DE1806183A1

DE1806183A1 - Kernkraftwerksanlage und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE1806183A1
Application number: DE19681806183
Authority: DE
Inventors: Hartwell Geoffrey Mi Beresford; Nichols Ronald William
Original assignee: Atomic Power Constructions Ltd
Current assignee: Atomic Power Constructions Ltd
Priority date: 1968-08-30
Filing date: 1968-10-30
Publication date: 1970-03-05
Also published as: BE723300A; FR1591208A; GB1284871A

Description

DIPL.-ING. H. MARSCH 1806183 4 Düsseldorf,

PATENTANWALT UNDBHINHSTHASS« Sl

TBLBFON «783

Beschreibung zum Patentgesuch

Atomic Power Constructions Limited, Vigilant House, 6/l4 Sutton Court Road, Sutton, Surrey, England

betreffend:
"Kernkraftwerksanlage und Verfahren zu deren Betrieb"

Die Erfindung bezieht sieh auf eine Kernkraftwerksanlage mit einem Kernreaktor vom gasgekühlten graphitmoderierten Typ, insbesondere mit einem Hochtemperatur-Reaktor. Die Erfindung befaßt sich mit einem belastungsabhürir-i^en Reaktor für derartige Anlagen.

Es ist bekannt, eine Einheitsbelastungkontrolle vorzusehen für die gleichzeitige Einstellung der Kauptsteuerungen, nämlich der Turbinenventilöffnns, der Spelsewa.TGerpunipen^eschwindigkeit und des primären hauptkühlmittülaurchflusses. Die Anwendung einer Temperaturmessung f des Dampfes am Auslaß der Wärmetauscher des Reaktors für Jifc steuerung der hauptkühlmittelströir.ung ist nicht allgemein üb 11 üii. In konventionellen Reaktorsystemen, uei aenen die Ajüla^astemperatur auf einen konstanten Wert ."gesteuert wird, Lünnte jedoch eine solche Kontrolleinrichtung vorfjeoeheri v/erden, vorausgesetzt, daß die tatsächliche Änuerun;jsrate der Haupt strömung nicht diejenige über- ;;c:irc-it'3t, die das Reaktorsteueraystem zu beherrschen

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vermag. Eine derartige Ausbildung; läge noch im Ermessen eines Fachmannes auf diesem Cebiet.

Gemäß der Erfindung wird eine Kernkraftwerksanlage mit einem belastungsabhängiger, gasgekühlten graphitmoderierten Kernreaktor vorgeschlagen rat einem Reaktor-Core„, dem Primärkühlmittel, das durch das Reaktor-Core zirkuliert.zugeordneten Wärmetauschern für die Dampferzeugung, weiche Anlage gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist dadurch, daß im unmittelbaren Ansprechen auf eine änderung in den Dampfströmungsrateanforderungen entsprechende Einstellungen am Dampf steuerventil, an. Primärkühlmitteldurchfluß durch das Core, und air. Speisewasserdurchfluß von der Speisewasserpumpe der Anlage vorgenommen vier den, und daß aie Anlage ferner als sekundäres Korrektiv, ansprechend auf die genannte unmittelbare Steuerung, gesteuert wird durch eine weitere Einstellung der Primärkühlmitteldurchflußrate in Abhängigkeit von einem Steuersignal, das abgeleitet ist von der x'er.peratur des aus den Wärmetauschern austretenden Dampfes.

Wenn die Kraftwerksanlage für die Erzeugung von Elektrizität ausgebildet ist·, wird der erzeugte Dar.pf ■ über ein Turcinendrosselventil einer r.it einem Wechselstromgenerator gekuppelten Turbine zugeführt. In Abhängigkeit von einer Änderung der Generatorbelastung- ;/eraen dann Einstellungen an dem Turbinendrosselventil vorgenommen, welches das genannte Darxfsteuerventil ist.

Die Anlage wirkt mit einem Reaktor zusammen₃ der einen "kurzzeitigen" oder "prompten" negativen Teir.peraturkoeffizienten aufweist, und gestattet eine änderung- der Auslaßtemperatur des primären Reaktorkühlmittels.

