DE2256633C3

DE2256633C3 - Dampferzeuger

Info

Publication number: DE2256633C3
Application number: DE2256633A
Authority: DE
Inventors: Raimund Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Reisacher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-11-17
Filing date: 1972-11-17
Publication date: 1975-10-30
Also published as: IT999392B; AT342724B; ES420608A1; CH569230A5; BE807387A; DE2256633A1; DE2256633B2; FR2207582A5; JPS4980402A; SE389548B; ATA737573A; GB1439476A; US3949710A

Description

Die Anmeldung betrifft einen Dampferzeuger, insbesondere für Druckwasserreaktoren, mit zwei U-Rohrbündeln, deren Schenkel zueinander zugekehrt und deren Rohrboden durch gemeinsame Einlaßkammern und Auslaßkammern für das Primärmedium, welches in den Rohren des U-Rohrbündels strömt, verbunden sind. wobei getrennte Bereiche für Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung eines Sekundärmediums vorgesehen sind und dem Überhitzerbereich ein Abscheider vorgeschaltet ist.

Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 19 92 049 ist ein Dampferzeuger bekannt, der für Druckwasserreaktoren verwendet werden soll. Der Dampferzeuger besitzt zwei U-Rohrbündel, deren Schenkel einander zugekehrt und durch gemeinsame Ein- und Auslaßkammern für das Primärmedium verbunden sind. Dabei sind getrennte Bereiche für Verdampfung, Vorwärmung oder Überhitzung vorgesehen, aciin bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Gebrauchsmusterschrift kann das eine U-Rohrbündel als Vorwärmer oder Überhitzer dienen, während das andere für die Verdampfung benutzt wird. Der bekannte Dampferzeuger besitzt ferner Abscheider zur Trennung von Dampf und Wasser. Diese Abscheider sind dem Überhitzerbereich vorgeschaltet, soweit ein solcher vorhanden ist.

Bei dem bekannten Dampferzeuger sind die beiden U-Rohrbündel in jeweils einer Rohrplatte befestigt. Ihr; Schenkel sind mithin gleich lang. Beide U-Rohrbündel werden gemeinsam von einem eigenen Gehäuse umgeben. Daraus ergeben sich für die heutzutage in Kernkraftwerken üblichen Leistungen recht große Abmessungen mit entsprechend hohen Herstellungskosten. Des weiteren ist der Wärmeübergang in dem bekannten Dampferzeuger durch die Aufteilung in Verdampfer, Vorwärmer oder Überhitzerbereich zwar günstiger als bei Dampferzeugern ohne solche Trennung. Auch hier ist aber noch nicht das Optimum erreicht.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, Dampferzeuger der eingangs geschilderten Art zu optimieren. Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß die Bereiche von den vier Schenkeln der beiden U-Rohrbünde! gebildet werden, die zu diesem Zweck jeweils einen eigenen, den Schenkel umschließenden Mantel aufweisen, der Funktion entsprechend unterschiedlich lang bemessen sind und vom Sekundärmedium derart durchströmt werden, daß der Abscheider von dem auf den Vorwärmerschenkel des ersten U-Rohrbündels folgenden Verdampferschenkel des ersten U-Rohrbündels gespeist wird, das aus dem Abscheider kommende verdampfte Sekundärmedium dem Überhitzerschenkel des zweiten U-Rohrbündels zugeführt wird, während das aus dem Abscheider kommende uriverdampfte Sekundärmedium dem den Überhitzerschenkel vorgeschalteten Schenkel des zweiten U-Rohrbündels zugeführt wird.

