DE1806183A1 - Nuclear power plant and procedures for its operation - Google Patents
Nuclear power plant and procedures for its operationInfo
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- G21D3/08—Regulation of any parameters in the plant
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Description
DIPL.-ING. H. MARSCH 1806183 4 Düsseldorf,DIPL.-ING. H. MARSCH 1806 183 4 Düsseldorf,
TBLBFON «783TBLBFON «783
Beschreibung zum PatentgesuchDescription of the patent application
Atomic Power Constructions Limited, Vigilant House, 6/l4 Sutton Court Road, Sutton, Surrey, EnglandAtomic Power Constructions Limited, Vigilant House, 6/14 Sutton Court Road, Sutton, Surrey, England
betreffend:
"Kernkraftwerksanlage und Verfahren zu deren Betrieb"concerning:
"Nuclear power plant and procedures for its operation"
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.The invention relates to a nuclear power plant with a nuclear reactor moderated by gas-cooled graphite Type, especially with a high temperature reactor. The invention is concerned with a load abatement Reactor for such systems.
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 beherrschenIt is known to provide a unit load control for the simultaneous adjustment of the main controls, namely the turbine valve opening, the Spelsewa.TGerpunipen ^ esch speed and the primary main coolant flow rate. The use of a temperature measurement f of the steam at the outlet of the heat exchanger of the reactor for controlling the main coolant flow is not generally accepted. In conventional reactor systems, the temperature in the reactor is controlled at a constant value. "However, such a control device should be provided, provided that the actual rate of change in the main flow does not exceed that of- ;; c: irc- it'3t having to master the reactor control system
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vermag. Eine derartige Ausbildung; läge noch im Ermessen eines Fachmannes auf diesem Cebiet.able. Such training; would still be at the discretion of a person skilled in the art.
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.According to the invention, a nuclear power plant with a load-dependent, gas-cooled graphite-moderated Nuclear reactor proposed rat a reactor core ", the primary coolant that circulates through the reactor core, associated heat exchangers for steam generation, soft system characterized according to the invention is in that in immediate response to a change in the steam flow rate requirements corresponding Settings on the steam control valve. Primary coolant flow through the core, and air. Feed water flow from the feed water pump of the system made four den, and that aie system also as a secondary Corrective, responsive to the aforementioned direct control, is controlled by a further setting the primary coolant flow rate as a function of a control signal derived from the x'er.peratur of the steam emerging from the heat exchangers.
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.If the power plant is designed for the generation of electricity · is the Dar.pf generated ■ a Turcinendrosselventil a r.it an alternator coupled turbine supplied. Settings are then made on the turbine throttle valve, which is the said Darxf control valve, as a function of a change in the generator load.
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.The system cooperates with a reactor 3 which has a "short-term" or "prompt" negative temperature coefficient and allows the outlet temperature of the primary reactor coolant to be changed.
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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.in which operating mode it results that no control rod movements are required to change the reactor load in response to requests from the system.
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.Furthermore, according to the invention, a method for operating a nuclear steam power plant is proposed which has a nuclear reactor with a primary coolant circuit and associated UnuSlzeinrichtungen as well as steam generator exchangers interacting with this circuit including a steam feed valve and a feed water supply, which method is characterized in that in immediate response to ! a change in the steam demand, a setting of the steam feed valve, the primary circuit flow rate > i and the feed water supply takes place without adjustment of the reactor control rods in order to bring about an adjustment to the conditions of the new steam demand, and that as a secondary !! a further setting of the pressure would decrease. cirLühlmittelelstivr.unr made v.-lrd ir response to a correction signal derived from the steam temperature.
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·Line power plant in which the invention was carried out is, should naci. standing under Ijezuonahne on the at;: ef ii ^ ttn drawings nilaer explained, v; oak in Dia.:ranmform represent the system when the Fig. la, j Ib and Ic can be added, as indicated in FIG. 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? as tax syst. for the plant is for flexible 3etrioc Lestir ^ .t and so aus .-- ele ^ t, ca ". \ Rirl: sam. From the: more natural; Characteristics of the system Gelrauch made i v; ird, nl'r.lic: from the ir.hürenter. lerr.peraturstabile
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des Reaktors. Der Reaktor ist vom Hochtemperaturtyp, dessen Einzelheiten in der britischen Patentanmeldung ^1694/68 beschrieben sind.of the reactor. The reactor is of the high temperature type, details of which are given in the British patent application ^ 1694/68 are described.
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.In the drawing, the reactor core is indicated by a block 1; with it are four pairs of heat exchanges rather units arranged in operative connection with the cooling gas, which is circulated through the core and the heat exchangers by means of a circulation fan. A heat exchanger unit a pair is indicated in Fig. 1 and comprises the parts 2 and 2a, the latter of which is a superheater is. Line only circulation device is indicated at la.
