SE409849B

SE409849B - COMBUSTION DEVICE FOR COMBUSTING TO WATER ENGAGE IN A CONNECTION FOR A NUCLEAR REACTOR OPERATING VETGAS WITH ACID GAS

Info

Publication number: SE409849B
Application number: SE7211702A
Authority: SE
Inventors: S J Weems; Jr H W Mccurdy
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1971-09-09
Filing date: 1972-09-11
Publication date: 1979-09-10
Also published as: CH546462A; FR2152785A1; FR2152785B1; JPS4836095A; GB1361326A; DE2239952A1; AT329696B; ATA746772A; CA1001827A; IT967261B; BE788538A; ES406485A1

Description

g»- aj? 1211102-1i 2 vätgas användes även avsiktligt vid vissa vattenkylda reaktorer, särskilt för att avlägsna gasformiga fissions- å produkter från de ställen, där det primära kylvattnet finns, Å varvid väte användes som bärargas för att skilja fissions- _ produkterna från kylmediet. Genom uppfinningen enligt huvud- I ä kravet blir det framför allt möjligt att åstadkomma en anord- _, ning, som håller vätgaskoncentrationen i inneslutningssystemet Å vid en mycket låg och säker nivå, varvid anordningen icke krä- ' ver några rörliga delar och icke heller något eldfarligt V bränsle. Anordningen kan lätt placeras i inneslutningssystemet med kontrollsystemet beläget utanför inneslutningssystemet, och anordningens funktionsduglighet kan periodiskt kontrolle- ras. Värmebehovet är relativt ringa. Vätekoncentrationen i atmosfären i inneslutningssystemet kommer att hållas vid mindre än 4 volymprocent och företrädesvis vid omkring 2 vo- lymprocent eller mindre. I En lämplig utföringsform av uppfinningen beskrivs nedan i samband med bifogade ritningar. g »- aj? Hydrogen is also intentionally used in some water-cooled reactors, especially to remove gaseous fission products from the locations where the primary cooling water is located, using hydrogen as the carrier gas to separate the fission products from the refrigerant. The invention according to the main claim makes it possible above all to provide a device which keeps the hydrogen concentration in the containment system Å at a very low and safe level, the device not requiring any moving parts nor any flammable V fuel. The device can be easily placed in the containment system with the control system located outside the containment system, and the operability of the device can be periodically checked. The heat demand is relatively small. The hydrogen concentration in the atmosphere in the containment system will be kept at less than 4% by volume and preferably at about 2% by volume or less. A suitable embodiment of the invention is described below in connection with the accompanying drawings.

Fig. l visar schematiskt inneslutningssystemet för en reaktoranläggning med en förbränningsanordning enligt uppfin- ningen. Fig. 2 visar i perspektiv en lämplig utföringsform av anordningen. Fig. 3 visar en sektion genom den_i fig. 2 visade anordningen. Fig. 4 visar i störe skala värmeelement för användning i anordningen enligt fig. 2 och 3. Fig. 5 visar i sektion enﬁannan utföringsform av anordningen enligt -uppfinningen. Fig. 6 är ett schema av en anordning enligt uppfinningen i kombination med ett system för behandling av avgas i en vattenkyld kärnreaktor. Fig. 7 visar schematiskt ' en anordning enligt uppfinningen för behandling av en reàk- tors avgas under normal drift, varvid anordningen även an- vänds för att behandla atmosfären i inneslutningssystemet. efter ett missöde som medför förlust av kylmedium.Fig. 1 schematically shows the containment system for a reactor plant with a combustion device according to the invention. Fig. 2 shows in perspective a suitable embodiment of the device. Fig. 3 shows a section through the device shown in Fig. 2. Fig. 4 shows on a larger scale heating elements for use in the device according to Figs. 2 and 3. Fig. 5 shows in section another embodiment of the device according to the invention. Fig. 6 is a diagram of an apparatus according to the invention in combination with an exhaust gas treatment system in a water-cooled nuclear reactor. Fig. 7 schematically shows a device according to the invention for treating a reactor exhaust during normal operation, the device also being used to treat the atmosphere in the containment system. after an accident that results in loss of refrigerant.

