TW391012B - Method and device for the extraction of the condenser exhaust gases of a boiling water reactor - Google Patents

Description

-一中文< 乾中文申請案 蒼正頁(86年6月） ΑΤ Β7 五、發明説明（1) 本發明之領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種抽出核子動力站沸水反應爐冷凝器排氣 之方法及裝置。 背景之敘述 在核子動力站的反應爐中’水分子的伽瑪射線依下列整個 反應產生特定量比例的氫氣及氧氣： ^2〇(1) = H2(g) + 1/2〇2， 反應結果的混合氣體稱之爲氧氫氣。當達到爆炸極限（氫 氣大約7莫耳百分比）時，因爲特定金屬底質的觸媒作用而爆 炸，而且亦產生火花。 因此來自反應爐的蒸氣包含由水裂解而來的每千份氣體之 少部份’稱之爲輻射。不同於壓力水型式的核子動力站，在 具有沸水反應爐的核子動力站中，第一與第二迴路的水之間 >又有間1¾ ’故备氣流經過渴輪機。在膨服作業後，它進入冷 凝器中》因爲低壓渦輪機中的壓力低，亦即，在冷凝器入口 之前低於大氣壓力，而無可避免的空氣會滲入冷凝器中。進 入冷凝器的混合氣體基本上包含蒸氣、輻射氣體及大氣中的 空氣。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 於冷凝時產生的混合氣體影響的結果，不可冷凝成份的濃 度沿冷凝路徑增加。故’氧氫氣的濃度増加β爲了安全的理 由，此型的系統設計成冷凝器出口的最終濃度不會超過意氣 0.04莫耳百分比的值。 再結合器設置於眞空泵與冷凝器之間，故，氧氫氣，即 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐） -一中文< 乾中文申請案 蒼正頁(86年6月） ΑΤ Β7 五、發明説明（1) 本發明之領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種抽出核子動力站沸水反應爐冷凝器排氣 之方法及裝置。 背景之敘述 在核子動力站的反應爐中’水分子的伽瑪射線依下列整個 反應產生特定量比例的氫氣及氧氣： ^2〇(1) = H2(g) + 1/2〇2， 反應結果的混合氣體稱之爲氧氫氣。當達到爆炸極限（氫 氣大約7莫耳百分比）時，因爲特定金屬底質的觸媒作用而爆 炸，而且亦產生火花。 因此來自反應爐的蒸氣包含由水裂解而來的每千份氣體之 少部份’稱之爲輻射。不同於壓力水型式的核子動力站，在 具有沸水反應爐的核子動力站中，第一與第二迴路的水之間 >又有間1¾ ’故备氣流經過渴輪機。在膨服作業後，它進入冷 凝器中》因爲低壓渦輪機中的壓力低，亦即，在冷凝器入口 之前低於大氣壓力，而無可避免的空氣會滲入冷凝器中。進 入冷凝器的混合氣體基本上包含蒸氣、輻射氣體及大氣中的 空氣。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 於冷凝時產生的混合氣體影響的結果，不可冷凝成份的濃 度沿冷凝路徑增加。故’氧氫氣的濃度増加β爲了安全的理 由，此型的系統設計成冷凝器出口的最終濃度不會超過意氣 0.04莫耳百分比的值。 再結合器設置於眞空泵與冷凝器之間，故，氧氫氣，即 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐）

