DE19921023A1 - Kernkraftanlage mit einer Dampfturbinenanordnung sowie Verfahren zum Betrieb einer Kernkraftanlage mit Dampfturbinenanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kernkraftanlage (1), umfassend einen Kernreaktor (2) und ggf. einen Dampferzeuger (3) sowie eine Dampfturbinenanordnung (4) mit zumindest einer Hochdruck-Teilturbine (5). Der Hochdruck-Teilturbine (5) wird Dampf aus dem Kernreaktor (2) bzw. dem Dampferzeuger (3) an einem Dampfeinlaß (7) zugeführt. Vor dem Dampfeinlaß (7) zweigt eine regelbare Dampfleitung (17) ab, die stromab des Dampfeinlasses (7) in einen Dampfpfad (12) der Dampfturbinenanordnung (4) mündet. Hierdurch ist bei einer Erhöhung der elektrischen Leistung der Kernkraftanlage (1) eine Druckhaltung über eine Regelventil (18) in der Dampfleitung (17) ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernkraftanlage umfassend einen Kernreaktor und ggf. einen Dampferzeuger sowie eine Dampftur­ binenanordnung. Die Dampfturbinenanordnung weist zumindest eine Hochdruck-Teilturbine auf, der Dampf aus dem Kernreaktor oder dem Dampferzeuger zuführbar ist mit einem Dampfeinlaß für den Dampf aus dem Dampferzeuger bzw. dem Kernreaktor. In der Dampfturbinenanordnung schließt sich an den Dampfeinlaß ein Dampfpfad an. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Ver­ fahren zum Betrieb einer Kernkraftanlage, bei dem mittels ei­ nes Kernreaktors direkt oder in einem Dampferzeuger Dampf er­ zeugt wird, welcher Dampf einem Dampfeinlaß einer Hochdruck- Teilturbine einer Dampfturbinenanordnung zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Leistungserhö­ hung einer solchen Kernkraftanlage.

Zur Erhöhung der momentanen Leistungsreserve einer Dampftur­ binenanordnung, d. h. einer kurzfristigen Leistungserhöhung über die Nennleistung der Dampfturbinenanordnung hinaus, sind sogenannte Überlasteinrichtungen bekannt. Die DE 29 30 184 A1 korrespondierend zur US-PS 4,373,340, betrifft eine Überlast­ einrichtung einer mehrgehäusigen Dampfturbine, mit einem Vor­ schaltturbinenteil (Hochdruck-Teilturbine), dessen Abdampf als Hauptstrom einen nachgeschalteten Turbinenteil (Mittel- oder Niederdruck-Teil) zugeführt wird. Diese Überlasteinrich­ tung weist eine Umgehungsleitung auf, durch welche ein Teil des Dampfes unter Umgehung des Vorschaltturbinenteils und un­ ter Umgehung eines Zwischenüberhitzers in eine in das Ein­ trittsende des Nachschaltturbinenteils mündende Rohrleitung einführbar ist. Die Einführung in die Rohrleitung erfolgt hierbei als Strahlverdichter. Diese Art einer Überlastein­ richtung hat den Vorteil, daß in einem Lastbereich der Dampf­ turbine bis 100% keine Beeinträchtigung des Wärmeverbrauchs auftritt und eine Druckerhöhung des Dampfes vor der Nach­ schaltturbine in der Größenordnung von 2% erfolgt. Die elek­ trische Leistung der Dampfturbinenanordnung beträgt etwa 600 Megawatt. Die Umgehungsleitung ist jeweils stromauf einer Ventilkombination bestehend aus einem Schnellschlußventil und einem Regelventil sowohl vor dem Vorschaltturbinenteil als auch vor dem Nachschaltturbinenteil angeordnet.

Die US-PS 4,403,476 betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Dampfturbinenanordnung mit einem Überlastventil. Das Über­ lastventil der Dampfturbinenanordnung stellt einen Bypass zu den normalen Regelventilen der Dampfturbinenanordnung dar und ist diesen parallelgeschaltet. Es stellt eine Dampfverbindung dar, die es ermöglicht, Dampf von einem Dampferzeuger bei ei­ nem niedrigeren Druck in die Dampfturbinenanordnung einzu­ speisen. Bei Betrieb der Dampfturbinenanordnung unterhalb ei­ ner Vollast ist das Überlastventil geschlossen und die Regel­ ventile entsprechend einer abzugebenden Leistung eingestellt. Bei Vollast sind sämtliche Regelventile geöffnet, so daß eine weitere kurzfristige Leistungserhöhung durch eine Öffnung des Überlastventils erreicht wird, wobei gleichzeitig eines oder mehrere der Regelventile gedrosselt werden. Hierdurch wird eine Drosselreserve hergestellt, die vollständig über die Re­ gelventile erfolgt, während das Überlastventil voll geöffnet ist. Für das Überlastventil stehen mithin nur zwei Betriebs­ zustände zur Verfügung, nämlich entweder vollständig ge­ schlossen oder vollständig geöffnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kernkraftanlage mit einer Dampfturbinenanordnung mit erhöhter Leistungsfähigkeit anzu­ geben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der An­ gabe eines Verfahrens zum Betrieb einer Kernkraftanlage sowie in der Angabe eines Verfahrens zur Leistungserhöhung einer Kernkraftanlage.