I I fig. I visas en kärnreaktor 10 och dess kylsystem an- ordnade inuti en inneslutningsbyggnad ll, som är utförd att kvarhålla radioaktiva emissioner för att förhindra att de ute släpps till omgivningen. En arbetsplattform 12, som är be- lägen ovanför reaktortanken l0,utgör en lämplig plats för vätgasförbränningsanordningar 13 inuti byggnaden ll. Arbets- ~ --~r 7211702-1 3 i plattformen 12 hindrar icke en fri konvektionsströmning av atmosfären i inneslutningsbyggnaden. Förbränningsanordningarna 13 är elektriskt kopplade till strömförsörjnings-, manöver- och kontrollsystemet 14, vilket är anordnat utanför inneslut- ningsbyggnaden. Det kan vara önskvärt att anordna ett vanligt vätgaskännande organ 15 inuti inneslutningsbyggnaden och att använda detta kännande organ 15 för reglering av förbrän- ningsanordningarnas funktion. Två sådana anordningar 13 visas anordnade inuti inneslutningsbyggnaden ll för att bilda ett samverkande system, fastän i och för sig en enda sådan anordning vore tillräcklig för att avlägsna vätgasen.Fig. 1 shows a nuclear reactor 10 and its cooling system arranged inside an containment building 11, which is designed to retain radioactive emissions in order to prevent them from being released to the environment. A working platform 12, which is located above the reactor tank 10, constitutes a suitable place for hydrogen combustion devices 13 inside the building 11. Working in the platform 12 does not impede a free convection flow of the atmosphere in the containment building. The combustion devices 13 are electrically connected to the power supply, control and monitoring system 14, which is arranged outside the containment building. It may be desirable to provide a conventional hydrogen sensing means 15 within the containment building and to use this sensing means 15 to control the operation of the combustion devices. Two such devices 13 are shown arranged inside the containment building 11 to form a cooperating system, although in itself a single such device would be sufficient to remove the hydrogen gas.

Den typiska vätgaskoncentration, som kan väntas inuti inne- slutningsbyggnaden är av storleksordningen 2 till 4 volym- procent, och det är önskvärt att anordningarna 13 är utförda att begränsa vätekoncentrationen till omkring 4 volymprocent eller mindre.The typical hydrogen concentration that can be expected inside the containment building is of the order of 2 to 4% by volume, and it is desirable that the devices 13 be designed to limit the hydrogen concentration to about 4% by volume or less.

