DE2064321C3

DE2064321C3 - Einrichtung zur Regelung von Leichtwasser-Kernreaktoren durch Änderung der Borsäurekonzentration im Kühlwasserkreislauf

Info

Publication number: DE2064321C3
Application number: DE2064321A
Authority: DE
Inventors: William W. Monroeville Brown; Martinus R. Van Der Pittsburgh Schoot
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-01-14
Filing date: 1970-12-29
Publication date: 1980-10-16
Also published as: DE2064321A1; CH514914A; BE761514A; FR2076099B1; AT310883B; SE360492B; DE2064321B2; JPS5114675B1; FR2076099A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung von Leichtwasscr-Kernreaktoren durch Änderung der Borsäurekonzentration im Kühlwasserkreislauf, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Einrichtung ist bereits Gegenstand eines älteren Vorschlag-(DE-F⁰, 16 39 392). Demgemäß wird die Temperatur des in den Ionenaustauscher eintretenden Kühlwassers zur Erniedrigung der Borsäurekonzentration auf einen niedrigeren Wert und zur Erhöhung der Borsäurekonzentration auf einen höheren Wert eingestellt

Den Vorteilen der Verwendung eines Ionenaustauschers mit temperaturabhängiger Speicherfähigkeit, nämlich einer schnellen Regelbarkeit der Borsäurekonzentration und der Tatsache, daß bei Borsäureentzug aus dem Kühlwasser kein Abfall anfällt, steht jedoch das Problem der sehr geringen Speicherkapazität solcher Ionenaustauscher gegenüber, so daß zur Bewältigung aller anfallenden Regelaufgaben im Lastzyklusbetrieb des Reaktors derartige Ionenaustauscher unverhältnismäßig groß ausgeführt oder in großer Anzahl vorgesehen werden müßten.

Aus der Siemens-Zeitschrift 42 (1968), Beiheft »Kernkrafttechnik«, Seiten 97 und 98, ist es im Zusammenhang mit einem Regelvsrfahren, bei welchem dem Kühlwasserkreislauf je nach Bedarf Borsäure zudosiert oder durch Entzug von borsäurehaltigem Wasser und Ersatz durch destilliertes Wasser wieder entzogen wird, bekannt, die Trennung des entzogenen borsäurehaltigen Wassers in Borsäure und Wasser mittels eines Verdampfers vorzunehmen. Gemäß einer Variante, bei welcher der Verdampfer nur bei hohen Borsäurekonzentrationen eingesetzt wird, während bei niedrigen BorslurekonzentFationen die Trennung der Borsäure vom Wasser in einem regenerierbaren Anionenaustauscher erfolgt, wird das borsäurehaltige Wasser vor der Verdampfung mit Natronlauge neutralisiert. Das Destillatwasser wird der Wiederverwendung zugeführt, während das im Verdampfer zurückbleibende Konzentrat als Abfall verworfen wird. Bei einer weiteren Variante wird das dem Kühlwasserkreislauf jeweils entzogene borsäurehaltige Wasser im Verdampfer durch fraktionierte Destillation in destilliertes Wasser und konzentrierte Borsäure aufgearbeitet und sowohl das destillierte Wasser als auch die Borsäure werden der

Wiederverwendung zugeführt

Der Nachteil eines Verdampfers liegt in seiner verhältnismäßig langsamen Arbeitsweise. Muß dem Kreislauf beim Lastzyklusbetrieb schnell eine größere Menge Borsäure entzogen werden, so ist iaher zur Aufarbeitung des dem Kreislauf entzogenen borsäurehaltigen Wassers entweder ein unwirtschaftlich großer Verdampfer oder ein unverhältnismäßig großer Zwischenspeicher für das vom Verdampfer aufzuarbeitende Wasser erforderlich,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie den Anforderungen des Regelbetriebes sowohl bei der Kompensation des normalen Abbrand es als auch bei der Reaktorregelung im Lastzyklusbetrieb mög liehst optimal gerecht wird, d. h. die Regeleinrichtung muß einerseits ein schnelles Ansprechvermögen und andererseits eine für alle auftretenden Betriebszustände ausreichend große Leistungskapazität aufweisen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die

im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebene Anordnung gelöst

Bei der erfindjingsgemäßen Anordnung können aufgrund der Kombination eines Ionenaustauschers mit temperaturabhängiger Speicherfähigkeit und eines Verdampfers kleinere Borsäurekonzentrationsänderungen schnell mit Hilfe des Ionenaustauschers vorgenommen werden, wobei Borsäure weder in das Kreislaufsystem eingespeist noch aus diesem entzogen zu werden braucht, sondern lediglich in unterschiedlichem Maße innerhalb des Kreislaufsystems im Ionenaustauscher gespeichert wird, während bei erforderlichen größeren Borsäurekonzentrationsänderungen zusätzlich zur Tätigkeit des Ionenaustauschers Borsäure in den Kreislauf eingespeist bzw. borsäurehaltiges Wasser aus dem

Kreislauf entzogen und dem Verdampfer zugeführt

wird, wobei die Verdampferprodukte Destillatwasser und Borsäurekonzentrat wieder zur Anreicherung bzw.