Bei der Erfindung gelingt durch die Aufteilung der trennten Bereiche auf einzelne, mit einem eigenen Mantel versehene Gehäuseteile eine erhebliche Verbesserung des Wärmeüberganges, denn das zur Erwär-

ne zur Verfügung stehende Medium, bei Druckwas- s

"Vreaktioren also das Primär'-.ühlmiuel, kann optimal

^genutzt werden. Der neue Dampferzeuger zeichnet

" h daher durch einen besonders guten Wirkungsgrad

^S'_us. dennoch ist er relativ einfach zu fertigen. Dies

heint zwar im Widerspruch dazu zu stehen, daß das ι ο Gehäuse im Vergleich zu dem Dampferzeuger nach der A utschen Gebrauchsmusterschrift 19 92 049 kompilierter ist. Tatsächlich aber läßt sich durch die Aufteilung der einzelnen Bereiche auf die einzelnen Schenkel der U-Rohrbündel wegen der kleineren Rohrplatte und der Gehäuseteile insgesamt eine Einsparung erreichen. Aus der britischen Patentschrift 10 60 220 sind Dampferzeuger bekannt, bei denen ein U-Rohrbündel mit einem Gehäuse versehen ist, das für jeden Schenkel einen eigenen Mantel bildet. Bei diesen bekannten Dampferzeugern fehlen aber die für den optimalen Wärmeübergang erforderlichen einzelnen Bereiche für Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung und vor allen Dingen die Abscheider, die das Sekundärmedium vortrocknen und dadurch den Wirkungsgrad steigern. =5 Das gleiche gilt auch gegenüber dem Dampferzeuger nach der schweizerischen Patentschrift 3 36 843.

Der Einlaß des Dampfabscheiders liegt vorteilhalt oberhalb des Einlasses in den Mantel des /weiten U-Rohrbündels, weil dann der Dampf im Sinne seiner natürlichen Strömungsrichtung geführt werden kann. Darüber hinaus kann man in diesem Fall günstigerweise den Einlaß des Mantels des zweiten U-Rohrbündels mit einem Wasserauslaß des Dampfabscheider über ein Fallrohr verbinden. Durch dieses Fallrohr strömt das abgeschiedene Wasser unter der Wirkung der Schwerkraft in den Schenkel, der zur Verdampfung des letzten Teils des Sekundärmediums vorgesehen ist.

Für eine raumsparende Bauweise empfiehlt es sich. den Dampfabscheider in vertikaler Richtung räumlich parallel zu dem Schenkel des zweiten U-Rohrbündcls anzuordnen. Dabei kann der Dampfabscheider einen in Höhe der Verbindungsstelle der beiden Schenkel liegenden Zentrifugalabscheider umfassen. Diesem kann dann ein zylindrisches Gefäß nac/igeschaltet sein, das parallel zu dem einen Schenkel angeordnet ist und Feinabscheider enthält. Der neue Dampferzeuger ergibt in dieser Form trotz seiner auf einzelne Bereiche aufgetrennten Gestaltung ein geschlossenes Gebilde mit relativ geringem Raumbedarf.

Eine günstige Herstellungsweise für den neuen Dampferzeuger besteht darin, daß die den beiden U-Rohrbündeln zugeordneten Mantel mit den Rohrböden verschweißt sind, die ihrerseits mit den gemeinsamen Ein- und Auslaßkammern verschraubt sind. D.-nei *: kann eine Ein- oder Auslaßkammer für das Sekundarmedium von einer exzentrisch zum zylindrischen Rohrbündel angeordneten zylindrischen Wand gebildet werden Dies ergibt mit einfachen Formen eine gunstige Möglichkeit zur Umlenkung des Sekundärmediums und <> eine den strömenden Mengen angepaßte Querschniitsveränderung.

Vorstehend wurde bereits auf die Anordnung des Dampfabscheiders hingewiesen, die der natürlichen Strömungsrichtung von Dampf und abgeschiedenem ^h Wasser entgegenkommt. Dennoch kann es zweckmäßig sein, in dem Fallrohr unterhalb des Dampfabscheiders eine Pumpe anzuordnen, um damit einen notwendigen Ausgleich der Druckunterschiede vorzunehmen, der sich bei Änderung der Belastung des Dampferzeugers durch die hydrostatischen Höhen in den mit dem Dampfabscheider verbundenen Schenkeln ergibt. Aus dem gleichen Grunde kann es auch zweckmäßig sein. Drossein im Dampfabfluß bzw. Wasserabfluß des Dampfabscheider!, anzuordnen, mit denen die Strömung auf das gewünschte Maß vorgegeben wird, das im wesentlichen durch niehtveränderbare Strömungswiderstände in den vor- oder nachgeschalteten Schenkeln bestimmt ist.

