DE2949975A1 - Dampferzeugeranordnung fuer kernkraftwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampferzeugeranordnung für Kernkraftwerke gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, ferner auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Dampferzeugeranordnung während der Naßkonservierungsphase gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Eine Dampferzeugeranordnung für Kernkraftwerke des im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Aufbaus ist durch die DE-OS 25 23 874 bekannt. Dort geht es um die Anordnung und Ausbildung des Abschlämmraumes und der Abschlämmleitungen innerhalb des Dampferzeugers im Bereich des Rohrbodens. Demgegenüber befasst sich die vorliegende Erfindung mit einer Schaltungsanordnung für den Dampferzeuger, durch welche sowohl eine Abschlämmung während des Dampferzeugerbetriebes als auch eine Spülung des Dampferzeugers während einer Naßkonservierungsphase mit periodischer Strömungsumkehr und Abschlämmung ermöglicht sein soll. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Abschlämmwasser enthalte- ne Wärmeenergie dem Verdampfungsprozeß wieder zuzuführen und eine einfache Umschaltung von Normalbetrieb des Dampferzeugers mit Abschlämmung auf Naßkonservierungsbetrieb zu ermöglichen, wobei im Naßkonservierungsbetrieb eine periodische Strömungsumkehr mit abwechselnder Einspeisung und (bei Abschlämmung) Entnahme des Spülwassers durch die Abschlämmleitung und dementsprechend abwechselnder Entnahme und Einspeisung des Spülwassers in einem oberen Dampferzeugerbereich durchführbar sein soll.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Dampferzeuger der eingangs definierten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die insbesondere aus Korrosionsprodukten und aus vom frischen Speisewasser mitgeführten Festkörperteilchen bestehende Suspension während des Betriebes abgeschlämmt und gefiltert werden kann, wobei das gefilterte Speisewasser unter Ausnutzung der in ihm enthaltenen Wärmeenergie in den Dampferzeuger zurückgespeist wird. Die dafür verwendete Abschlämmpumpe dient aber auch während des Naßkonservierungsbetriebs, bei welchem Korrosionsschutzschichten auf den Wärmetauscherrohren erzeugende Chemikalien, insbesondere Säurelösungen, dem Speisewasser zugemischt oder als gesonderte Lösungen eingefüllt werden, dazu, diese als Spülwasser bezeichneten Lösungen innerhalb des Dampferzeugers derart in Umlauf zu versetzen, daß sich die Chemikalien gut mischen und auf alle zu schützenden Flächen gleichmäßig verteilen. Dazu ist von besonderem

Vorteil der dampferzeuger-interne Umlauf des Spülwassers mit Einspeisung durch die Abschlämmleitung und Entnahme in einem oberen Dampferzeugerbereich mit periodischer Vertauschung der Einspeis- und Entnahmestellen und das zusätzliche Einblasen von Inertgas durch die Abschlämmleitung.

Demgemäß ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb der Dampferzeugeranordnung während einer Naßkonservierungsphase, wie im Oberbegriff des Anspruchs 4 angegeben, wobei dieses Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 4 und gemäß den bevorzugten Verfahrensschritten nach Anspruch 5 und 6 durchgeführt wird. Durch die Strömungsrichtungsumkehr des Spülwassers kombiniert mit der Inertgaseinblasung wird bereits abgesetzter Schlamm aufgewirbelt und vom Spülwasser mitgerissen, so daß er bei Einschaltung des Filterbetriebes abgefiltert werden kann. Die Gasblasen des Inertgases bewirken ein extremes Verwirbeln des Spülwassers, so daß während des Spülvorganges sogenannte Totwasserzonen oder das Entstehen bevorzugter Strömungswege weitgehend vermieden sind.

Im folgenden wird anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung die Erfindung noch näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in vereinfachter, schematischer Darstellung einen Dampferzeuger im Längsschnitt und die zugehörige Abschlämm- und Spülschaltung.