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bei welcher Betriebsart sich ergibt, daß keine Steuerstabbewegungen erforderlich sind, um die Reaktorladung im Ansprechen auf Anforderungen vom System zu ändern.

Ferner wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Kerndampfkraftwerksanlage vorgeschlagen, die einen Kernreaktor mit einem Primärkühlmittelkreislauf und zugeordneten UnuSlzeinrichtungen sowie mit diesem Kreislauf zusammenwirkende Dampferzeugeniärmetauscher aufweist einschließlich eines Dampfspeiseventils und einer Speisewasserversorgung , welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß im unmittelbaren Ansprechen auf ^! eine Änderung des Dampfbedarfs eine Linstellung des Dampfspeisevontils, der Primärkreislaufströnungsrate_> i und der Speisewasserversorgung erfolgt, ohne einstellung ■ j der Reaktorsteuerstäbe, um eine Anpassung an die Bedingungen des neuen Danpfbedarfs zu bewirken, und daß als sekundäre !!abnähme eine weitere Einstellung der Priir.cirLühlnittelstivr.unr vorgenommen v.-lrd ir Ansprechen auf ein Korrektursipnal, das abgeleitet wird von der Dampftemperatur.

Line Kraftwerksanlage, bei der die Erfindung ausgeführt ist, soll naci.stehend unter Ijezuonahne auf die bei;:ef ii^ttn Zeichnungen nilaer erläutert werden, v;eiche in Dia.:ranmform die Anlage darstellen, wenn die Fig. la, j Ib und Ic ausannfengefügt wercen, wie in Fig. 1 angedeutet. j·

?as Steuersyster. für die Anlage ist für flexiblen 3etrioc Lestir^.t und so aus.-ele^t, ca". \rirl:sam. von der : natürlicher; Charakteristik der Anlage Gelrauch gemacht i v;ird, nl'r.lic: von der ir.hürenter. lerr.peraturstabilität

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des Reaktors. Der Reaktor ist vom Hochtemperaturtyp, dessen Einzelheiten in der britischen Patentanmeldung ^1694/68 beschrieben sind.

In der Zeichnung ist das Reaktor-Core durch einen Block 1 angedeutet; mit ihm sind vier Paare von Wärmetaus eher einhei ten in Wirkverbindung mit dem Kühlgas angeordnet, das durch das Core und die Wärmetauscher mittels Umwälzgebläse umgewälzt wird. Eine Wärmetausehercinheit eines Paares ist in Fig. 1 angedeutet und umfaßt die Teile 2 und 2a, von denen der letztere ein Überhitzer ist. Line einzige Umwälzeinrichturig ist bei la angedeutet.

Die Auslässe von den Paaren von Wärmetauschereinheiten sind, wie schematisch bei Ib angedeutet, miteinander kombiniert und v/erden über die Speiseleitung lc dem Ilochdruckabschnitt einer Dampfturbine zugeführt, welche schematisch durch die. Blöcke Id und Ie wiedergegeben ist, von denen Id der Hochdruckabschnitt ist und Ie der Kitteldruck- und Hiederdruckabschnitt. Der Dampfauslaß vom Kochdruckabschnitt Id ist aufgeteilt,und ein Teil wird zum überhitzerteil des Wärmetauschers, wie bei If angedeutet, zurückgeführt, wobei entsprechende Durchflußsteuerventile Ig vorgesehen sind.

Die Turbine treibt einen Wechselstromgenerator, angedeutet durch den Elock 3a, wobei Einrichtungen für die Wechselfrequenz und die Belastung auf den Leitungen 4 und 5 vorgesehen sind. Die Leitungen 4 und 5 sind mit einer Einheitsbelastungssteuerung 3 verbunden, in der Änderungen der Frequenz und der Belastung ermittelt werden und entsprechende Steuersignale auf den Leitungen 3b,3c

