordelen al voldoende op, om verstrekkend de superioriteit van het onderwerp van de uitvinding ten opzichte van een stoomketel met een 10 enkele module vast te stellen.

Iedere enkele module van de stoomketel volgens de uitvinding vormt een onafhankelijke stoomketel.

Als verhittingsvloeistof wordt natrium aangewend en de modulen zijn volgens het tegenstroomprincipe met 15 rechte pijpen gebouwd.

In essentie bestaat iedere module uit twee verzamelaars, waartussen zich de pijpenbundel uitstrekt. Buiten de pijpenbundel is een mantel met twee zijdelingse kragen, boven en onder, ter hoogte van twee ringvormige kamers voor de 20 toe- resp. afvoer van het natrium aangebracht.

Ter hoogte van de genoemde kragen is de pijpenbundel voorzien van een cilindrisch ketelschot met een onderbreking voor de doorvoer van het natrium.

Volgens de uitvinding zijn de afzonderlijke modulen, 25 waarvan, zoals zojuist gezegd, ieder op zich een onafhankelijke stoomketel vormt, in bundels om een paar reservoirs, die tegenover elkaar liggen en die de toevoer- resp. verzamel-kamer voor het vloeibaar natrium vormen aangebracht.

Iedere afzonderlijke module is door middel van aan 30 de ondereinden zwenkbaar verankerde trekstangen opgehangen, terwijl de boveneinden van iedere module om de vrije uitzetting van de pijpenbundel en de mantel mogelijk te maken slechts geleid worden. Het onderste natriumreservoir is aan vaste houders opgehangen, terwijl het bovenste natriumreservoir 35 door onder konstante spanning gehouden veren gesteund wordt, zodat de vertikale verschuivingen van de inrichtingen, waarvan ieder een onafhankelijke stoomketel vormt, ongehinderd mogelijk zijn.

8401858 . * * -3-

De essentiele maatregelen van de uitvinding worden door de octrooiconclusies gekenmerkt, terwijl onderwerp en voordelen daarvan blijken uit de volgende beschrijving van uitvoeringsvoorbeelden en aan de hand van de bijbehorende 5 tekening- In de tekening tonen:

Fig. 1 een diametrale doorsnede door een module van de stoomketel volgens de uitvinding in modulairsysteem,

Fig. 2 een bovenaanzicht van een schematische voorstelling van een stoomketel in modulairsysteem met vier 10 langs de omtrek regelmatig om de as van het gezamenlijke aggregaat verdeelde modulen,

Fig. 3 een doorsnede over de lijn III-III uit fig.

2,

Fig. 4 op grotere schaal het ondereinde van een 15 module met de ophang- en geleidingsmiddelen van de module,

Fig. 5 een zijaanzicht van het in fig. 4 afgebeelde detail,

Fig. 6 het boveneinde van een stoomketelmodule, in het bijzonder de geleidings- en opneemmiddelen van het 20 bovenste moduledeel.

Zoals in de tekeningen zichtbaar is, bestaat ieder stoomketelmodule 10 (zie fig. 1) uit twee gelijke, êén geheel vormende "pijpwand met bolkappen",.:en wel uit een bovencomplex 11 en een ondercomplex 12 van gelijke uitvoering, die 25 als verzamelreservoirs voor de uit natrium bestaande primaire vloeistof dienen.

Aan de twee tegenover elkaar liggende buiswanden 13 en 14 is de in zijn geheel met 15 aangemerkte pijpen-bundel gelast.

30 Aan de buitenzijde van de pijpenbundel 15 is een mantel 20 met een bovenkraag 21 en een onderkraag 22 bevestigd, waarbinnen twee ringkamers 23 en 24 voor de toe- resp. afvoer van vloeibaar natrium aangebracht zijn.

Genoemde ringkamers zijn binnenin begrensd door 35 twee ketelschotten 25 resp. 26, die de pijpenbundel omgeven, en dezelfde diameter als het middelste deel 27 van de mantel 20 vertonen. Het manteldeel 20 is aan de twee einden van de pijpwand 13 resp. 14 gelast.

8401858 -4- ? z .