En förbränningsanordning 13 visas mera i detalj i fig. 2, 3 och 4. I anordningen 13 ingår en yttre kåpa 16 med gälfor- made inloppsöppningar 17 nära ramens nedre del och gälformade utloppsöppningar 18 nära ramens övre del. Öppningarna 17 och 18 är gälformade för att så mycket som möjligt hindra att vattenstänk intränger i anordningen 13. Vattenstänk inne- hållande vissa kemikalier kan uppträda i vissa inneslutnings- byggnader till följd av att man använder spraysystem för att avlägsna klyvningsprodukter (fissionsprodukter) från luften .i inneslutningsbyggnaden. Elektriska värmeelement 19 är anord- nade centralt inuti kåpan 16. En mantel eller inre ram 20 är anordnad runt de elektriska värmelementen 19 och har vid den visade utföringsformen en i huvudsak rektangulär tvär- sektion. Manteln 20 är belägen på avstånd från den yttre ramen 16, så att ett utrymme 21 bildas, som utgör en förvärm- ningszon, vilken dessutom begränsas av en bottenplatta 22 och en övre platta 23. Stödorgan 24 för värmeelementen sträcker sig vertikalt från bottenplattan 22 och uppbär man- teln 20 liksom även värmeelementen 19. En perforerad platta är anordnad vid botten av manteln 20, genom vilken den väte innehållande gasen under konvektion insläppes i förbrän- ningszonen 20a, som begränsas av manteln 20 och plattan 25. _30 1211702-1 n-m-n 4 En anordning 25a för att alstra en tvångsströmning av gas genom rekombinationszonen kan dessutom vara anordnad på plattan 25 eller vid annat lämpligt ställe. _ De elektriska värmeelementen 19 är anordnade i fem upp- värmningssektioner inuti manteln 20. Ett sådant element visas i fig. 4 och har i huvudsak rätblockform. Vart och ett av de fem vertikalt staplade värmeelementen är enligt fig. 4 upp- byggt av U-formade mantlade värmeorgan 26, som är sammanförda i grupper av tre vertikala rader med 20 organ per rad, så att var och en av de fem uppvärmningssektionerna innehåller sammanlagt 60 U-formade värmeorgan. Mellanrummen mellan dessa rader är tillräckligt stora för att tillåta en gasgenomström- ning av omkring 2,8 m3 gas per minut vid vanlig temperatur och tryck. De U-formade värmeelementen 26 är vid en kopplinge- box 27 anslutna till den icke visade strömtillförselledningen.A combustion device 13 is shown in more detail in Figs. 2, 3 and 4. The device 13 includes an outer cover 16 with gelled inlet openings 17 near the lower part of the frame and gill-shaped outlet openings 18 near the upper part of the frame. The openings 17 and 18 are gill-shaped to prevent water splashes from entering the device 13 as much as possible. Water splashes containing certain chemicals can occur in certain containment buildings as a result of using spray systems to remove fission products (fission products) from the air. in the containment building. Electric heating elements 19 are arranged centrally inside the housing 16. A jacket or inner frame 20 is arranged around the electric heating elements 19 and in the embodiment shown has a substantially rectangular cross-section. The jacket 20 is located at a distance from the outer frame 16, so that a space 21 is formed, which constitutes a preheating zone, which is furthermore limited by a bottom plate 22 and an upper plate 23. Support means 24 for the heating elements extend vertically from the bottom plate 22 and supports the jacket 20 as well as the heating elements 19. A perforated plate is arranged at the bottom of the jacket 20, through which the hydrogen-containing gas during convection is introduced into the combustion zone 20a, which is bounded by the jacket 20 and the plate 25. In addition, a device 25a for generating a forced flow of gas through the recombination zone may be arranged on the plate 25 or at another suitable place. The electric heating elements 19 are arranged in five heating sections inside the jacket 20. Such an element is shown in Fig. 4 and has a substantially straight block shape. Each of the five vertically stacked heating elements is according to Fig. 4 built up of U-shaped jacketed heating means 26, which are combined in groups of three vertical rows with 20 members per row, so that each of the five heating sections contains a total of 60 U-shaped heating means. The gaps between these rows are large enough to allow a gas flow of about 2.8 m3 of gas per minute at normal temperature and pressure. The U-shaped heating elements 26 are connected at a junction box 27 to the power supply line (not shown).

Den totala uppvärmningsytan hos mantlarna pâ de 300 värme- elementen är omkring 3,3 m2. En sådan uppvärmningsanordning ' kan behandla omkring 2,8 m3 luft per minut vid standardtempe- ratur och -tryck. Uppvärmningsanordningen drivs med omkring 43 kilowatt ingångseffekt och uppvärmer luften, som inkommer vid luftinloppsgälarna med en temperatur från 27 till 44°C, till en temperatur av minst 620°C vid uppvärmningsanordningens utlopp, varigenom väte.och syre med säkerhet förenas till vattenånga. Gastemperaturen vid utgången från uppvärmnings- anordningen är företrädesvis från omkring 620°C till 760°C. _Högre temperaturer erfordras inte, och det är önskvärt att gaserna hålls inom detta temperaturområde. Metallmantlarna för värmeelementen är utförda av en järn-nickel-legering, som är stabil och inte reagerar vid höga drifttemperaturer. Även manteln 20 enligt fig. 3 måste vara utförd av ett högtempera- turbeständigt material, lämpligen likaledes en järn-nickel- legering.The total heating area of the jackets on the 300 heating elements is about 3.3 m2. Such a heating device can treat about 2.8 m3 of air per minute at standard temperature and pressure. The heating device is operated with about 43 kilowatts of input power and heats the air entering the air inlet gills with a temperature from 27 to 44 ° C to a temperature of at least 620 ° C at the outlet of the heating device, whereby hydrogen and oxygen are safely combined into water vapor. The gas temperature at the outlet of the heater is preferably from about 620 ° C to 760 ° C. Higher temperatures are not required, and it is desirable that the gases be kept within this temperature range. The metal jackets for the heating elements are made of an iron-nickel alloy, which is stable and does not react at high operating temperatures. The jacket 20 according to Fig. 3 must also be made of a high-temperature-resistant material, suitably also an iron-nickel alloy.