號中文申請案 _修正頁(86年6 頁(86年6月） 五、發明説明（6) A7· B7 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 排出管24在主要冷凝器3的方向爲封閉，但具有— 向再結合器9(如圖2)。 在滞水反應壚Μ操作中，主要冷凝器3及滿輪機 万程地連接至其-抽出系統6或7。如以上所述，如果=續 抽出系統6動作，其控制閥15、16爲開啓（如圖υ。第 出系統7的控制閥15、16則維持關閉（如圖5) β 結果，熱蒸氣32經輔助蒸氣管線14進入第一抽出系統6的 預熱器11，且運送輕射氣趙3 3於其間-的冷凝排氣5經抽出線 13進入第一抽出系統6的預熱器u。在此預熱器"中，於 主要冷凝器3中冷卻至約攝氏5〇度的冷凝排氣5以來自渦輪 機2的熱蒸氣32熱交換而被再加熱，且溫度達攝氏15〇度以 上°於此狀況中，熱蒸氣32冷凝，形成冷凝物34，冷凝物 34經冷凝線18回饋至主要冷凝器3中。随即冷凝排氣5包括 輕射氣趙現予以加熱，而且在預熱器中未冷凝的熱蒸氣32 經抽出線13進入再結合器9 »因爲高溫有效地形成於再結合 器9中’雖然短時間的停留，包容於冷凝排氣5中的輻射氣 想33大部份的觸媒燃燒給水發生。結果蒸氣35連帶剩餘的 冷凝排氣5經抽出線13餵入排氣冷凝器12中》以水爲冷卻劑 36的進一步熱交換發生於此冷凝器中。在此情況中形成另 一冷凝物37，相似的經冷凝線19回饋餵入主要冷凝器3中。 剩餘甚低比例的排氣3 8被眞空泵8抽出，經排氣出口 20釋放 至大氣中。 此時，在預備狀態的第二抽出系統7經旁通17連續從輔助 蒸氣管線1 4 (如圖5 )接受小量的熱蒸氣3 2。爲此目的’ 開口 3 1朝 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 I訂 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央揉準局βζ工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（） 2 ' 爆炸物的濃度在眞空泵中不會増加。此充填觸媒的容器以 觸媒的燃燒轉換氣氣及氧氣成爲水，尤其在控制下且在爆 炸極限下。因爲此反應爲高釋能反應，在正常操作中觸媒 不需要額外加熱。 爲了確保在甚稀釋的混合氣艘下仍能再結合，且在開始 時加速反應，觸媒予以預熱。這是使用所謂的預熱器於再 結合器的上游。預熱器對於留在冷凝器中的氣體在它們進 入再結合器之前予以加熱’藉預熱器中導入來自渦輪機的 蒸氣在預熱器中進行熱交換而達成。 爲了安全的理由，此種裝置必須具有多餘的設計。爲此 理由’除了第一抽出系統之外’尚有第二抽出系統爲預備 狀態’如果需要時可以接通。當接通時爲了觸媒可以被使 用’當然各额外系統的再結合器必須持績加熱至約攝氏 150度。在預備狀態中，此工作以一電加熱系統執行。爲 了此目的，再結合器、預熱器及相郝構件必須置入電子纏 繞物或設有電子加熱器。 然而此種電子加熱系統具有甚多的缺點。它必須接地且 與外界絕緣，而導致費用甚高且構造複雜。另外，由於損 毁的電子元件會有潛在的火花爆炸的危險。因爲熱量本質 上不經線路會向内傳遞，此需甚長的時間且亦導致不均勻 的熱分佈。最後’因爲多樣的被加熱元件之輸入及輪出， 電子加熱系統必須具有獨立的動力供應源，而使得抽出系 統的组合及拆卸甚困難。 於沸水反應爐接通至第二抽出系統之後，基本上需要可 ___-5- 本纸張尺度適用中國國家樑準< CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、^ • m· A7 B7 五、發明説明（3 ) 對第一抽出系統的觸媒預熱。