Der Dampferzeuger 10 für ein Kernkraftwerk mit Druckwasserreaktor ist insbesondere vom U-Rohr-Typ und arbeitet nach dem Naturumlaufprinzip in stehender Anordnung. Sein im wesentlichen hohlzylinderischer Druck- kessel mit domförmiger Erweiterung 12a im Bereich der Grobabscheider 20 und des Dampfraumes 22 sowie mit Frischdampfleitung FD ist bis zum Spiegel 16 mit Speisewasser 14 gefüllt, so daß obere Dampfaustrittsöffnungen der Grobabscheider nicht bedeckt sind. Das vom Speisewasser umströmte U-förmige wärmetauschende Rohrbündel 18 des Dampferzeugers 10 ist mit seinen Enden im Rohrboden R gefasst, auf dessen dem Speisewasserraum abgewandten Seite die primärseitige Eintrittskammer E und die Austrittskammer A, die durch eine Trennwand T voneinander getrennt sind, angeordnet sind. Durch den das Rohrbündel 18 umgebenden Mantel M ist die das Rohrbündel 18 umgebende Dampferzeugerkammer begrenzt, zwischen deren Außenumfang, d.h. zwischen dem Mantel M und dem Innenumfang der Druckkesselwand, der ringförmige Fallraum 24 angeordnet ist. Während des Normalbetriebes des Dampferzeugers wird das Rohrbündel durch das innerhalb seiner Rohre strömende, vom Reaktor kommende Primärmedium beheizt, so daß innerhalb der Dampferzeugerkammer Naßdampf durch das Rohrbündel 18 erzeugt wird, welcher aufwärts in die auf der Deckwand M1 stehend angeordneten Grobabscheider strömt, welch letztere das separierte Wasser in den Fallraum 24 zurückspeisen, wobei der Dampf oberhalb des Wasserspiegels 16 in den Dampfraum 22 aus den Abscheidern 20 strömt.

Im unteren Bereich des Dampferzeugers ist der Mantel M mit Abstand a zum Rohrboden R unter Bildung einer eine Querströmung ermöglichenden Rohrbodenzone a1 angeordnet, so daß das aus dem Fallraum 24 kommende Speisewasser über diese Rohrbodenzone a1 wieder in die Dampferzeugerkammer strömen kann. Die Abschlämmleitung 26 erstreckt sich durch die Dampferzeugerwand in die Rohrbodenzone a1 und ist oberhalb und in unmittelbarer

Nähe des Rohrbodens R dort angeordnet, wo Schlammansammlungen auftreten können. Sie besteht im allgemeinen aus mindestens einem perforierten Rohr, das ringförmige und/oder radial verlaufende, über die Rohrbodenzone a1 verteilte Rohrteile aufweisen kann. Die Perforierung besteht aus einer Vielzahl von über die Abschlämmleitung 26 verteilten Öffnungen.

Mit der Abschlämmpumpe 28 und dem nachgeschalteten Filter 30 kann das Abschlämmwasser abgepumpt und gefiltert und anschließend an einer ersten oberen Anschlussstelle 32 des oberen Dampferzeugerbereiches dem Speisewasser wieder zugeführt werden. Die Anschlussstelle 32 ist als Rohrstutzen dargestellt. Der hierfür verwendete Abschlämmzweig besteht aus den Leitungsteilzweigen 36, 38, 42, 44 mit der schon genannten Abschlämmpumpe 28, je einem auf der Saug- und Druckseite der Pumpe angeordneten ersten Ventil 34 und zweiten Ventil 40 sowie dem Filter 30. Dieser Abschlämmzweig ist mit dem oberen Teilzweig 44 an die Anschlussstelle 32 und mit dem unteren Teilzweig 36 an die Abschlämmleitung 26 angeschlossen. Auf der Druckseite der Pumpe befinden sich die beiden in Reihe geschalteten Teilzweige 42 und 44 und auf der Saugseite der Pumpe 28 die beiden in Reihe geschalteten Teilzweige 34 und 36. Das Filter 30 ist auf der Druckseite der Pumpe 28 angeordnet und kann dem zweiten Ventil 40 vor- oder nachgeschaltet und deshalb in den Abschlämmteilzweigen 42 oder 44 angeordnet sein. Im dargestellten Beispiel ist es dem zweiten Ventil 40 vorgeschaltet.

Weiterhin ist für den Naßkonservierungsbetrieb ein Strömungsumkehrzweig mit den beiden Umkehrteilzweigen 48 und 52 vorgesehen, dessen erster Teilzweig 48 mit

Ventil 46 zwischen Saugseite der Pumpe 28 und der ersten oberen Anschlussstelle 32 und dessen zweiter Teilzweig 52 mit Ventil 50 zwischen Druckseite der Pumpe 28 und Abschlämmleitung 26 angeschlossen ist.

Das geschilderte Reinigungssystem, d.h. der Abschlämmzweig und der Strömungsumkehrzweig, sind bevorzugt so dimensioniert, daß durch sie eine Wassermenge gefördert werden kann, die etwa 5% der Frischdampfmenge bzw. der entsprechenden Dampferzeugerleistung entspricht. In normalem Dampferzeugerbetrieb sind die Ventile 34 und 40 geöffnet und die Ventile 46 und 50 geschlossen. Das Abschlämmwasser wird deshalb über die Abschlämmleitung 26 entnommen und durch das Filter 30 durch die Anschlussstelle 32 wieder in den Dampferzeuger zurückgespeist.