De använda enskilda värmeelementen är av en standardtyp, som har en drifteffekt av omkring 32 kW/m2 av mantelns upp- värmningsyta. Det är önskvärt att uppvärmningen av gasen upp- nås vid låg effekttäthet för värmeorganen för att dessa skall få lång livslängd. Uppvärmningen brukar därför ske med en effekttäthet av omkring 2,8 kW/m2 av mantelytan. Denna effekt- täthet är mindre än omkring 10% av den rekommenderade drift- 7211702-1 effekttätheten.The individual heating elements used are of a standard type, which has an operating power of about 32 kW / m2 of the heating surface of the jacket. It is desirable that the heating of the gas is achieved at a low power density for the heating means in order for them to have a long service life. The heating therefore usually takes place with a power density of about 2.8 kW / m2 of the mantle surface. This power density is less than about 10% of the recommended operating power density.

Det inses lätt att ett eventuellt fel på något av värme- elementen kommer att ha mycket liten inverkan på förbränninge- anordningens funktion. Anordningen inkopplas i allmänhet perio- diskt en gång om dagen eller med nâgra dagars mellanrum under tiden efter en reaktorolycka, då systemet hålls tillslutet.It is easily understood that a possible fault on one of the heating elements will have very little effect on the function of the combustion device. The device is generally switched on periodically once a day or at intervals of a few days during the time following a reactor accident, when the system is kept closed.

Tiden för sådan förslutning kan väntas vara av storleksord- ningen l00 dagar. Uppvärmningsanordningens tillförlitlighet är sålunda av största betydelse.The time for such closure can be expected to be of the order of 100 days. The reliability of the heating device is thus of paramount importance.

Det är önskvärt att använda olika effektäthet för de fem staplade värmeelementen, varvid de nedre av dessa element drivs med högre effekttäthet. Detta medför den maximala totala effekttäthet med den lägsta temperatur hos värmeelementen som är förenlig med maximal tillförlitlighet. Detta är möjligt, eftersom gasströmningen är sådan att de med den högsta effekttätheten arbetande elementen kyls av de inströmmande gaserna, som har relativt låg temperatur, och eftersom före- ningen eller "förbränningen" av väte och syre till vattenånga är en exotermisk reaktion, så att mindre värme krävs från de översta uppvärmmingsanordningarna allteftersom reaktionen fortskrider i rekombinationszonen, dvs. förbränningsutrymmet.It is desirable to use different power densities for the five stacked heating elements, the lower ones of these elements being driven with higher power densities. This results in the maximum total power density with the lowest temperature of the heating elements that is compatible with maximum reliability. This is possible because the gas flow is such that the elements operating at the highest power density are cooled by the inflowing gases, which have a relatively low temperature, and because the compounding or "combustion" of hydrogen and oxygen to water vapor is an exothermic reaction, so that less heat is required from the top heaters as the reaction proceeds in the recombination zone, i.e. the combustion chamber.

I vissa fall kan det t.o.m. vara önskvärt att anordna ett mantlat vattenkylningssystem nära uppvärmningsanordningens övre ände. Uppvärmningsanordningen och effekttätheten måste naturligtvis anpassas till den mängd gas som skall behandlas.In some cases, it may even it may be desirable to provide a jacketed water cooling system near the upper end of the heating device. The heating device and the power density must of course be adapted to the amount of gas to be treated.