因此，對於此系統而言很明 顯的需要一電子加熱系统。然而會更增加花费及相關的费 用0 本發明之概述 因此，本發明在避免這些缺點而提供一新穎、簡單、省 成本及可靠的装置供用於抽出沸水反應壚的冷凝器排氣。 進一目的在提出操作本裝置之特定方法。 依據本發明，達成的方式如同申請專利範固第一項所述 者，一旁通從旁通過輔助蒸氣管線的闞閉元件而設置在此 關閉元件處。一節流元件設置在排出管的排出口下游。排 出管連接至再結合器》 本發明的優點在於處於預備狀態的第二抽出系統之觸媒 可使用低成本的熱源而加熱，尤其是熱蒸氣，熱蒸氣在任 何狀況下均存在於輔助蒸氣管線中。電子加熱系統可予省 略，而成簡單、省成本且可靠的裝置供用於抽出冷凝器排 氣。另外，於預热器中無量傳遞之發生不必強迫對流及直 接接觸，故，程序進行更快且更均勻。 經濟部中央棣準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 尤其注意節流元件的設計爲多重節流閥，包含系列迴路 孔，設置成偏離t心之偏心狀〇以此等之多重節流閥，熱 蒸氣經孔以過多的型式锒給，而且進行於強烈的減速度。 於此方式中，位於預熱器中的熱蒸氣壓力可較佳的減少至 優於再結合器中之展力β 當沸水反應埴之操作使用第一抽出系統時，小量的熱蒸 氣持續餵經第二抽出系統的蒸氣輔助管線中之關閉元件。 -6- 經濟部中央揉率局貝工消费合作社印氧 Α7 Β7 五、發明説明（4 ) 熱蒸氣強烈的在預熱器中依膨脹而加熱，且抑制至優於再 結合器中的廛力。強烈被加熱的熱蒸氣银入再結合器中且 對再結合器預先加熱。熱蒸氣在下游連接的排氣冷凝器中 冷凝，且回银至主要冷凝器中。 熱蒸氣在預熱器中膨脹兩倍的強度，而導致甚強烈的過 熱。而可達到高達攝氏170度的高溫。爲此理由，處於預 備狀態的整個抽出系統維持乾燥，且有利地同步具有熱蒸 氣。當沛水反應壚接通至第二抽出系統時，預熟觸媒的高 溫亦確保輻射氣鳢同時再結合，因而避免氧氩氣體的濃度 過當。 圏示之簡要説明 藉由以下的説明及相關圈示之揭示，本發明更多的優點 將更爲明白，而本發明相關實施例有助於彿水反應坡的冷 凝器排氣用之抽出系统使用，其中： 圈1顯示第一活動操作抽出系統的示意圈； 圈2顯示預熱器的縱剖面圈； 圈3顯示圈2中預熱器的排出管及傳輸管，沿剖面線III-III所取之放大剖面圈； 圈4顯示圈2中多節流閥之放大剖面®;及 圈5顯示第二抽出系統之示意圈，處於預備狀態。 备附圈僅頰示本發明之主要元件β工作媒介之流動方向 乃以箭頭顧示之。 較佳實施例之説明 諳參閲圈示所示，其中在整個國示之各圖相似的參考圈 號指示相關的部件，一渦輪機2及一主要冷凝器3連接至核 子動力站的沸水反應爐1，且以排出蒸氣線4彼此連接》爲 本紙張尺度逋用中國國家橾率（CNS ) A4规格（21〇χ297公羡）

Ir C/-- (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) # 經濟部中央標準局舅工消費合作社印製 了抽出冷凝器排氣5 ’主要冷凝器3連接至第_抽出系統^ 及第二抽出系統7’其-抽出系統爲連續操作，另一抽氣 系統爲預備之用。兩抽出系統6、7爲相同的設計。 圈1顯示第一抽出系統6 ’爲操作狀態。它包含一眞空果 8經氫氣·氧氣再結合器9連接至主要冷凝器3，#結合器9 容納鉑-鈀觸媒10。一預熱器"連接至再結合器9的上游 ，及一排氣冷凝器12連接至再結合器9的下游。預熱器" 經抽出線13連接至主要冷凝器13，及經輔助蒸氣管線14 連接至渦輪機12。關閉元件15、16設計爲控制閥，分別 設置在輔助蒸氣管線14及抽出線13中。