DE1134391B

DE1134391B - Steam circuit with multiple indirect intermediate overheating

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.Steam cycle with multiple indirect reheating The invention relates to a steam cycle with multiple indirect reheating, at the one the water to be evaporated under high pressure and relatively low temperature containing pipe system and one serving to achieve the superheated steam temperature containing a higher-boiling medium under low pressure and correspondingly higher temperature Pipe system are provided and the heating of the working steam by the higher-boiling Medium immediately before the steam enters the turbine expansion stages takes place in separate heat exchangers, according to 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.It is known that with the heat obtained from fission processes from nuclear physics and metallurgical reasons, mainly juice vapor is generated. To the known low thermodynamic efficiency of the saturated steam process, which is between 20 and 25.1 / o, there is another disadvantage that is typical of the saturated steam process high final humidity of 12 to 15% behind the last turbine stage, the extensive and complicated measures for discharging the water between the individual turbine stages makes necessary.

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.Efforts are underway to prevent steam overheating in the nuclear reactor achieve yourself. How far these efforts will be too economical in the foreseeable future justifiable constructions will lead, is currently not clear to overlook.

Es ist auch bereits eine Hochdruckdampf-Atomkraftanlage vorgeschlagen worden, bei der der Dampf aus der Turbine zur Zwischenüberhitzung in den Reaktordnickbehälter zurückgeführt wird.A high pressure steam nuclear power plant has also been proposed in which the steam from the turbine for reheating in the reactor tank is returned.

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.It is also known that the working steam from the turbine for reheating can be returned to the main steam generator of a nuclear power plant. if Such a system is not yet under construction, so contain many drafts American, British and German reactor companies already have this train of thought. However, the application of the principle of direct reheating is limited on steam power plants for nuclear power plants with gas-cooled reactors. In this The technical case is the use of direct reheating in the main steam generator makes sense because the application of the principle of indirect reheating is due the required large line cross-sections for the gaseous coolant none Brings savings. In the case of nuclear reactor systems, those with organically cooled, pressurized water cooled or liquid metal-cooled reactors work, it may be more advantageous, however, the reactor coolant for reheating the working steam from the reactor pressure vessel or from the main steam generator directly to the turbine, as the above listed coolants due to their significantly higher specific heat require smaller cable cross-sections. According to the invention it is therefore proposed that the higher-boiling medium, which in a known manner by the at a Nuclear fission process released heat is heated from the reactor out to the or the reheaters located directly on the turbine.

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.With the organically cooled reactor and the reactor with liquid metal cooling is that for reheating the work equipment directly in front of the machine required higher boiling medium already by the working principle of the nuclear reactor given. If there is no radiation hazard, remove the reactor coolant from the radiation-protected Area, this coolant can cause overheating as well as Intermediate superheating of the work equipment can be used. By using the overheating principle according to the invention is the safety and the controllability the overall situation increased, especially on the nuclear side, because of changes in the overheating temperature no longer the neutron flux, the stability of the Reactor and the Influence neutron economy. The figure shows the circuit diagram of a steam circuit with direct heating of the higher-boiling medium in the reactor.

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.In the picture the water cycle is drawn through a thin line Line, the steam cycle represented by a solid, strong line. Of the The cycle of the higher-boiling medium is shown by a thin, dashed line.

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. According to the circuit diagram shown in the figure, the higher-boiling medium serving as the coolant of the reactor 1 is circulated by the pump 2 and distributed to the various heat exchangers through lines 3 via the valves 4. The total return amount of the higher-boiling medium generates the saturated steam in the heat exchanger 15 a from the feed water coming from the condenser 12 and preheated in the tap preheater 8. The working medium is overheated in the heat exchanger 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.The superheated steam goes through line 9 to the first stage 10 a of the turbine. After the work and the corresponding relaxation, the steam is returned to the first of the reheater 6 heated by the higher-boiling medium and from there to the second stage 10b of the turbine. In the case shown, this is repeated a further two times in the turbine stages 10 c, 10 d until the expansion to the ultimate vacuum. The power of the turbine is converted into electrical energy in the generator 11. The exhaust steam from the turbine is precipitated in the condenser 12 and the condensate is fed back to the pump 7, which conveys the condensate back into the heat exchanger 15a via the tap preheater 8. The reheaters6 are placed so close to the turbine that only slight flow losses occur. The extraction of the steam from the individual turbine stages can be designed in a known manner in such a way that the exit speed from the last row of blades is largely converted into pressure before extraction.

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.With the circuit described, the final humidity can be normal Vacuum can be reduced to 4 to 6 a / o, so that special measures for water discharge are no longer required and the usual turbine designs are used can find. It will - depending on the type of higher-boiling medium - in spite of the With today's reactor types achievable, relatively low temperatures an overall efficiency expected from 30 to 321 per cent. It is also to be expected that the investment costs for the parts required for reheating (pipes, heat exchangers, etc.) will be less than for steam overheating in the reactor.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Steam cycle with multiple indirect reheating, in which a pipe system containing the water to be evaporated under high pressure and relatively low temperature and a pipe system containing the higher-boiling medium under low pressure and correspondingly higher temperature serving to achieve the superheated steam temperature are provided and the heating is carried out of the working vapor with the higher-boiling medium immediately before entry of the steam into the turbine expansion stages in separate heat exchangers according to Patent 1018 431, characterized by the fact that the higher-boiling medium that is heated in a known manner by the liberated in a nuclear fission process heat , is fed out of the reactor to the reheater or reheaters located directly on the turbine.

2. Steam circuit according to claim 1, characterized in that the one used for reheating The higher-boiling medium is an organic coolant in a manner known per se.

3. Steam circuit according to claim 1, characterized in that the reheating for reheating serving higher-boiling medium is a liquid metal in a manner known per se.

4. Steam circuit according to claim 1, characterized in that through a partial flow of the higher-boiling medium, the steam to be superheated is generated at the same time. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1071095; french U.S. Patent No. 1239,599; Schweizerische, Bauzeitung dated January 16, 1952, p. 94; magazine "Atomkernenergie" 1960, no. 7/8, p.295.