Wie schon erwähnt, ist der neue Dampferzeuger trotz seiner relativ aufwendigen Bauweise ,.egen cer geringen Abmessungen der einzelnen Elemente kostengünstig herzustellen. Des weiteren kann es zweckmäßig sein, das Gehäuse des neuen Dampferzeugers im Bereich der Krümmer mit Teilen zu versehen, die Mansche zum Verschließen von Berohrungsöffnungen aulweisen. Durch solche Berohrungsöffnungen sind auch Inspektionen oder Reparaturen (eicht durchzuführen, so daß der neue Dampferzeuger im Störungsfall nicht als Ganzes ausgebaut oder ausgewechselt werden muß. Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird an Hand der Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

Dabei /eigen _f.

F i g. 1. 2 und 3 den Dampferzeuger nach der tr.mdung in drei zueinander senkrechten Ansichten; die

F ig. Λ und 5 sind Schnitte mit Einzelheiten des Dampfabscheiders, während die

F 1 g. ο den Dampferzeuger in größerem Maßstab in einem Längsschnitt darstellt.

Der Dampferzeuger nach der Erfindung umfaßt zwei U-Iormige Gehäuseteile 1 und 2. die in einer Ebene angeordnet sind. Die Gehäuseteile umschließen mit ihren zylindrischen Mänteln und den krcisringformigcn Krümmern zwei U-Rohrbündel 3 und 4 nut ungleich langen Schenkeln 5. 6. 7 und 8. Von den Mänteln sind jeweils die eines langen Schenkels 6 und 8 mn denen der gegenüberliegenden kurzen Schenkel > und 7 über eine gemeinsame Hinlaßkammer 10 bzw. Auslaßkammer 11 verbunden. Die Schenkel verlaufen vertikal.

An die Fin- und Auslaßkammern 10 und 11. die lur die Zu- und Abfuhr des Primärmediums vorgesehen sind und /wischen den Mänteln liegen, schließen sich Fm- und Auslaßkammern 12, 13, 14 und 15 fur das Sekundärmedium an. die /u den Mänteln gehören. Zusatz lieh gibt es am oberen Gehäuseteil 1 im Bereich des Krümmers einen Anschluß 17. Dort mündet die Dampfleitung eines Dampfabscheiders 20. der aus eincmGrobabscheider2l und einem Feinabscheider 22 besteht

Der Abscheider 20 ist mit seinem Zufluß 25 an die Anschlußkammer 14 des Gehüuscieiles 2 angeschlossen also an den Auslaß des Mantels des ersten U-Rohrbündels 4. Sein als Fallrohr 26 ausgebildeter Wasserauslaß führt dagegen zur Anschlußkammer 12. die den [„,laß in den einen Mantel des /weiten U-Rohrbundeis 3 darstellt. Damit bildet der Abscheider 20 eine Verbindung /wischen den vom Sekundärmedium in Reihe durchströmten beiden Gchäuscteilcn 1 und 2. Hr hogi ) räumlich parallel zum langen Schenkel 6 des Gehäuse-

teiles 1. 11

Der reinabsche.der 22 enthalt in seinem /.vl.iuliisehen Mantel 28 ein über den Durchmesser reichende. Filierhell 29 aus /ickzackförmig meinander ^c'iaUv s leiten Blechen mit Fangrinnen (nicht dargestellt). Au ' der einen Seite des dadurch entstehenden Raumes ist die Dampf/ufuhrleiiung 30 vorgesehen. Die andere Seile enthält die Dampfauslaßleitung 31. die /um Anschluß

17 in den Krümmer 55 des Gehüuseteiles 1 geführt ist. Das abgeschiedene Wasser gelangt durch Leitungen 32 in das Fallrohr 26. Dampf- und Wasseranschlüsse 17,25. 26 können durch Drosseln so justiert werden, daß günstige Strömungsgeschwindigkeiten erhalten werden (nicht dargestellt).