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erzeugt werden. Die Leitung 3b ist mit einem durch den Block 6 wiedergegebenen Mechanismus für die Betätigung eines Satzes von Gebläseblenden verbunden, die den Paaren von Wärmetauschereinheiten zugeordnet sind und beweglich sind zur Regulierung der Ducchflußrate des Kühlgases über die Wärmetauschereinheiten und damit zur Regulierung der Qualität des erzeugten Dampfes. Die Leitung 3b ist ferner mit einer Pumpendrehzahlsteuereinheit verbunden, dargestellt als Block* 7 j welche ein Ventil 7a steuert zur Regulierung des Stromes des anderen Teils aus dem aufgeteilten Dampfauslaß von dem Hochdruckabschnitt Id der Turbine zu einer Turbine 7b, welche eine Speisewasser- ™

pumpe 7c antreibt zur Umwälzung des Speisewassers zu dem Wärmetauscherteil; ein Teil dieses Wassers stammt-aus einem Kondensator lh, der der Niederdruckturbine zugeordnet ist. Die Pumpensteuereinheit 7 wird von Signalen zur Festlegung der Pumpendrehzahl der Pumpe 7c über die Leitung 7d angesteuert.

Die Regulierung der Dampf temperatur für den Ilittel- und Niederdruckabschnitt Ie wird mittels eines überhitzer-Bypass-Ventils erreicht, von welchen Ventilen eines, verbunden mit dem überhitzer 2a,bei 10 angedeutet ist. Die Steuerung der Ventileinstellung wird von Signalen abgeleitet, J welche die Überhitzertemperatur anzeigen, was in der Zeichnung schematisch bei 10a angedeutet ist.

Eine weitere Verbindung von der Leitung 3a besteht zu einem Durchflußsteuerventil Ij, das die Strömung des überhitzten Dampfes.in den Mitteldruckabschnitt Ie der Hauptturbine steuert. !.

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Die Einstellung der Gebläseblenden durch den Mechanismus 6 wird von der Temperatur des aus dera Wärmetauscher austretenden-Dampfes beeinflußt, und diese Steuerung ist schematised bei 6a angedeutet. Demnach hängt die Eins teilung" der Blenden nicht nur ab von der Belastung und der Frequenz des Wechselstromgenerator, sondern auch von der Dampfauslaßtemperatur, wie eben angegeben.

Eine Änderung in den Eelastungsanforderungen wird über die Einheitskontrolleinrichtung 3 so wirken, daß eine gleichzeitige und schnelle Einstellung der Kühlmittelmassenstrcmung über die Einstellung der Gebläseblenden durch den ."iechanismus c, der Speisewasserdurchflußrate über die PumpenarehEahlsteuereinheit 7, der Turbiner.leistung über das Ventil 6 unc aer Strömung des überhitzten Dampfes über das Ventil Ij in einer ;ieise erfolgt, daß diese Ilaßnahmen gemeinsam genügen, um den Betrieb der Anlage entsprechend der genannten änderung der Belastungsanforderungen zu regulieren.

Infolge einer Änderung der Belastungsanforderungen führt eine Änderung in der Massendurchflußrate des primären Kühlmitteis durch das Reaktor-Core, veranlaßt; durch ein Signal von der Einheitubelastungskontrolleinrichtun- 3_{ zu Übergangsänderungen in der Auslaßtemperatur des primären Reaktorkühlmittels. Diese übergangsänderungen werden jedoch in angemessener Weise und in stabiler Art abgefangen, ohne daß Zuflucht zu einer Eteuerstabbewegung wie bei konventionellen Anlagen genommen v.-erc.en muß. Dieses Herkmal wird erreicht, indem von der Charakteristik des Reaktors, nämlich seines negativen Temperatur/Reaktivitätskoeffizienten₍gemäß der Erfindung in vorteilhafter&eise Gebrauch gemacht wird.

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Die Funktion des Steuerstabnec-ianionus 9 besteht darin, die Auslar>ter.]\eratur des primären -lühiniittels -..'leder auf die gewünschte Hauptr.assenterfüratur ir. stabilen Zustand zu bringen (d.h. auf eine dem maximalen thermischen V.'irkun^sgrad entsprechende Temperatur/, nachdem eine 3elastun£:sänderung stattgefunden hat, und es ist festzuaalten, daß die oteuerstübe nicht der übernan^steruperatursteuerungdienen.