Den uppvärmd vattenånga innehållande avgasen avgår upp- till från förbränningskanalens 20 förbränningsrum 20a och passerar in i en avkylningskammare 28a, som begränsas av den övre delen 28 av den yttre kåpan 16, gälarna 18 och plattan 23. Gälarna 18 är anordnade i kåpans 16 övre del 28a, varvid de nedre gälarna 18 släpper in kylluft i kylningszonen 28a, där denna luft blandas med den uppvärmda gasen från förbrän- ningsrummet 20a, varefter den kylda blandningen avgår genom de översta gälarna 18.The heated water vapor containing the exhaust gas exits up to from the combustion chamber 20a of the combustion duct 20 and passes into a cooling chamber 28a, which is bounded by the upper part 28 of the outer housing 16, the gills 18 and the plate 23. The gills 18 are arranged in the upper part of the housing 16 28a, the lower gills 18 letting cooling air into the cooling zone 28a, where this air is mixed with the heated gas from the combustion chamber 20a, after which the cooled mixture exits through the upper gills 18.

Gasens väg genom förbränningsanordningen visas med pilar i fig. 3, Vid denna utföringsform sker gasströmningen genom naturlig konvektion, dvs. självdrag, men även anord- ningar för att åstadkomma tvångsströmning kan användas för att driva gasen genom rekombinationsanordningen. 7211702-1 Förvärmningszonen 21 uppvärms av manteln 20 genom vär- meledning så att gasen däri uppvärms till ungefär l20°C med vilken temperatur den inkommer till botten av förbränninge- zonen 20a. Denna förvärmning torkar gasen, varigenom värme- elementen utsätts för torr gas, som är mindre korrosiv och har mindre benägenhet att lämna avsättningar på värmeelementen.The path of the gas through the combustion device is shown by arrows in Fig. 3. In this embodiment, the gas flow takes place by natural convection, ie. natural draft, but also devices for effecting forced flow can be used to drive the gas through the recombination device. 7211702-1 The preheating zone 21 is heated by the jacket 20 by heat conduction so that the gas therein is heated to approximately 120 ° C at which temperature it enters the bottom of the combustion zone 20a. This preheating dries the gas, exposing the heating elements to dry gas, which is less corrosive and has less tendency to leave deposits on the heating elements.

Denna förvärmning bidrar också till ett effektivt utnyttjande av värmen genom regenerativ uppvärmning av den inkommande gasen.. _ Prov på laboratoriemodeller av förbränningsanordningen enligt uppfinningen visar att väte och syre förenas (förbränns) genom uppvärmningen av gaserna och icke på grund av någon ka- talytisk inverkan från värmeelementens metallmantlar. Detta 'har bekräftats genom att väte och inert kväve fick passera genom uppvärmningsanordningen för att bringa vätet till en hög temperatur, och genom att syre infördes nedströms i för- hållande till eller på avstånd från uppvärmningsanordningen.This preheating also contributes to an efficient utilization of the heat by regenerative heating of the incoming gas. Tests on laboratory models of the combustion device according to the invention show that hydrogen and oxygen are combined (burned) by the heating of the gases and not due to any catalytic effect. from the metal jackets of the heating elements. This has been confirmed by allowing hydrogen and inert nitrogen to pass through the heater to bring the hydrogen to a high temperature, and by introducing oxygen downstream of or at a distance from the heater.

Förbränning av väte skedde endast, när syre tillfördes. Efter- som anordningen enligt uppfinningen icke utnyttjar katalytisk verkan, uppstår inga problem med förgiftning av en katalysa- tor genom fission eller genom avsättning av kemiska produkter.Hydrogen was burned only when oxygen was added. Since the device according to the invention does not utilize catalytic action, no problems arise with poisoning of a catalyst by fission or by deposition of chemical products.

För en typisk volym hos en reaktorinneslutningsbyggnad är förbränningsanordningen utförd för en matareffekt av omkring 43 kilowatt.For a typical volume of a reactor containment building, the combustion device is designed for a feed power of about 43 kilowatts.