Erfindungsgemäß wird die auf eine Kernkraftanlage gerichtete Aufgabe durch eine solche Kernkraftanlage gelöst, die einen Kernreaktor und ggf. zusätzlich einen Dampferzeuger sowie eine Dampfturbinenanordnung mit zumindest einer Hochdruck- Teilturbine aufweist. Der Kernreaktor bzw. der Dampferzeuger dient der Erzeugung von Dampf, welcher Dampf einem Dampfein­ laß der Hochdruck-Teilturbine zuführbar ist, wobei sich an den Dampfeinlaß ein Dampfpfad der Dampfturbinenanordnung an­ schließt und zwischen Dampferzeuger bzw. Kernreaktor und Dampfeinlaß ein Dampfabzweig vorgesehen ist, welcher Dampfab­ zweig mit einer Dampfleitung verbunden ist, die ein Dampfre­ gelorgan, insbesondere ein Regelventil, aufweist und stromab des Dampfeinlasses in den Dampfpfad mündet.

Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß bei Kernkraftanlagen in einem Dampferzeuger bzw. dem Kernreaktor Druckschwankungen auftreten können, die durch eine entspre­ chende Drosselreserve auszugleichen sind. Zur Herstellung ei­ ner solchen Drosselreserve wird der Druck beim Nennbetrieb der Kernkraftanlage vor dem Dampfeinlaß gedrosselt, bei­ spielsweise um zwischen 1% bis 2,5%. Mit der Erfindung ist es nunmehr erstmals möglich, über das Dampfregelorgan eine Druckhaltung im Dampferzeuger bzw. Kernreaktor durchzuführen. Hierdurch kann bei Nennbetrieb der Kernkraftanlage der Dampf­ einlaß an der Hochdruck-Teilturbine voll geöffnet sein. Ge­ genüber der Verwendung von klassischen Überlastventilen mit dem Hintergrund, beispielsweise eine Frequenzstützung des elektrischen Netzes oder eine kurzfristige Leistungserhöhung durchzuführen, dient das Dampfregelorgan in der den Dampfab­ zweig mit dem Dampfpfad stromab des Dampfeinlasses verbinden­ den Dampfleitung einer entsprechenden Druckhaltung im Dampf­ erzeuger bzw. Kernreaktor.

Die Dampfleitung mündet vorzugsweise in die Hochdruck-Teil­ turbine, insbesondere in eine Dampfanzapfung, beispielsweise die oberste Anzapfung. In diesem Fall ist vorzugsweise eine gleichzeitige Leistungssteigerung des Dampferzeugers bzw. des Kernreaktors vorgesehen, die beispielsweise zwischen 0,4% bis 2%, insbesondere zwischen 0,59% bis 1,47% beträgt. Eine sol­ che Leistungssteigerung kann zu einer Erhöhung der elektri­ schen Leistung um zwischen 0,65% bis 1,6% führen, was bei ei­ ner elektrischen Nennleistung von 1350 Megawatt eine Erhöhung der elektrischen Leistung zwischen 8,7 Megawatt und 21,6 Me­ gawatt bedeutet.

Die Kernkraftanlage weist vorzugsweise ein Schnellschlußventil auf, welches vor dem Dampfabzweig angeordnet ist. Hierdurch ist bei einer Schnellabschaltung gewährleistet, daß selbst bei geöffnetem Dampfregelorgan kein Dampf mehr in den Dampf­ pfad einmündet. Durch das Schnellschlußventil kann entspre­ chend eine Frischdampfumleitung geöffnet werden, durch die der gesamte Dampf beispielswiese unmittelbar einem Kondensa­ tor zugeführt wird. Vorzugsweise ist zwischen dem Dampfab­ zweig und dem Dampfeinlaß ein Regelventil angeordnet, durch das beim Anfahren der Dampfturbinenanordnung oder ähnlichen von dem Nennbetrieb abweichenden Betriebszuständen eine Rege­ lung der Dampfturbinenanlage erfolgt.

