DE1134391B

DE1134391B - Dampfkreislauf mit mehrfacher indirekter Zwischenueberhitzung

Info

Publication number: DE1134391B
Application number: DEB60751A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Eckhardt; Dr-Ing Wilhelm Lenz
Original assignee: Borsig GmbH
Current assignee: Borsig GmbH
Priority date: 1961-01-06
Filing date: 1961-01-06
Publication date: 1962-08-09

Description

Dampfkreislauf mit mehrfacher indirekter Zwischenüberhitzung Die Erfindung betrifft einen Dampfkreislauf mit mehrfacher indirekter Zwischenüberhitzung, bei dem ein das zu verdampfende Wasser unter hohem Druck und relativ geringer Temperatur enthaltendes Rohrsystem und ein das zur Erzielung der Heißdampftemperatur dienende höhersiedende Medium unter niederem Druck und entsprechend höherer Temperatur enthaltendes Rohrsystem vorgesehen sind und die Aufheizung des Arbeitsdampfes durch das höhersiedende Medium unmittelbar vor dem Eintritt des Dampfes in die Turbinenentspannungsstufen in gesonderten Wärmeaustauschern erfolgt, nach Patent 1018 431.
Bekannt ist, daß mit der aus Spaltprozessen gewonnenen Wärme aus kernphysikalischen und metallurgischen Gründen überwiegend Saftdampf erzeugt wird. Zu dem bekannten niedrigen thermodynamischen Wirkungsgrad des Sattdampfprozesses, der zwischen 20 und 25,1/o liegt, kommt als weiterer Nachteil die für den Sattdampfprozeß typische hohe Endfeuchtigkeit von 12 bis 15 % hinter der letzten Turbinenstufe, die umfangreiche und komplizierte Maßnahmen zur Austragung des Wassers zwischen den einzelnen Turbinenstufen erforderlich macht.
Es sind zwar Bemühungen im Gange, eine Dampfüberhitzung im Kernreaktor selbst zu erzielen. Wie weit diese Bemühungen jedoch in absehbarer Zeit zu wirtschaftlich vertretbaren Konstruktionen führen werden, ist zur Zeit noch nicht eindeutig zu übersehen.
Es ist auch bereits eine Hochdruckdampf-Atomkraftanlage vorgeschlagen worden, bei der der Dampf aus der Turbine zur Zwischenüberhitzung in den Reaktordnickbehälter zurückgeführt wird.
Bekannt ist ferner, daß der Arbeitsdampf aus der Turbine zur Zwischenüberhitzung in die Hauptdampferzeuger einer Kernkraftanlage zurückgeführt werden kann. Wenn eine derartige Anlage auch zur Zeit noch nicht im Bau ist, so enthalten viele Entwürfe amerikanischer, englischer und deutscher Reaktorfirmen bereits diesen Gedankengang. Eine Anwendung des Prinzips der direkten Zwischenüberhitzung beschränkt sich jedoch auf Dampfkraftanlagen für Kernenergiekraftwerke mit gasgekühlten Reaktoren. In diesem Fall ist die Anwendung der direkten Zwischenüberhitzung im Hauptdampferzeuger technisch sinnvoll, da die Anwendung des Prinzips der indirekten Zwischenüberhitzung auf Grund der erforderlichen großen Leitungsquerschnitte für das gasförmige Kühlmittel keine Ersparnis bringt. Bei Kernreaktoranlagen, die mit organisch gekühlten, druckwassergekühlten oder flüssigmetallgekühlten Reaktoren arbeiten, kann es dagegen vorteilhafter sein, das Reaktorkühlmittel zur Zwischenüberhitzung des Arbeitsdampfes aus dem Reaktordruckbehälter bzw. aus dem Hauptdampferzeuger heraus direkt zur Turbine zu führen, da die oben aufgeführten Kühlmittel auf Grund ihrer bedeutend höheren spezifischen Wärme wesentlich geringere Leitungsquerschnitte benötigen. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, daß das höhersiedende Medium, das in an sich bekannter Weise durch die bei einem Kernspaltprozeß frei werdende Wärme erhitzt ist, aus dem Reaktor heraus zu dem oder den unmittelbar an der Turbine liegenden Zwischenüberhitzern geführt wird.
Beim organisch gekühlten Reaktor und beim Reaktor mit Flüssigmetallkühlung ist das zur Zwischenüberhitzung des Arbeitsmittels unmittelbar vor der Arbeitsmaschine erforderliche höhersiedende Medium bereits durch das Arbeitsprinzip des Kernreaktors gegeben. Falls ohne Strahlengefährdung das Kühlmittel des Reaktors aus dem strahlungsgeschützten Bereich austreten darf, kann dieses Kühlmittel sowohl zur überhitzung als auch zur Zwischenüberhitzung des Arbeitsmittels verwendet werden. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen überhitzungsprinzips wird die Sicherheit und die Regelfähigkeit der Gesamtlage vor allem auf der nuklearen Seite vergrößert, da Änderungen der überhitzungstemperatur nicht mehr den Neutronenfluß, die Stabilität des Reaktors und die Neutronenökonomie beeinflussen. Die Abbildung zeigt das Schaltschema eines Dampfkreislaufes mit direkter Erhitzung des höhersiedenden Mediums im Reaktor.