Im Normalbetrieb des Dampferzeugers wird das Speisewasser über die Speisewasserleitung 54 und das Drosselventil 60 und den Einlaßstutzen 56 eingespeist. Zur Vergrößerung der erforderlichen Zulaufhöhe der Abschlämmpumpe 28 (unter erforderlicher Zulaufhöhe, wofür auch die Abkürzung NPSH = net positive suction head bekannt ist, wird - insbesondere bei Zentrifugalpumpen - ein Mindestansaugdruck der Pumpe bei vorgegebener Temperatur verstanden, der über dem Sättigungsdruck liegt und bei dem keine Kavitation eintreten kann), kann ein Wärmetauscher 58 in den Abschlämmzweig, insbesondere dessen Teilzweig 36 eingeschaltet sein. Über die von der Speisewasserleitung 54 zum Wärmetauscher 58 führende Bypaßleitung 64 mit Absperrventil 62 kann das Speisewasser dem Wärmetauscher 58 zugeführt und von dort über die Rohrleitung 66, welche an die Rohrleitung 44 angeschlossen ist, in diese Leitung und von dort über Anschlußteile 32 wieder in den Dampferzeuger eingespeist werden.

Während des Naßkonservierungsbetriebes des Dampferzeugers ist zwecks guter Durchmischung der in der Konservierungslösung enthaltenen Chemikalien eine Umlaufströmung erwünscht. Die oben erwähnte 5%-Umlaufströmung kann in Gang gehalten werden durch Schließen der Ventile 40 und 34 und Öffnen der Ventile 46 und 50. Diese, im Vergleich zum Normalbetrieb umgekehrte Strömung (Umkehrströmung) führt über die Anschlussstelle 32 aus dem Dampferzeuger heraus und durch die Abschlämmleitung 26 in diesen wieder hinein. Da die normale Umlaufströmung im Dampferzeuger (Umlaufwasserdurchsatz) etwa gleich ist dem Fünffachen der Frischdampfmenge, gemessen in t/h, folgt daraus, daß die Abschlämmwasser- oder die Spülwasser-Umlaufmenge nur etwa 1% des Umlaufwasserdurchsatzes des Dampferzeugers ausmacht.

Während der Naßkonservierungsphase ist im Dampfraum 22 normalerweise Inertgas in Form von Stickstoff unterhalb eines schützenden Stickstoffkissens enthalten. Durch das Gebläse 70, das im Inertgas-Gebläsezweig 72, 76 mit zwei jeweils auf der Saug- bzw. Druckseite des Gebläses vorgesehenen Absperrventilen 74, 78 angeordnet ist, kann Stickstoff aus dem Gasraum über die Frischdampfleitung FD abgesaugt und durch den Anschluß des Gebläsezweiges an die Abschlämmleitung 26 in letztere eingeblasen werden. Die hierdurch hervorgerufene forcierte Stickstoffumlaufströmung mischt sich mit der gleichfalls durch die Abschlämmleitung 26 in den Dampferzeuger eintretenden Spülwassermenge, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit und Verwirbelung des Spülwassers wesentlich erhöht und damit die Vermischung und Verteilung der chemischen Konservierungs- mittel innerhalb des Dampferzeugers und seiner Einbauten und wärmetauschenden Rohre wesentlich verbessert wird. Im einzelnen kann die Einleitung des Stickstoffes durch die Abschlämmleitung 26 so durchgeführt werden, wie in der DE-OS 25 15 268 bereits beschrieben.

In bestimmten Zeitabständen wird während der Naßkonservierung der Stickstoffumlauf unterbrochen und für das Spülwasser auf die Abschlämm-Strömungsrichtung mit Strömung durch das Filter 30 umgeschaltet. Dies kann dadurch erreicht werden, daß zunächst das Ventil 34 geöffnet wird, so daß die Pumpe 28 innerhalb eines Umlaufkreises fördert. Dann kann das Ventil 40 geöffnet und das Ventil 46 geschlossen werden. Anschließend wird das Ventil 50 geschlossen, so daß der Strömungspfad sich von der Abschlämmleitung 26 über das Filter 30 und die Anschlussstelle 32 schließen kann.

Korrosionsprodukte, die sich während der Naßkonservierungsphase gebildet haben und im Spülwasser suspendiert sind (aufgrund des vorhergehenden Spül- und Konservierungsvorganges) können nun durch das Filter 30 zurückgehalten und entfernt werden. Die Strömungsumkehr dient außerdem dazu, örtliche Strömungen innerhalb des Dampferzeugers in ihrer Richtung und in ihrer Intensität zu ändern, so daß Festkörperteilchen, die sich abgesetzt hatten, mitgerissen werden, wodurch die Wirksamkeit der Schlamm- bzw. Teilchenentfernung verbessert wird. Die Erfindung ist auf das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt; so könnte die Gaseinleitung getrennt von der Abschlämmleitung 26 einem gesonderten Leitungssystem zugeordnet sein, so daß eine kontinuierliche Gaseinblasung während der Konservierung möglich ist, auch dann, wenn der Filterbetrieb eingeschaltet ist.

Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampferzeugeranordnung für Kernkraftwerke. Zur Abschlämmung während des Dampferzeugerbetriebes ist ein Abschlämmzweig (26, 36, 38, 42, 44) mit Pumpe (28) und Filter (30) vorgesehen, so daß das gefilterte Abschlämmwasser wieder zurückgespeist werden kann. Zusätzlich ist ein über die Abschlämmpumpe (28) geführter Strömungsumkehrzweig (48, 52) vorgesehen, durch welchen während der Naßkonservierungsphase im oberen Dampferzeugerbereich entnommenes Spülwasser durch die Abschlämmleitung (26) unter Strömungsumkehr eingespeist werden kann. Während der Naßkonservierung kann über einen Gebläsezweig (70, 72, 76) Inertgas, insbesondere Stickstoff, dem Gasraum (22) des Dampferzeugers (10) entnommen und durch die Abschlämmleitung (26) eingeblasen werden. Die Schaltung ermöglicht eine periodische Strömungsumkehr unter Abfilterung etwaigen Schlammes während der Naßkonservierungsphase (nur eine Figur).

Claims (6)

1. Dampferzeugeranordnung für Kernkraftwerke, insbesondere des U-Rohr-Typs nach dem Naturumlaufprinzip, mit einem das zu verdampfende Speisewasser bestimmten Füllstandes enthaltenden Druckkessel, mit einem innerhalb einer Dampferzeugerkammer vom Speisewasser umströmten wärmetauschenden Rohrbündel, das in einem Rohrboden gefasst ist, sich von diesem nach oben in die Dampferzeugerkammer erstreckt und vom Primärmedium durchströmt ist, und mit mindestens einer die Dampferzeugerwand durchdringenden Abschlämmleitung, deren Einlaßöffnungen benachbart und kommunizierend zu den Rohrbodenzonen angeordnet sind, wo Schlammansammlungen auftreten können, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschlämmzweig (36, 38, 42, 44) mit einer Abschlämmpumpe (28), je einem auf der Saug- und Druckseite der Pumpe angeordneten ersten und zweiten Ventil (34, 40) sowie einem Filter (30) mit einem Ende an die Abschlämmleitung (26) und mit seinem anderen Ende an den Dampferzeuger an einer ersten oberen Anschlussstelle (32) des oberen Bereiches seiner Speisewasserfüllung angeschlossen ist, und daß ein Strömungsumkehrzweig mit zwei Umkehrteilzweigen (48, 52) vorgesehen ist, dessen erster Teilzweig (48) mit Ventil (46) zwischen Saugseite der Pumpe (28) und der ersten Anschlussstelle (32) und dessen zweiter Teilzweig (52) mit Ventil (50) zwischen Druckseite der Pumpe (28) und Abschlämmleitung (26) angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (30) auf der Druckseite der Pumpe (28) dem zweiten Ventil (40) vor- oder nachgeschaltet in den Abschlämmteilzweigen (42 oder 44) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inert-Gas-Gebläsezweig (72, 76) mit Gebläse (70) vorgesehen ist, welcher mit einem Ende an eine in einen oberhalb der Speisewasserfüllung des Dampferzeugers liegenden Inertgas-Raum mündende zweite obere Anschlussstelle und mit seinem anderen Ende an die Abschlämmleitung (26) angeschlossen ist.

4. Verfahren zum Betrieb einer Dampferzeugeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 während einer Naßkonservierungsphase, wobei der Dampferzeuger einen vorgegebenen Wasserfüllstand aufweist und darüber eine Inertgas-Füllung, dadurch gekennzeichnet, daß Spülwasser im oberen Bereich des Dampferzeugers entnommen und ihm in einem unteren Bereich wieder zugeführt wird, wobei gleichzeitig Inertgas vom Gasraum (22) an einer Stelle oberhalb des Wasserspiegels (16) entnommen und an einer Stelle (26) des unteren Bereiches des Dampferzeugers wieder eingeblasen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich das entnommene Spülwasser periodisch durch ein Filter (30) geschickt wird, bevor es rückgespeist wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme des Spülwassers im oberen Bereich des Dampferzeugers und die Wiedereinspeisung dieses Spülwassers in einem unteren Bereich des Dampferzeugers periodisch unterbrochen und durch eine eine Strömungsumkehr im Dampferzeuger bewirkende Entnahme des Spülwassers im unteren Bereich des Dampferzeugers und Einspeisung dieses Wasser über ein Filter (30) in den oberen Bereich des Dampferzeugers ersetzt wird.