Vorzugsweise hat die Kernkraftanlage eine elektrische Leis­ tung von über 600 Megawatt, insbesondere über 1000 Megawatt, z. B. 1300 Megawatt. Das Dampfregelorgan, insbesondere ein Regelventil, weist vorzugsweise einen Strömungsdurchmesser für den Dampf von zwischen 60 mm bis 80 mm, insbesondere 70 mm auf, wobei im Rahmen der Auslegung selbstverständlich Ab­ weichungen von einigen Millimetern gegeben sein können.

Die auf ein Verfahren zum Betrieb einer Kernkraftanlage ge­ richtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Kernreaktor bzw. dem Dampferzeuger erzeugter Dampf einem Dampfeinlaß ei­ ner Hochdruck-Teilturbine einer Dampfturbinenanordnung zuge­ führt wird, wobei bei Normalbetrieb der Kernkraftanlage der Dampfeinlaß vollständig geöffnet ist und in Abhängigkeit von einer Druckänderung im Dampferzeuger bzw. Kernreaktor ein Teil des Dampfes vor dem Dampfeinlaß abgezweigt und dem sich stromabwärts an dem Dampfeinlaß anschließenden Dampfpfad in der Dampfturbinenanordnung zugeführt wird. Hierdurch ist eine Druckhaltung in dem Dampferzeuger bzw. dem Kernreaktor über die Regelung des abgezweigten Teiles des Dampfes ermöglicht, so daß von einer Drosselung des über den Dampfeinlaß in die Hochdruck-Teilturbine einströmenden Dampfes abgesehen werden kann. Dies führt bei einer Erhöhung der Leistung des Dampfer­ zeugers bzw. des Kernreaktors unter Gewährleistung der Druck­ halteeigenschaften der Kernkraftanlage gleichzeitig zu einer Erhöhung der elektrischen Ausgangsleistung der Kernkraftan­ lage von bis zu über 1%, welches je nach Leistung der Kern­ kraftanlage bis zu über 20 Megawatt betragen kann.

Der abgezweigte Teil des Dampfes wird vorzugsweise über ein Dampfregelorgan, insbesondere ein Regelventil geregelt, wel­ ches bei Normalbetrieb, d. h. ohne Druckschwankungen bei vol­ ler Leistung des Dampferzeugers bzw. Kernreaktors geschlossen ist.

Der vor dem Dampfeinlaß abgezweigte Teil des Dampfes wird vorzugsweise in die Hochdruck-Teilturbine, insbesondere in eine Dampfanzapfung geführt. Bei der Dampfanzapfung kann es sich hierbei um die oberste Anzapfung handeln, wobei der ab­ gezweigte Teil des Dampfes vorzugsweise vor eine Anzapf-Rück­ schlagklappe der Anzapfung zugeführt wird. Je nach Auslegung der Kernkraftanlage ist es ggf. möglich, den abgezweigten Teil des Dampfes in den Dampfpfad stromab der Hochdruck-Teil­ turbine, beispielsweise stromaufwärts vor einem Zwischenüber­ hitzer oder stromabwärts eines Zwischenüberhitzers einer der Hochdruck-Teilturbinen nachgeschalteten Dampfturbine, bei­ spielsweise einer Mitteldruck- oder Niederdruck-Teilturbine zuzuführen.

Die auf ein Verfahren zur Leistungserhöhung einer Kernkraftan­ lage gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Dampf­ leitung installiert wird, die eine regelbare Dampfströmung ermöglicht, welche vor dem Dampfeinlaß abgezweigt und hinter dem Dampfeinlaß einem Dampfpfad der Dampfturbinenanordnung wieder zugeführt wird, wobei gleichzeitig eine Erhöhung der Leistung des Kernreaktors bzw. des Dampferzeugers stattfin­ det. Die Erhöhung der Leistung des Kernreaktors bzw. des Dampferzeugers beträgt vorzugsweise zwischen 0,4% bis 2%, insbesondere zwischen 0,59% bis 1,47%. Hierdurch erfolgt auch eine entsprechende Erhöhung der elektrischen Leistung der Kernkraftanlage bis zu deutlich über 1%.