In der Abbildung ist der Wasserkreislauf durch eine ausgezogene dünne Linie, der Dampfkreislauf durch eine ausgezogene starke Linie wiedergegeben. Der Kreislauf des höhersiedenden Mediums ist durch eine dünne, gestrichelte Linie wiedergegeben.
Nach dem in der Abbildung wiedergegebenen Schaltschema wird das als Kühlmittel des Reaktors 1 dienende höhersiedende Medium von der Pumpe 2 umgewälzt und durch Leitungen 3 über die Ventile 4 den verschiedenen Wärmeaustauschern zugeteilt. Die gesamte Rücklaufmenge des höhersiedenden Mediums erzeugt im Wärmeaustauscher 15 a aus dem vom Kondensator 12 kommenden und in den Anzapfvorwärmerh 8 vorgewärmten Speisewasser den Sattdampf. Die Überhitzung des Arbeitsmittels erfolgt im Wärmetauscher 15b.
Der überhitzte Dampf geht durch die Leitung 9 zu der ersten Stufe 10 a der Turbine. Nach Arbeitsleistung und entsprechender Entspannung wird der Dampf zu dem ersten der vom höhersiedenden Medium beheizten Zwischenüberhitzer 6 und von dort in die zweite Stufe 10 b der Turbine zurückgeführt. Dies wiederholt sich im dargestellten Falle noch weitere zwei Male in den Turbinenstufen 10 c, 10 d bis zur Expansion auf das Endvakuum. Die Leistung der Turbine wird im Generator 11 in elektrische Energie umgesetzt. Der Abdampf der Turbine wird im Kondensator 12 niedergeschlagen und das Kondensat der Pumpe 7 wieder zugeführt, die das Kondensat über die Anzapfvorwärmer 8 in den Wärmetauscher 15a zurüekfördert. Die Zwischenüberhitzer6 werden so nahe an die Turbine gesetzt, daß nur geringe Strömungsverluste entstehen. Die Entnahme des Dampfes aus den einzelnen Turbinenstufen kann in bekannter Weise so ausgebildet werden, daß die Austrittsgeschwindigkeit aus der letzten Schaufelreihe vor Entnahme weitgehend in Druck umgeformt wird.
Bei der beschriebenen Schaltung kann die Endfeuchtigkeit bei normalem Vakuum auf 4 bis 6a/o verringert werden, so daß besondere Maßnahmen zur Wasseraustragung nicht mehr erforderlich sind und die üblichen Turbinenkonstruktionen Verwendung finden können. Es wird -- je nach der Art des höhersiedenden Mediums - trotz der mit den heutigen Reaktortypen erzielbaren, relativ niedrigen Temperaturen ein Gesamtwirkungsgrad von 30 bis 321°/o erwartet. Es ist ferner zu erwarten, daß die Anlagekosten für die zur Zwischenüberhitzung erforderlichen Teile (Rohrleitungen, Wärmetäuscher usw.) geringer sein werden als für eine Dampfüberhitzung im Reaktor.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Dampfkreislauf mit mehrfacher indirekter Zwischenüberhitzung, bei dem ein das zu verdampfende Wasser unter hohem Druck und relativ geringer Temperatur enthaltendes Rohrsystem und ein das, zur Erzielung der Heißdampftemperatur dienende höhersiedende Medium unter niederem Druck und entsprechend höherer Temperatur enthaltendes Rohrsystem vorgesehen sind und die Aufheizung des Arbeitsdampfes durch das höhersiedende Medium unmittelbar vor dem Eintritt des Dampfes in die Turbinenentspannungsstufen in gesonderten Wärmeaustauschern erfolgt, nach Patent 1018 431, dadurch gekennzeichnet, daß das höhersiedende Medium, das in an sich bekannter Weise durch die bei einem Kernspaltprozeß frei werdende Wärme erhitzt ist, aus dem Reaktor heraus zu dem oder den unmittelbar an der Turbine liegenden Zwischenüberhitzern geführt wird.
2. Dampfkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Zwischenüberhitzung dienende höhersiedende Medium in an sich bekannter Weise ein organisches Kühlmittel ist.
3. Dampfkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Zwischenüberhitzung dienende höhersiedende Medium in an sich bekannter Weise einflüssiges Metall ist.
4. Dampfkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Teilstrom des höhersiedenden Mediums gleichzeitig der zu überhitzende Dampf erzeugt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1071095; französische Patentschrift Nr. 1239 599; Schweizerische, Bauzeitung vom 16. 2.1952, S. 94; Zeitschrift »Atomkernenergie« 1960, H. 7/8, S.295.