控制閥15位於輔 助蒸氣管線14中且具有一旁通17。冷凝物線18、19從預 熱器11及從排氣冷凝器12延伸至主要冷凝器3。抽出線13 從主要冷凝器3經過預熱器n、再結合器9、排氣冷凝器 12及眞空泵8延伸至排氣出口 2〇。 預熱器11包含一柱狀殼體21連接於抽出線i3(如圖2)的 兩端。一管束23包含多數同軸設置的熱交換管22置於殼 體21内且容納《熱交換管22延伸至殼體21的兩端且容納 一中央排出管24。一蒸氣分伟空間25形成於殼體21内侧 ’且環繞在管束23周圍，蒸氣分佈空間25經熱蒸氣入口 26連接至輔助蒸氣管線14，且經冷凝物出口 27連接至冷 凝物線18。多數的排出孔28形成於出管24中（如圖2及圖 3)，連接排出管24至蒸氣分佈空間25。節流閥元件29設 計成多重節流閥狀，設置於排出管24中排出孔28的下游 ◊多重節流閥2 9包含系列偏離中心的迴路孔3 0 (如圈4 )。 "8 - 本紙^«_適用中國國家標準吻8以4驗（21〇><297公釐) ~~：' (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁)

號中文申請案 _修正頁(86年6 頁(86年6月） 五、發明説明（6) A7· B7 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 排出管24在主要冷凝器3的方向爲封閉，但具有— 向再結合器9(如圖2)。 在滞水反應壚Μ操作中，主要冷凝器3及滿輪機 万程地連接至其-抽出系統6或7。如以上所述，如果=續 抽出系統6動作，其控制閥15、16爲開啓（如圖υ。第 出系統7的控制閥15、16則維持關閉（如圖5) β 結果，熱蒸氣32經輔助蒸氣管線14進入第一抽出系統6的 預熱器11，且運送輕射氣趙3 3於其間-的冷凝排氣5經抽出線 13進入第一抽出系統6的預熱器u。在此預熱器"中，於 主要冷凝器3中冷卻至約攝氏5〇度的冷凝排氣5以來自渦輪 機2的熱蒸氣32熱交換而被再加熱，且溫度達攝氏15〇度以 上°於此狀況中，熱蒸氣32冷凝，形成冷凝物34，冷凝物 34經冷凝線18回饋至主要冷凝器3中。随即冷凝排氣5包括 輕射氣趙現予以加熱，而且在預熱器中未冷凝的熱蒸氣32 經抽出線13進入再結合器9 »因爲高溫有效地形成於再結合 器9中’雖然短時間的停留，包容於冷凝排氣5中的輻射氣 想33大部份的觸媒燃燒給水發生。結果蒸氣35連帶剩餘的 冷凝排氣5經抽出線13餵入排氣冷凝器12中》以水爲冷卻劑 36的進一步熱交換發生於此冷凝器中。在此情況中形成另 一冷凝物37，相似的經冷凝線19回饋餵入主要冷凝器3中。 剩餘甚低比例的排氣3 8被眞空泵8抽出，經排氣出口 20釋放 至大氣中。 此時，在預備狀態的第二抽出系統7經旁通17連續從輔助 蒸氣管線1 4 (如圖5 )接受小量的熱蒸氣3 2。爲此目的’ 開口 3 1朝 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 I訂 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Α7 Β7 經濟部中夬揉率局貝工消费合作社印«. 五、發明説明（7 ) 通通17設計成允許熱蒸氣32每秒鐘通過約5公克。基於此 端，控制閥39可設置於旁通17中。在輔助蒸氣管線14中 的熱蒸氣3 2壓力大約等於10至15巴（BAR) »在熱蒸氣3 2 進入預熱器11後，熱蒸氣32經排出孔28膨脹且被節流閥 29節流至侵於再蛣合器9中的壓力。