• I

De bovenste verzamelaar 11 vertoont een aansluit-stuk 17 voor de toevoer van waterdamp naar de turbine van de inrichting; op dezelfde wijze is de onderste verzamelaar voorzien van een aansluitstuk 18 voor de toevoer van koud 5 water onder druk naar de module van de stoomketel.

De ketelschotten 25 en 26 vertonen openingen 28 resp. 29/ die de verbinding vormen tussen de ringvormige kamers 23 en 24 en de door de ketelschotten begrensde ruimte, waarin de pijpenbundel is opgenomen.

10 Bovendien vertoont iedere kraag 21,22 van de mantel 20 een aansluitstuk 31 resp. 32, dat aangesloten is op een kamer 33 voor de toevoer van warm natrium resp. om het door de stoomketel gestroomde natrium op te nemen. De reservoirs 33 en 34 dienen gezamenlijk voor alle in regelmatige afstanden 15 langs de omtrek verdeelde modulen.

Het koude water stroomt in de onderste bolkap 112, en aansluitend door het aansluitstuk 18 heen en van hier, via de pijpwand 14 tot in de pijpen van de pijpenbundel 15, dat deze van onderen naar boven doorstroomt in de fasevolgorde: 20 voorverwarmen, koken, oververhitten.

Hierna stroomt de oververhitte damp via de buis-wand 13 in de bovenste bolkap 111 en wordt van hier door het aansluitstuk 17 in de drukleidingen van de turbine geleid.

Het vanaf de tussenliggende, in de tekeningen niet 25 afgeheelde, warmtewisselaars komende hete natrium wordt vervolgens naar de verdeelkamer 33 (fig. 2) geleid, die voor alle modulen gemeenschappelijk is.

Vanaf de verdelingskamer 33 komt het warme natrium via de aansluitpijp 31 tot in het bovenste deel van de mantel 30 11, dat wil zeggen tot in aan dë buitenkant door de kraag 21 van de mantel en aan de binnenkant door het het bovenste deel van de pijpenbundel omhullende, bovenste ketelschot 25, begrensde ringvormige kamer 23.

De opening 29 maakt het mogelijk, dat het door de 35 ringvormige tussenruimte 32 gestroomde warme natrium tot in de pijpenbundel 15 stroomt.

Het natrium doorstroomt van boven naar onder de gehele pijpenbundel - natuurlijk aan de buitenkant van de 8401858 3 -ΐ -5- betreffende pijpen - en geeft zijn warmte voortdurend af aan het de pijpen van onder naar boven doorstromende water.

Dankzij de in het onderste ketelschot 26 aangebrachte opening 28 treedt het natrium uit de pijpenbundel, door-5 stroomt de ringvormige kamer 24 en bereikt via het aansluit-stuk 32 de voor een geheel van stoomketelmodulen gemeenschappelijk zijnde verzamelruimte 34.

Zoals zojuist gezegd, maakt de inzet van uit standaardelementen van boven beschreven aard gebouwde stoom-10 ketels, middels de parallelschakeling van verschillende elementen, het mogelijk het noodzakelijk vermogen te verkrijgen.

Zou in een stoomketel een natrium-waterreaktie tot stand komen, dan is het voldoende, slechts het betreffende 15 element af te zonderen, waarbij de inrichting met zeer gering vermogensverlies verder bedreven kan worden.

Bij het uitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 2 en 3 gaat het om een uit vier rondom de gemeenschappelijke as van de boven elkaar liggende bakken 33,34, regelmatig langé 20 de omtrek verdeelde modulen gebouwde stoomketelaggregaat.

Het aantal modulen kan natuurlijk in verhouding tot iedere gewenst vermogen van de inrichting gekozen worden.

Het voor de voeding van het natrium aan de vier modulen van de stoomketels 10 aangebrachte reservoir 33 dient 25 als hoogste punt van de kringloop, tegelijkertijd ook als expansievat. Dit reservoir 33 ligt in het middel van een vierkant, op de vier hoekpunten waarvan de met het reservoir 33 middels de aansluitstukken 31 verbonden vier modulen aangebracht zijn.