En annan utföringsform av en anordning enligt uppfin- -ningen visas i fig. 5. Denna anordning är avsedd för använd- ning i en mindre reaktorinneslutningsvolym, som kräver mycket lägre effekttäthet. Förbränningsanordningen 29 har en i huvud- sak cylindrisk form med en cylindrisk yttre kåpa 30 och en koncentrisk cylindrisk mantel 31 anordnad centralt inuti den yttre kåpan 30 på visst avstånd från denna. Den mantlade upp- värmningsanordningen 32 är centralt anordnad inuti den inre manteln 31. Inloppsöppningar 33 är anordnade i den yttre väggen 30, och en förvärmningszon 30a finns mellan kåpan 30 och manteln 31, varvid manteln 31 begränsar förbränningszonen 3la kring värmeelementet 32. Utloppsöppningar 34 är likaledes anordnade i kåpan nära dess övre del. Den elektriska anslut- ningen till värmeelementet 32 sker i en kopplingsbox 35. 7211702-1 7 En anordning enligt uppfinningen har den fördelen, att den inte kräver några rörliga delar, inget bränsle och inget manöver- och kontrollsystem inuti inneslutningsbyggnaden.Another embodiment of a device according to the invention is shown in Fig. 5. This device is intended for use in a smaller reactor containment volume, which requires much lower power density. The combustion device 29 has a substantially cylindrical shape with a cylindrical outer cover 30 and a concentric cylindrical jacket 31 arranged centrally inside the outer cover 30 at a certain distance therefrom. The jacketed heating device 32 is centrally located inside the inner jacket 31. Inlet openings 33 are provided in the outer wall 30, and a preheating zone 30a is located between the housing 30 and the jacket 31, the jacket 31 defining the combustion zone 3la around the heating element 32. Outlet openings 34 similarly arranged in the cover near its upper part. The electrical connection to the heating element 32 takes place in a junction box 35. A device according to the invention has the advantage that it does not require any moving parts, no fuel and no operating and control system inside the containment building.

Försök har visat att i huvudsak 100% av den teoretiska kombi- nationen och/eller rekombinationen av väte och syre sker obe- roende av dessa gasers koncentration i den inkommande gas- blandningen. Ingen låga erfordras, eftersom hela gasströmmen genom förbränningszonen uppvärms till en högre temperatur än reaktionstemperaturen för väte och syre.Experiments have shown that essentially 100% of the theoretical combination and / or recombination of hydrogen and oxygen takes place regardless of the concentration of these gases in the incoming gas mixture. No flame is required, as the entire gas stream through the combustion zone is heated to a higher temperature than the reaction temperature of hydrogen and oxygen.

En förbränningsanordning enligt uppfinningen kan användas i olika slags anläggningar, där vätgas och syrgas uppträder.A combustion device according to the invention can be used in different types of plants, where hydrogen and oxygen occur.

Ett exempel visas schematiskt i fig. 6, som visar ﬁörbrän- _ ningsanordningen tillsammans med ett system för behandling av avgas från en kärnreaktor. Användning av vätgas för att skilja fissionsgasprodukter från det primära kylmediet är väl känd och sker i den kemiska volymkontrollbehållaren 36, som är inkopplad i den primära kylslingan 37 för kärnreaktorn. En recirkulationseduktor 38 används i detta system som'ström- ningsframkallande anordning. väte och fissionsgasprodukter tillförs en elektrisk förbränningsanordning 39 enligt upp- finningen och uppvärms till en temperatur, som är högre än den för väte-syre-reaktion erforderliga temperaturen, varvid syre tillförs anordningen från en särskild syrekälla. Väte och syre förenas till vattenånga, och vattenångan jämte fissionsgasprodukterna leds till en kondensorkylare 40 och en -ångavskiljare 41, i vilken en avsevärd del av vattenångan av- lägsnas. Från ångavskiljaren avgår i huvudsak fissionsgaspro- dukter med en obetydlig halt av ånga och väte. Fissionsgasen leds till lagringstankar för avfallsgas i och för isolering av fissionsprodukterna. Avfallsgaserna kan lagras i dessa tankar vid lågt tryck eller komprimerade i högtrycksflaskor.An example is shown schematically in Fig. 6, which shows the combustion device together with a system for treating exhaust gas from a nuclear reactor. The use of hydrogen gas to separate fission gas products from the primary refrigerant is well known and takes place in the chemical volume control vessel 36, which is connected to the primary cooling loop 37 of the nuclear reactor. A recirculation conductor 38 is used in this system as a flow generating device. hydrogen and fission gas products are supplied to an electric combustion device 39 according to the invention and are heated to a temperature which is higher than the temperature required for hydrogen-oxygen reaction, whereby oxygen is supplied to the device from a special oxygen source. Hydrogen and oxygen are combined into water vapor, and the water vapor together with the fission gas products is led to a condenser cooler 40 and a steam separator 41, in which a considerable part of the water vapor is removed. Fission gas products with an insignificant content of steam and hydrogen mainly depart from the steam separator. The fission gas is led to storage tanks for waste gas and for the insulation of the fission products. The waste gases can be stored in these tanks at low pressure or compressed in high pressure bottles.