Verdünnung des Kühlwassers verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachste-

hend anhand der Zeichnung näher beschrieben, die ein Strömungsschaltbild der Einrichtung zeigt,

Zur Verminderung der Borsäurekonzentration im Kühlwasser eines Kernreaktors 10 wird ein Teilstrom des zirkulierenden Kühlwassers über eine Leitung 18 entnommen, der zunächst in Wärmetauschern 19 und 20 abgekühlt und anschließend in einem Entsalzer 22 sowie einem Kationenfilter 24 gereinigt wird Danach durchströmt das Kühlwasser einen Ionenaustauscher 32 mit temperaturabhängiger Speicherfähigkeit für Bor säure, dessen Austauscher-Harz, beispielsweise Styrol- Divinyl-Benzol-Polymerisat, eine mit sinkender Temperatur zunehmende Aufnahmekapazität für Borsäure aufweist. Bei stärkerer Abkühlung, also bei niedriger Temperatur, des zum Ionenaustauscher 32 gelangenden Kühlwassers wird diesem Borsäure entzogen, während bei weniger starker Abkühlung, also bei höherer Temperatur, des zum Ionenaustauscher 32 zuströmenden Kühlwassers Borsäure an dieses abgegeben wird. Aus dem Ionenaustauscher 32 gelangt das Kühlwasser über einen Volumenausgleichsbehälter 34 wieder in den Reaktorkreislauf. Die mit einem Ventil versehene Umgehungsleitung 44 gestattet die Umgehung des Ionenaustauschers 32 durch einen Teil des Kühlwasser-

teilstroms, wenn nur eine geringfügige Borsäurekonzentrationsänderung erforderlich ist.

Soll die Borsäurekonzentration im Kühlwasser erhöht werden, wird das Kühlwasser im Wärmetauscher 20 auf eine entsprechende Temperatur gebracht, bei welcher der Ionenaustauscher 32 Borsäure an das Kühlwasser abgibt

Wenn Borsäure ganz aus dem Kreislauf entzogen werden soll, wird zunächst dem zuströmenden Kühlwasser im Ionenaustauscher 32 Borsäure entzogen, und nach Sättigung des Ionenaustauschers wird das durch die Leitung 18 weiter nachströmende Kühlwasser durch Borsäureabgabe im Ionenaustauscher weiter angereichert, jedoch nicht in den Kreislauf zurückgeleitet, sondern in Speicherbehälter 52 geleitet Das dem Kreislauf entzogene borsäurehaltige Kühlwasser wird dabei durch destilliertes Wasser aus einem Wasserbehälter 14 ersetzt Aus den Speicherbehältem 52 wird das borsäurehaltige Kühlwasser durch eine Vorrichtung 54, in welcher es von Stickstoff, Sauerstoff und Spaltgasen befreit wird, in einen Verdampfer 56 gepumpt, in welchem durch Verdampfen die Borsäure vom Wasser getrennt wird. Das Destillatwasser aus dem -Verdampfer 56 gelangt in Kontrollbehälter 58, von denen es nach Entnahme und Auswertung von Proben in den Wasserbehälter 14 abgelassen wird.

Im unteren Teil des Verdampfers 56 sammelt sich das verbleibende Borsäurekonzentrat und gelangt in einen Konzentratsammelbehälter 60, aus welchem es in einen Borsäurebehälter 62 geleitet wird. Aus dem Borsäurebehälter 62 kann dem Kühlwasserkreislauf nach Bedarf wieder Borsäure zudosiert werden, indem sie direkt oder nach Mischen mit Wasser in einem Mischbehälter 64 zur Einstellung einer vorgegebenen Konzentration in den Kreislauf eingeleitet wird.

Mit der beschriebenen Einrichtung mit einer Kombination eines Ionenaustauschers, der im wesentlichen die Regelung der Borsäurekonzentration bei Lastwechseln vornimmt, und einem Verdampfer zur Borsäureabtrennung erhält man eine im Hinblick auf Kosten und Größe günstige Auslegung des gesamten chemischen Regelsystems. Beispielsweise würde eine tägliche Lastabsenkung um 50% eine Austauschmenge von 50 Primärkreisvolumen pro Brennstoffzyklus bedeuten. Nimmt man weiter an, daß eine zusätzliche Austauschkapazität von 10 Primärkreisvolumen für andere Maßnahmen, wie Anfahren, Schnellabschaltung und Kompensation der Reaktivitätsänderung durch Abbrand erforderlich ist ist eine Austauschkapazität von 60 Primärkreisvolumen erforderlich, was bei herkömmlirrin Systemen, die nur mit Verdampfer arbeiten, eine ennpreehend große Auslegung der Verdampfer bedeuten würde.

Bei der beschriebenen Einrichtung genügt ein verhältnismäßig kleiner Verdampfer für den erforderlichen Borsäureentzug, und der Ionenaustauscher braucht lediglich entsprechend den erforderlichen Konzentrationsänderungen bei Lastwechseln ausgelegt zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zur Regelung von Leichtwasser-Kernreaktoren durch Änderung der Borsäurekonzentration im Kühlwasserkreislauf, mit einem Ionenaustauscher mit temperaturabhängiger Speicherfähigkeit für Borsäure, der von einem Teilstrom des durch den Kernreaktor zirkulierten Kühlwassers durchströmt wird, und mit einer dem ionenaustauscher vorgeschalteten steuerbaren Wärmetauscheranordnung zur Einstellung der Kühlwassertemperatur entsprechend der jeweils erforderlichen Abgabe oder Aufnahme von Borsäure im Ionenaustauscher, gekennzeichnet durch einen an den Ausgang des Ionenaustauschers (32) angeschlossenen, parallel zu einer vom Ionenaustauscher direkt in den Kühlwasserkreislauf zurückführenden Rückleitung geschalteten Verdampfer (56) zum Borsäureentzug, welchem ein Borsäurekonzentrat-Sarnmelbehälter (60) und ein Destillatwasser-Sammefcehälter (58) nachgeschaltet ist, von denen Borsäurekonzentrat bzw. destilliertes Wasser in den Kühlwasserkreislauf zurückleitbar sind.