Einzelheiten der rr.it dem Reaktor 1 verbundenen Steuerung, die in der Zeichnung links von Reaktor angedeutet sinuj sind ir. dei' britischen Patentanmeldung (| *il692/G3 beschrieben.

Die Zeichnung -zei(-t ferner ein Hilfssteucrsysten. für das Speisewasser, deinen Einzelheiten in der britischen Patentanmeldung ¹Mi^/C^ zu finden stid. Die Punktion des Hilfcsteuernystems bestellt in der Stabilisierung des L'peisewassersystems und in Ausgleich der | StrCmunr; z^-iscLen den beiden parallel^esciialteten V.'ilrmetauschern, die je\;eils eine mit dem prirülren Kühlmittel i in \.'irkverbindunL; stehende Viärnetauscr.ei'einkeit umfassen. I

Line Änderung der primären Kühlraitteiiaassenstrünunn

kann durch Elenden erreicht werden oder durch andere ™

Drosseleinrichtun--ren oder auch durch eine /inderunr; der Kühlnittelnebitlseärehzai;l.

Die Gteuerun- der Turbinenlelstung kann durch

Düsensteuerunc oder Drosselöffnungssteuerung erreicht ι werden, je nach den Turbinentyp.

Patentansprüche :

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Claims

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- 8 Patentansprüche

1) Kernkraftwerksanlage mit einem der Belastung folgenden gasgekühlten graphitmoderierten Kernreaktor, umfassend ein Reaktor-Core und Wärmetauscher in Wirkverbindung mit das Reaktor-Core durchströmendem primären Kühlmittel zur Erzeugung von Dampf, dadurch gekennzeichnet, daß im unmittelbaren Ansprechen auf eine Änderung der Dampfstromanforderungen entsprechende Einstellungen an einem Dampfsteuerventil, in der Ilassendur&flußrate des das Core durch strömenden primären Kühlmittels und der Massendurchflußrate des von einer Speisepumpe der Anlage geförderten Speisewassers vorgenommen werden, und daß eine weitere Steuerung als sekundäres Korrektiv zu dem unmittelbaren Ansprechen durch eine weitere Einstellung der Massendurohflußrate des primären Kühlmittels erfolgt im Ansprechen auf ein von der Temperatur des aus den heißen Wärmetauschern austretenden Dampfes abgeleitetes Steuersignal^.

2) Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine von dem Dampf über ein Dampfsteuerventil gespeiste Dampfturbine. :

''J) Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 1 r.it einem primärer. Kühlmittelkreislauf und einer zugeordneten Umwälzeinrichtunp- und einem Wärmetauscher-Dampferzeuger in V.'irkverbir.cunr r.it diesem Kreislauf sowie mit uinen Üar.pfspeiseventil und einer Epeisewascerversorgung, daaurch ~ekennzeicr.net, daß im unmittelbarer; Ansprechen auf eine- .-!nderun;- des Dar.pfbedarfs eine Linsteilung

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des Dampfspeiseventils, der primären Kühlmittelströmungsrate und der Speisewasserzufuhrrate erfolgt, ohne Veränderung der Reaktorsteuerstäbe derart, daß deren Quantitäten dem neuen Dampfbedarf entsprechen, und daß zusätzlich als sekundäre Maßnahme eine weitere Einstellung der primären Kühlmittelströmungsrate erfolgt im Ansprechen auf ein von der Temperatur des in dem Wärmetauscher erzeugten Dampfes abgeleitetes Signal.

4) Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

daß der erzeugte Dampf einer Turbine mit Hoch- und Mittel- (| druckstufen zugeführt wird, daß der Wärmetauscher einen überhitzer umfaßt, und daß die Strömung des überhitzten Dampfes zur Mitteldruckstufe zusätzlich gesteuert wird entsprechend der Änderung des Dampfbedarfs.

5) Verfahren nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine einen Wechselstromgenerator antreibt und die Änderungen des Dampfbedarfs bestimmt werden durch Änderungen im Ausgang und in der Frequenz des Wechselstromgenerators.

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