Alternativt kan dessa gaser lagras i stora lagringstankar och eventuellt återföras till förbränningsanordningen. En sådan återföring visas i fig. 6, varvid utloppet hos de icke visade lagringstankarna för avfallsgas är anslutna till recir- kulationseduktorn 38. Vid utföringsformen enligt fig. 6 är förbränningsanordningen försedd med ett mantlat Vattenkyl- system 43. glo 7211702-1 8 Fig. 7 visar en anordning enligt uppfinningen schematiskt i kombination med ett system för avgasbehandling under normal drift av kärnrekatorn och med organ för anslutning till det primära inneslutningssystemet vid läckage av kylmedium för att styra vätekoncentrationen i inneslutningssystemet, som normalt är ett slags byggnad. Under normal drift av kärnreaktorn är förbränningsanordningen 49 inkopplad i ett system som är i huvudsak detsamma som visas i fig. 6 men med en kompressor 44 som strömningsframkallande anordning. Vid en olyckshändelse som medför utsläppning av kylmedium stängs ventiler 45 och 46 för att tätt skilja avgassystemet från förbränningsanordníngen 49, varjämte två andra ventiler 47 och 48 öppnas och ansluter därvid anordningen 49 till en inneslutningsbehållare 50. Efter I en olyckshändelse med utsläpp av kylmedium kommer sålunda at- mosfären i reaktorbyggnaden att cirkuleras genom förbrännings- 'anordningen 49 och tillhörande kondensorkylare 51 och ångav- skiljare 52. Den av anordningen 49 alstrade vattenångan åter- förs till reaktorbyggnadens inre.Alternatively, these gases can be stored in large storage tanks and possibly returned to the incinerator. Such a return is shown in Fig. 6, wherein the outlet of the storage tanks for waste gas (not shown) is connected to the recirculation conductor 38. In the embodiment according to Fig. 6, the combustion device is provided with a jacketed water cooling system 43. 7 shows a device according to the invention schematically in combination with an exhaust gas treatment system during normal operation of the nuclear reactor and with means for connection to the primary containment system in case of refrigerant leakage to control the hydrogen concentration in the containment system, which is normally a kind of building. During normal operation of the nuclear reactor, the combustion device 49 is connected in a system which is substantially the same as shown in Fig. 6 but with a compressor 44 as the flow generating device. In the event of an accident involving the discharge of refrigerant, valves 45 and 46 are closed to tightly separate the exhaust system from the combustion device 49, and two other valves 47 and 48 are opened, connecting the device 49 to an enclosure container 50. After an accident, refrigerant is discharged. the atmosphere in the reactor building to be circulated through the combustion device 49 and associated condenser cooler 51 and steam separator 52. The water vapor generated by the device 49 is returned to the interior of the reactor building.

Vid det i fig. 7 visade systemet är förbränningsanordningen belägen utanför reaktorbyggnaden, och kompressorn och hög- trycksrörsystemet används för att leda atmosfären i reaktor- byggnaden genom förbränningsanordningen. Det är även möjligt att placera anordningen inuti reaktorbyggnaden, men.hellre utanför densamma. ' ' En förbränningsanordning enligt uppfinningen kan även an- vändas i kombination med ett vattenkylsystem, som beskrivs i den amerikanska patentskriften 3 362 883. _ Ovan har antagits att atmosfären i reaktorbyggnaden är luft och därför innehåller tillräckligt mycket syre för att förbränna det utvecklade vätet till vattenånga. Det är natur- É ligtvis även möjligt att använda en inert gas som atmosfär i reaktorbyggnaden, och i så fall måste syre tillföras från en separat syrgaskälla till den elektriska förbränningsanordningen.In the system shown in Fig. 7, the combustion device is located outside the reactor building, and the compressor and the high-pressure pipe system are used to guide the atmosphere in the reactor building through the combustion device. It is also possible to place the device inside the reactor building, but rather outside it. A combustion device according to the invention can also be used in combination with a water cooling system, which is described in U.S. Pat. No. 3,362,883. It has been assumed above that the atmosphere in the reactor building is air and therefore contains enough oxygen to burn the evolved hydrogen to water vapor. Of course, it is also possible to use an inert gas as an atmosphere in the reactor building, in which case oxygen must be supplied from a separate oxygen source to the electric combustion device.