因爲孔30多數地一個 在一個之後且偏心設置，熱蒸氣32經節流元件29以蜿蜓 型式銀给，而且進行於甚大的減速度》當熱蒸氣32膨脹兩 次的強度後，熱蒸氣3 2甚強地過熱且達到攝氏150度以上 。在此溫度，第二抽出系統7的觸媒10連續預熱，故，當 接通至第二抽出系統7時，立即確保輻射氣體33再結合。 強烈加熱的熱蒸氣32在下游設置的排氣冷凝器12中被 冷凝，而且冷凝物37被回銀至主要冷凝器3中. 如果要將沸水反應瀘1接通至第二抽出系統7，只需要關 閉第一抽出系統6的控制閥15、16並同時開啓第二抽出系 统7的控制閥15、16即可。 顯然的，由上述揭示本發明可很多不同的修飾及改變。 因此，可瞭解的，在下述的申請專利範園中，本發明可以 在上文所述之外有不同的實施例，而仍應隸屬本發明之範 疇0 -10- 本纸張尺度適用中國«家榡率（CNS ) A4规格（210X297公釐） ---------Ql·— (請先閱讀背面之注$項再填寫本買) 订 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7五、發明説明（8 ) 圖號説明 1 沸水反應爐 2 渦輪機 3 主要冷凝器 4 排出蒸氣線 5 冷凝器排氣 6 第一抽出系統 7 第二抽出系統 8 眞空泵 9 氫氣-氧氣再結合器；再結合器 10 鉑·鈀觸媒；觸媒 11 預熱器 12 排氣冷凝器 13 抽出線 1 4輔助蒸氣管線 15 關閉元件；控制閥 1 6 關閉元件；控制閥 17 旁通 18 冷凝物線 19 冷凝物線 20 排氣出口 2 1 殼體 2 2 熱交換管 23 管束 -11 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 391012五、發明説明（。） 9 24 排出管 25 蒸氣分佈空間 26 熱蒸氣入口 27 冷凝物出口 28 排出口 29 節流元件；多重節流閥 30 孔 3 1 開口 32 熱蒸氣 33 輻射氣體 3 4 冷凝物 35 蒸氣 36 冷卻劑 37 冷凝物 3 8 排氣 39 控制閥 (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) ，1Γ 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐）

Claims (1)

1. ^AN-24-OO SUN 8： 56391C12 第8510〇241號專利申請案 鉍 中文申請專利範園修正本(88年2月§|

   P. 12 經濟部t夹輮率局Λ工消费合作社印裝 夂、申請專利範圍 1. 一種柚出沸水反應瀘（1)之冷凝器排氣（5)之裝置，具有 兩相同之抽A系統（6, 7)，其中一者處於預#狀態為佛 用者|分別包含： (a) —氩氣-氧再結合器 (9)具有一踵之觸媒（1〇)，二下游 連接之排氣冷凝器（12)及一連接至排氣冷凝器（12) 之真空泵（8): (b) —預熱器（11)，連接再結合器(9)之上游，預熱器（11) 經辅助蒸氣管線（14)速接至沸水反應S(i)之渦輪機 (2)，JL經柚出線（13)連接至主要冷凝籌（3); (c) 一排出管（24)，設於預熱器（11)内，具有孔（28)用以 排出辅助蒸氣管線（14)出來之熱蒸氣（32); (d) —關閉无件（〗5)，設於輔助蒸氣管線（14)中，及一關 閉元件（16)設於抽出線（13)中；其中， (e) —旁通（I7)，用於旁通過補助蒸氣管線（14)之關閉元 件（15)而较置於此Μ閉元件處： (f) 一節流元件（29)，設置於排出管（24)中棑出孔（28)之 下游；及 (g) 排出管（24)經開口（S1)連接至再結合器（9) · 2. 