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.The outlets of the pairs of heat exchanger units are, as indicated schematically at Ib, with one another combined and fed to the Iloch pressure section of a steam turbine via the feed line lc, which is shown schematically by the. Blocks Id and Ie shown of which Id is the high pressure section and Ie is the Kitteldruck and low pressure section. The steam outlet from the cooking pressure section Id is divided, and a part becomes the superheater part of the heat exchanger, as at If indicated, fed back, with corresponding flow control valves Ig are provided.
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,3cThe turbine drives an alternator, indicated by the Elock 3a, with facilities for the alternating frequency and the load on lines 4 and 5 are provided. Lines 4 and 5 are with connected to a unit load control 3, in which changes in the frequency and the load are determined and corresponding control signals on lines 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- ™be generated. The line 3b is with a through Mechanism shown in block 6 for operating a set of fan shrouds connected to the pairs of heat exchanger units are assigned and are movable to regulate the flow rate of the cooling gas over the heat exchanger units and thus to regulate the quality of the steam generated. The line 3b is also connected to a pump speed control unit, shown as block * 7 j which controls a valve 7a for Regulating the flow of the other part from the split steam outlet from the high pressure section Id of FIG Turbine to a turbine 7b, which is a feedwater ™
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.pump 7c drives to circulate the feed water to the heat exchanger part; some of this water comes from a condenser lh, which is assigned to the low-pressure turbine. The pump control unit 7 is controlled by signals to determine the pump speed of the pump 7c via the Line 7d activated.
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.The regulation of the steam temperature for the middle and low pressure section Ie is by means of a superheater bypass valve reached, one of which valves, connected to the superheater 2a, is indicated at 10. the Control of the valve setting is derived from signals indicating the superheater temperature J, which is in the drawing is indicated schematically at 10a.
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. !.Another connection from line 3a is to a flow control valve Ij, which controls the flow of the superheated steam in the medium pressure section Ie the Main turbine controls. !
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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. The setting of the fan diaphragms by the mechanism 6 is dependent on the temperature of the heat exchanger Exiting steam affects, and this Control is indicated schematically at 6a. Therefore the division "of the apertures not only depends on the load and frequency of the alternator, but also the steam outlet temperature as just indicated.
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.A change in the load requirements will act on the unit control device 3 so that a simultaneous and rapid setting of the Coolant mass flow via the setting of the fan orifices through mechanism c, the feed water flow rate Via the pump area control unit 7, the turbine output via the valve 6 and the flow of the superheated steam via the valve Ij in one; ieise takes place that these omissions together are sufficient to achieve the To regulate the operation of the system in accordance with the mentioned change in load requirements.
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.As a result of a change in loading requirements, a change in the mass flow rate of the primary coolant through the reactor core causes; by a signal from the Einheitubelastungskontrolleinrichtun- 3 {to transient changes in the outlet temperature of the primary reactor coolant. However, these transitional changes are adequately and stably intercepted without resorting to a control rod movement as in conventional systems. This feature is achieved by making advantageous use of the characteristic of the reactor, namely its negative temperature / reactivity coefficient ( according to the invention.
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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. The function of the control rod nec-ionus 9 is to The Auslar> ter.] \ erature of the primary -lühinimittel - .. 'leather on the desired main race directorate ir. stable condition to bring (i.e. to a maximum thermal degree of efficiency corresponding temperature after a change in load has taken place, and it is to be noted that the overtaxes do not serve to control over-temperature.
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.Details of the control connected to the reactor 1, which are indicated in the drawing to the left of the reactor sinuj are ir. dei 'British patent application (| * il692 / G3 described.
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. IThe drawing also shows an auxiliary control system for the feed water, the details of which can be found in British patent application 1 Mi ^ / C ^ . The puncture of the auxiliary control system ordered in the stabilization of the feed water system and in compensation of the | flow; z ^ -iscLen the two parallel-esciialtete ve exchangers, each of which comprises a varynet exchanger which is in direct communication with the pure coolant
Line Änderung der primären KühlraitteiiaassenstrünunnLine change of the primary Kühlraitteiiaassenstrünunn
kann durch Elenden erreicht werden oder durch andere ™can be reached by misery or by others ™
Drosseleinrichtun--ren oder auch durch eine /inderunr; der Kühlnittelnebitlseärehzai;l.Throttle devices or also by a / inderunr; the Refrigerant nebitlseärehzai; l.
Die Gteuerun- der Turbinenlelstung kann durchThe price of the turbine output can go through
Düsensteuerunc oder Drosselöffnungssteuerung erreicht ι werden, je nach den Turbinentyp.Nozzle control or throttle opening control reached depending on the turbine type.
Patentansprüche :Patent claims:
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8AD8AD
Claims (1)
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