Die Kernkraftanlage mit Dampfturbinenanordnung sowie das Ver­ fahren zum Betrieb einer Kernkraftanlage werden beispielhaft anhand eines nicht maßstäblich und schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Die einzige Figur zeigt hierbei eine schematische nicht maß­ stäbliche Schaltskizze einer Kernkraftanlage mit Dampfturbi­ nenanordnung.

Die einzige Figur zeigt eine Kernkraftanlage 1 mit einem Kernreaktor 2, der über einen nicht näher dargestellten Pri­ märkreislauf mit einem Dampferzeuger 3 verbunden ist. In dem Dampferzeuger 3 wird Frischdampf zum Betrieb einer mit dem Dampferzeuger 3 verbundenen Dampfturbinenanordnung 4 erzeugt. Die Dampfturbinenanordnung 4 weist eine Hochdruck-Teilturbine 5 auf, die über eine Frischdampfleitung 6 mit dem Dampferzeu­ ger 3 verbunden ist. Die Frischdampfleitung 6 mündet in einem Dampfeinlaß 7 in die Hochdruck-Teilturbine 5. In der Frisch­ dampfleitung 6 ist ein Schnellschlußventil 8 angeordnet. Wei­ terhin ist zwischen Dampfeinlaß 7 und dem Schnellschlußventil 8 ein Regelventil 9 in der Frischdampfleitung 6 angeordnet. In der Hochdruck-Teilturbine 5 ist eine Dampfanzapfung 10 vorgesehen, welche eine Anzapf-Rückschlagklappe 11 aufweist. In der Dampfturbinenanordnung 4 ist ein Dampfpfad 12 gebil­ det, welcher von dem Dampfeinlaß 7 durch die Hochdruck-Teil­ turbine 5 über einen Wasserabscheider 13, einem letzteren nachgeschalteten Zwischenüberhitzer 14 zu einer weiteren nicht dargestellten Teilturbine, insbesondere einer Mittel­ druck- und/oder Niederdruck-Teilturbine führt.

Zwischen dem Schnellschlußventil 8 und dem Regelventil 9 ist eine Dampfabzweigung 15 vorgesehen, von der eine Zwischen­ überhitzerleitung 16, die zu dem Zwischenüberhitzer 14 führt, abzweigt. Stromauf von dem Zwischenüberhitzer 14 zweigt von der Zwischenüberhitzerleitung 16 eine Dampfleitung 17 ab, welche in der Dampfanzapfung 10 zwischen der Anzapf-Rück­ schlagklappe 11 und der Hochdruck-Teilturbine 5 mündet. In der Dampfleitung 17 ist ein Dampfregelorgan, insbesondere ein Regelventil 18, vorgesehen. Die Strömungsrichtung des Dampfes bei zumindest teilweise geöffnetem Regelventil 18 ist durch entsprechende Pfeile angedeutet. Bei der dargestellten Kern­ kraftanlage 1 handelt es sich um eine Druckwasser-Kernkraft­ anlage. Es könnte sich hierbei allerdings auch um eine Siede­ wasser-Reaktoranlage handeln, in diesem Fall wäre der Dampf­ erzeuger 3 unmittelbar durch den Kernreaktor 2 ersetzt.

Während eines normalen Betriebes der Kernkraftanlage, d. h. bei Nennbetrieb mit Abgabe der entsprechenden elektrischen Nennleistung eines nicht dargestellten an die Dampfturbinen­ anlage 4 angeschlossenen Generators, ist das Regelventil 9 voll ausgesteuert. Der Dampfeinlaß 7 ist somit voll geöffnet. Das Regelventil 18 ist hierbei geschlossen, so daß kein Dampf aus der Frischdampfleitung 6 in die Dampfanzapfung 10 ge­ langt. Zur Druckhaltung des Dampfdruckes in dem Dampferzeuger 3 wird in Abhängigkeit von auftretenden Druckänderungen in dem Dampferzeuger 3 das Regelventil 18 entsprechend geöffnet und/oder das Regelventil 9 entsprechend geschlossen, so daß eine Druckhaltung erreicht wird. Gegenüber der herkömmlichen Praxis eine Drosselreserve durch Androsselung des Regelven­ tils 9 von 1% bis 2,5% des Druckes bei Nennbetrieb durchzu­ führen, hat die Ausgestaltung einer Kernkraftanlage mit einer Dampfleitung 17, welche stromab des Dampfeinlasses 7 in den Dampfpfad 12 mündet den Vorteil, daß eine entsprechende Druckhaltung über ein Regelventil 18 in der Dampfleitung 17 bei voll geöffnetem Regelventil 9 erfolgen kann, so daß bei einer Leistungserhöhung des Dampferzeugers 3 und des Kernre­ aktors 2 auch gleichzeitig eine Erhöhung der elektrischen Leistung erreichbar ist. Eine Leistungssteigerung des Dampf­ erzeugers 3 oder Kernreaktors 2 von 0,59% bis 1,47% bedingt hierbei eine elektrische Leistungserhöhung von 0,65% bis 1,6%, was bei einer Nennleistung einer Kernkraftanlage von 1350 Megawatt eine Erhöhung der elektrischen Leistung zwi­ schen 8,7 Megawatt bis 23,6 Megawatt bedeutet.