根據中請專利範圍第1項之裝置，其中節流元件（29)為 多重節流閥· 3. 根據申請專利範固笫2項之装置，其中多重節沭閩（29) 包含系列迴路孔（30)且設置成偏心狀· 4. 根攄中請專利範圍第1至3項中任--項之裝置，其中一 (精先之注$項#4寫表IW 本紙Λ尺度逋用中团a家標率（CNS )以規格（210Χ297公* ) ^AN-24-OO SUN 8： 56391C12 第8510〇241號專利申請案 鉍 中文申請專利範園修正本(88年2月§|

   P. 12 經濟部t夹輮率局Λ工消费合作社印裝 夂、申請專利範圍 1. 一種柚出沸水反應瀘（1)之冷凝器排氣（5)之裝置，具有 兩相同之抽A系統（6, 7)，其中一者處於預#狀態為佛 用者|分別包含： (a) —氩氣-氧再結合器 (9)具有一踵之觸媒（1〇)，二下游 連接之排氣冷凝器（12)及一連接至排氣冷凝器（12) 之真空泵（8): (b) —預熱器（11)，連接再結合器(9)之上游，預熱器（11) 經辅助蒸氣管線（14)速接至沸水反應S(i)之渦輪機 (2)，JL經柚出線（13)連接至主要冷凝籌（3); (c) 一排出管（24)，設於預熱器（11)内，具有孔（28)用以 排出辅助蒸氣管線（14)出來之熱蒸氣（32); (d) —關閉无件（〗5)，設於輔助蒸氣管線（14)中，及一關 閉元件（16)設於抽出線（13)中；其中， (e) —旁通（I7)，用於旁通過補助蒸氣管線（14)之關閉元 件（15)而较置於此Μ閉元件處： (f) 一節流元件（29)，設置於排出管（24)中棑出孔（28)之 下游；及 (g) 排出管（24)經開口（S1)連接至再結合器（9) · 2. 根據中請專利範圍第1項之裝置，其中節流元件（29)為 多重節流閥· 3. 根據申請專利範固笫2項之装置，其中多重節沭閩（29) 包含系列迴路孔（30)且設置成偏心狀· 4. 根攄中請專利範圍第1至3項中任--項之裝置，其中一 (精先之注$項#4寫表IW 本紙Λ尺度逋用中团a家標率（CNS )以規格（210Χ297公* ) Μ 2H〇 SON 9：01 P.Ol 39101¾ 一丨丨丨 ——中請專利範囷 A8 Bl C8 Si濟部中央素5Λ消費合作社印«. 控制閎（39)设置於旁通（17)中， 5- —種用以抽出申請專利範圍第1項所述.亦水反應爐（1) 之冷凝黑排氣（5)之方法，其中： 00第一柚出系统（6)為主動操作，且笫二抽出系蜣（7)保 留為預偫狀態，而第一抽出系統（6)之闞閉元件 (15 ' 16)為開敌，第二抽出系統（7)之關明元件（15、 16)為關閉狀態； (b) 第一抽出系統（6)之再結合器（9)係由從主要冷凝赛（3> 流進之冷凝器排氣0)加熱，這呰氣體以轜助蒸氣管 線（14)之熱蒸氣（32)進行熱交換加熱；及 (c) 第二抽出系統（7)之再結合器（9)持續預熱： 其中： (d) 小量之熱蒸氣（32)持績進給至第二抽出系統（7)之 預熱器（1 1)中； (c)達些蒸氣（32)在谓熱器（1丨）中強烈地因膨脹而加热， 且節流至超過再結合器（9)中之壓力； (〇強烈加熱之熱蒸4 (32)進給至再結合器（9) t JL使再 結合器（9)加熱： (g)然後熱蒸氣（32)在下游排氩冷凝器（12)中冷凝，JL從 該處進給至·主要冷凝琏（3)中。 6.根據申請專利範E第5項,之方法，其中進给至預熱器 (11)中之小量熱蒸氣（32)先經過設置在第二抽出系統（7) 之辅助蒸氣管線（14)中之關閉元件（15)。 史 a 項 I 裝 订 錬· -2* 本紙ft尺虎遴Λ中圃靦家樣車（CNS 格（公釐）