30 Het onderste verzamelreservoir 34 is symmetrisch ten opzichte van het bovenste reservoir 33 via de aansluit-stukken 32 aan de ondereinden van de vier stoomketelmodulen aangesloten. Vanaf het verzamelreservoir 34 vertakken in de figuur niet afgeheelde leidingen, namelijk de toevoerleidingen 35 naar de secundaire natriumpomp en de verbindingsleiding met het ook niet nader afgeheelde natriumvoorraadreservoir.

De door de uitvinding bereikte voordelen zijn: 84 0 1 8 5 8

V

-6- 1. Bij het modulairsysteem zijn de eenheidskosten lager, wat het toelaat zonder hoge extra kosten een reserve-module klaar te houden.

Vanwege de beschikbaarheid van een reservemodule 5 kan in geval van uitvallen van een module, reparatie daarvan in de werkplaats uitgevoerd worden. Daardoor verkrijgt men een veel betrouwbaarder bedrijf dan bij een ter plekke uitgevoerde reparatie en de stilstandstijden worden essentieel verkort, wat een essentiele verbetering van de uitvalfaktor 10 van de krachtcentrale tot gevolg heeft.

2. De stoomketel volgens het modulairsysteem volgens de uitvinding is vanuit technologisch oogpunt gezien met verhoudingsgewijs weinig kosten te realiseren. Afgezien van het laswerk aan buis en buiswand - een kritische plaats 15 bij iedere stoomketel - vereist geen ander deel van de inrichting moeilijk uitvoerbare technologische ingrepen (rechte pijpen, verhoudingsgewijs geringe sterkte).

3. De door de oplossing volgens de uitvinding bereikte compacte bouwwijze (zie fig. 2) is met de nodige 20 ruimte vergelijkbaar die een uit één module bestaande stoomketel nodig heeft. De werkzaamheden bij de bouw zijn zodoende niet omvangrijkerfêSj de conventionele -stoomketel het geval is.

4. Doordat in de verdeel- en verzamelreservoir een 25 natriumvrij volume aanwezig is, wordt in geval van een natrium-waterreaktie in één van de modulen, de zich daarbij ontwikkelende drukgolf gedempt en dientengevolge worden de uitwerkingen daarvan op de natriumleidingen verminderd. De over de omtrek van de stoomketel in gelijke afstanden 30 verdeelde modulen, net zoals de beide verdeel- en verzamel-reservoirs van het vloeibare natrium, zijn aan de draagconstructie vastgezet, die deze zoals onder verklaard steunt-Zoals uit fig. 4,5 en 6 zichtbaar is, vertoont iedeje module 10 ter hoogte van het bovenste kraagdeel 22 van de mantel 20 35 twee boven elkaar en tegenover elkaar liggende, naar buiten stekende consolen van gelijke diameter. Aan het einde van deze console 40 zijn zwenkstangen 41 aangebracht, die aan hun andere einde 42 door middel van de dragerstellage 43 van de 8401858 * ~Λ, * 1 -7- de stoomketel vasthoudende constructie gesteund zijn. Onder deze console 40 aangebrachte verdere consolen 44 staan het toe het onderste einde van de module 10 tegen vaste, middels dragerstellage 46 van de constructie gesteunde aanslagen 5 in axiale richting vast te houden. Verdere loodrecht op de dragerstellage 46 van de constructie boven de bevestigingen 45 naar boven uitstekende consolen 47 zijn ter begrenzing van zijdelingse verschuivingen van de stoomketelmodule met op zich bekende en daarom niet in de tekening afgebeelde 10 glijschoenen voorzien. Zoals in fig. 6 zichtbaar is, vertoont het boveneinde van module 10 een van glij schoenen 50 voorziene console, die de vrije, vertikale verschuiving tengevolge van warmte-uitzetting in de richting van de pijl F mogelijk maken. De vaste, met de dragerstructuur van de constructie 15 één enkel deel vormende aanslagen dienen ook als zijdelingse vastzetmiddelen.

Van de reservoirs 33 en 34 (fig. 2) wordt de eerste middels de bovenste constructie van module 10 door elastisch uitgevoerde, in de figuur alleen maar schematisch aangegeven 20 dragers 51 gesteund. Het tweede reservoir, dat wil zeggen het natrium opnemende reservoir 34 wordt daarentegen door vaste, ook alleen maar schematisch aangegeven dragers 52 middels de draagstructuur van de constructie gesteund.