Det är även vanligt att använda en inert bärargas, såsom kväve, i system för behandling av avfallsgas, och sådan bärargas kan lätt användas i ett system¿ i vilket en anordning enligt upp- finningen ingår. 7211702-1 9 En anordning enligt uppfinningen kan även användas i så- dana system, som innehâller syre, där det är önskvärt att hålla syrehalten under en viss förutbestämd nivå. I ett sådant system kan den syrgas innehållande atmosfären uppvärmas med hjälp av en anordning enligt uppfinningen tillsammans med vät- gas, som tillförs anordningen från en separat vätgaskälla.It is also common to use an inert carrier gas, such as nitrogen, in waste gas treatment systems, and such carrier gas can easily be used in a system in which a device according to the invention is included. A device according to the invention can also be used in such systems which contain oxygen, where it is desirable to keep the oxygen content below a certain predetermined level. In such a system, the oxygen-containing atmosphere can be heated by means of a device according to the invention together with hydrogen gas, which is supplied to the device from a separate hydrogen gas source.

Syret och vätet uppvärms till en högre temperatur än omkring 620°C för att åstadkomma förbränning till vattenånga; Om endera väte och syre inte förekommer i den atmosfär, som skall behandlas, måste väte resp. syre tillföras från en separat gaskälla för att blandas med den andra gasen. Gasen från den separata gaskällan kan blandas med den primära gasen, som skall behandlas, innan gaserna bringas att passera genom uppvärmningsanordningen, eller den kan tillsättas efter det att den primära gasen har uppvärmts i uppvärmningsanordningen, så att de blandade, väte och syre innehållande gaserna har en högre temperatur än omkring 620°C.The oxygen and hydrogen are heated to a temperature higher than about 620 ° C to cause combustion to water vapor; If neither hydrogen nor oxygen is present in the atmosphere to be treated, hydrogen resp. oxygen is supplied from a separate gas source to mix with the other gas. The gas from the separate gas source may be mixed with the primary gas to be treated before the gases are passed through the heater, or it may be added after the primary gas has been heated in the heater so that the mixed, hydrogen and oxygen containing gases have a temperature higher than about 620 ° C.

Claims

7211702-1 16 Patent claims

1. Combustion device for combustion into water vapor in an enclosure (II) for a nuclear reactor (10) occurring ¿_hydrogen with oxygen, in which combustion device is included partly Å a housing (13) with an inlet (17) for a hydrogen gas and oxygen A: the gas containing gas and an outlet (18) for the water vapor containing the exhaust gas and on the one hand an electric heating device (19) inside a central, substantially vertical combustion channel (20, 20a) arranged in said housing, the gas when flowing through this duct is heated to at least 620 ° C, characterized in that a space (21) between the central combustion duct (20) and the housing (13) forms a preheating zone for the gas supplied to the combustion duct, which has a the preheating zone (21) communicating inlet end (25) and an outlet end for the exhaust gas communicating with the outlet (18) of the combustion device, and that the heating device (191 near the outlet end of said channel (20) operates m lower power density than at the inlet end of the duct (25).

Device according to claim 1, characterized in that a cooling chamber (28a) within said housing (13) is arranged at the outlet end of said channel (20).

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the vertical combustion duct '(20) is provided with inlet openings at its inlet end, which is the lower end of the duct, and with outlet openings at its upper outlet end, so that gas by thermal draft can pass upwards through the canal. INSTALLED PUBLICATIONS: Norway 41 371 France 2,030 265