Claims (10)

1. Kernkraftanlage (1) umfassend einen Kernreaktor (2) und ggf. einen Dampferzeuger (3) sowie eine Dampfturbinenanord­ nung (4) mit zumindest einer Hochdruck-Teilturbine (5), wobei der Kernreaktor (2) / der Dampferzeuger (3) der Erzeugung von Dampf dient, die Hochdruck-Teilturbine (5) einen Dampfeinlaß (7) für Dampf aus dem Dampferzeuger (3) bzw. Kernreaktor (2) aufweist und sich an den Dampfeinlaß (7) ein Dampfpfad (12) anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Dampferzeuger (3) bzw. Kernreaktor (2) und Dampfeinlaß (7) ein Dampfabzweig (15) vorgesehen ist, welcher Dampfabzweig (15) mit einer Dampfleitung (17) verbunden ist, die ein Dampfregelorgan (9) aufweist und stromab des Dampfeinlasses (7) in den Dampfpfad (12) mündet.

2. Kernkraftanlage (1) nach Anspruch 1, bei der die Dampflei­ tung (17) in die Hochdruck-Teilturbine (5) mündet, insbeson­ dere in eine Dampfanzapfung (10).

3. Kernkraftanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der zwi­ schen Dampferzeuger (3) bzw. Kernreaktor (2) und Dampfabzweig (15) ein Schnellschlußventil (8) angeordnet ist.

4. Kernkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der zwischen Dampfabzweig (15) und Dampfeinlaß (7) ein Regel­ ventil (18) angeordnet ist.

5. Kernkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch eine elektrische Leistung von über 600 MW, insbesondere übet 1000 MW.

6. Kernkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der das Dampfregelorgan (9) einen Strömungsdurchmes­ ser für den Dampf von 60 mm bis 80 mm, insbesondere 70 mm, aufweist.

7. Verfahren zum Betrieb einer Kernkraftanlage (1), bei dem mittels eines Kernreaktors (2) direkt oder in einem Dampfer­ zeuger (3) Dampf erzeugt wird, welcher Dampf einem Dampfein­ laß (7) einer Hochdruck-Teilturbine (5) einer Dampfturbinen­ anordnung (4) zugeführt wird, wobei bei Normalbetrieb der Kernkraftanlage (1) der Dampfeinlaß (7) vollständig geöffnet ist und in Abhängigkeit von einer Druckänderung im Dampfer­ zeuger (3) bzw. Kernreaktor (2) ein Teil des Dampfes vor dem Dampfeinlaß (7) abgezweigt und dem sich stromabwärts an den Dampfeinlaß (7) anschließenden Dampfpfad (12) zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der vor dem Dampfeinlaß (7) abgezweigte Teil des Dampfes durch ein Regelventil (9) geregelt wird, und das Regelventil (9) bei Normalbetrieb ge­ schlossen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der vor dem Dampfeinlaß (7) abgezweigte Teil des Dampfes in die Hoch­ druck-Teilturbine (5), insbesondere in eine Dampfanzapfung (10), geführt wird.

10. Verfahren zur Leistungserhöhung einer Kernkraftanlage (1) umfassend eine Kernreaktor (2) und ggf. einen Dampferzeuger (3) sowie eine Dampfturbinenanordnung (4) mit zumindest einer Hochdruck-Teilturbine (5), wobei der Kernreaktor (2) der Er­ zeugung von Dampf direkt oder in dem Dampferzeuger (3) dient und die Leistung des Kernreaktors (2) bzw. des Dampferzeugers (3) um 0,4% bis 2%, insbesondere um 0,59% bis 1,47% erhöht wird, und eine einen Dampfdurchfluß regelbare Dampfleitung (17) installiert wird, durch die ein Teil des Dampfes vor ei­ nem Dampfeinlaß (7) der Hochdruck-Teilturbine (5) abzweigbar und dieser Teil des Dampfes in einen sich an den Dampfeinlaß (7) anschließenden Dampfpfad (12) führbar ist.