Aan de beschreven en in de tekeningen afgebeelde 25 voorbeelden van uitvoeringen kunnen in het kader van de vakkennis talrijke veranderingen en varianten aangebracht worden, zonder dat daardoor de basisgedachte van de uitvinding verlaten wordt.

8401858

Claims (8)

1. Stoomketel in modulairsysteem met rechte pijpen, die gevoed wordt door een uit natrium bestaande primaire vloeistof voor de verhitting,, de verdamping en oververhitting van een uit water gevormde, secundaire vloeistof, 5 met het kenmerk, dat voorzien is in een verdeelreservoir met het vloeibare natrium en daaronder een reservoir voor het opnemen van natrium dat zijn warmte al aan te verwarmen, te verdampen en te oververhitten water afgegeven heeft, dat tenminste twee stoomketels-modulen op regelmatige afstand 10 langs de omtrek van deze twee boven elkaar liggende reservoirs verdeeld zijn aangebracht, en dat iedere afzonderlijke module uit één vertikale pijpenbundel en twee verzamelreservoirs , dat wil zeggen uit één boven- en uit één onderverzamel-reservoir bestaat, die middels geschikte aansluitstukken 15 boven aan de natriumverdeler en onder aan het natrium opnemende reservoir aangesloten zijn.

2. Stoomketelmodule voor het inzetten in een modulair stoomketelsysteem volgens conclusie 1, die een vertikale pijpenbundel met rechte pijpen vertoont, die zich uitstrekken 20 tussen twee vlakke, horizontale pijpwanden en behoren tot een bovenverzamelaar voor de opname van het natrium resp. een onderverzamelaar voor de toevoer van het water aan de pijpenbundel, met het kenmerk, dat de genoemde pijpenbundel door een in zijn centrale deel cilindrisch uitgevoerde en aan 25 beide einden van twee cilindrische kragen voorziene, onder en boven aan de twee pijpwanden van de genoemde verzamelaars gelaste mantel omsloten is, waarbij door de genoemde kragen twee ringvormige kamers voor de verdeling, resp. voor de opname van het natrium gevormd zijn, die aan hun ene kant 30 door de binnenwand van de mantelkraag en aan hun andere kant door een paar ketelschotten, dat wil zeggen door een de pijpenbundel omhullend onderketelschot begrensd zijn, en in hoofdzaak een gelijke diameter hebben als het centrale deel van de mantel, en dat iedere kraag een opening heeft voor 35 de doorvoer van het natrium vanaf de overeenkomstige, ringvormige kamer tot in de door de pijpen van de pijpenbundel gevormde vrije ruimte en omgekeerd. 8401858 ^ - e -z -9-

3. Stoomketelmodule volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de kragen aan de mantel aansluitstukken tussen de ringvormige kamers en de verdeler-,resp, verzamelreservoir van het vloeibare natrium hebben.

4. Stoomketelmodule volgens conclusies 2 en 3, met het kenmerk, dat deze lager dan ter hoogte van het bovenste bereik van de onderste mantelkraag een consolepaar vertoont, waarmee hij zwenkbaar aan de draagstructuur van de module vasthoudende constructie opgehangen is.

5. Stoomketelmodule volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de onderste mantelkraag van een radiaal uitstekend consolepaar voorzien is, dat de vertikale verschuivingen van de onderste module begrenst, waarbij dit tweede consolepaar met vaste, een horizontaal aangrijpingsvlak vertonende 15 aanslagen samenwerkt.

6. Stoomketelmodule volgens conclusies 4 of 5, met het kenmerk, dat radiale aanslagvlakken zowel in het onderste als in het bovenste deel van de module aangebracht zijn, die vertikale verschuivingen mogelijk maken, maar 20 horizontale verschuivingen verhinderen.

7. Stoomketelmodule volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het bovenste natriumreservoir middels elastische meegevende dragers door de boveneinden van de de stoomketelmodule omsluitende mantels gesteund wordt.

8. Stoomketelmodule volgens conclusies 1. en 7, met het kenmerk, dat het onderste natriumverzamelreservoir middels vaste, uit één stuk met het draagstel van de de stoomketel vasthoudende constructie uitgevoerde, vaste dragers gesteund wordt. 8401858