Der Grobabscheider 21 ist, wie insbesondere die F i g. 5 erkennen läßt, als Zentrifugalabscheider aufgebaut. Er enthält eine geschlitzte Torusspirale 33, aus der der Dampf durch die Leitung 30 nach oben abgeführt wird. Das mit dem Anschluß 25 exzentrisch zugeführtc Wasser-Dampfgemisch wird durch die Fliehkraft aus dem Schlitz 34 der Torusspirale 33 herausgeschleudert und an die Innenseite des Gehäuses 21 gepreßt. Dort wird das Wasser durch Leitschaufeln 35 nach unten in das Fallrohr 26 abgeleitet, wobei mitgerissener Dampf noch ausdampfen und in die Leitung 30 abströmen kann.

Die F i g. 6 zeigt in größerem Maßstab konstruktive Einzelheiten des Dampferzeugers nach der Erfindung. wobei die Schenkel der Gehäuseteile 1 und 2 durch jeweils eine Unterbrechung verkürzt dargestellt sind.

Man erkennt, daß der längere Schenkel 6 des Gehäusetciles 1 mit einer ebenen Rohrplatte 37 abgeschlossen ist, an dfe sich die Auslaßkammer 11 anschließt. Das Gehäuse der Auslaßkammer ist mit der Rohrplatte durch Schrauben 38 und Muttern 40 lösbar verbunden, so daß der Dampferzeuger in einzelnen Teilen transportiert werden kann. Dies gilt auch für die andere Seite der Kammer 11, wo ein gleicher Rohrboden 42 des Gehäuseteiles 2 angeschlossen ist. Lediglich die Gehäuseteile zwischen den Ein- und Auslaßkammern 10. 11 sind miteinander verschweißt.

Die Einlaßkammer 10 ist mit entsprechenden Rohrböden 44 und 45 verschraubt, die die Schenkel 5 und 8 der Gehäuseteile 1 und 2 abschließen.

Im Bereich der Ein- und Auslaßkammern 12. 13. 14 und 15 für das Sekundärmedium sind die zylindrischen Rohrböden der U-Rohrbündel von ebenfalls zylindrischen Gehäuseteilen 46 exzentrisch umgeben. Die Exzentrizität wird so gewählt, daß das zu- oder abströmende Sekundärmedium gleichmäßig über den Querschnitt des U-Rohrbündels verteilt wird. Zu dem gleichen Zweck kann man ferner das U-Rohrbündel insbesondere im Bereich der Einlaßkammern 12. 13 über einen Teil seiner Höhe mit einer Schürze 48 abdecken, die mit Stäben 49 gegen einen Absatz 50 gepreßt wird. Das Speisewasser muß dann in den Spalt 51 eintreten, wodurch die gleichmäßige Verteilung gefördert wird. Zusätzlich kann die Strömung durch Leitbleche 52 an der Innenwand des zylindrischen Gchäuseteils geführt werden.

Der Anschluß 17 der Dampfleitung 31 führt durch den 180°-Krümmer 55 des Gchäuseteiles 1 zum Innenbogen, wo Öffnungen 56 in dem das U-Rohrbündel 3 umgebenden Leitrohr 58 vorgesehen sind.

Am anderen Ende ist der Gehäuseteil 2 mit einem druckfesten 180°-Krümmer 60 versehen, der ein zum Schutz des U-Rohrbündels 4 und zur Strömungsführung vorgesehenes Leitrohr 61 umgibt.

In den Ein- und Auslaßkammern 10 und 11 für das Primärmedium sind Umlenkbleche 65 untergebracht, die das Primärmedium verlusiarm in entgegengesetzte Richtung führen und auf die gegenüberliegenden Schenkel aufteilen bzw. ans diesen zusammenführen. Ferner sind an den Ein- und Auslaßkammern Handlöcher 66 angeordnet, die Reparaturen an den U-Rohrbündeln 3,4 gestatten.

Beim Ausführungsbeispiel ist der kürzere Schenkel 5. 7 für beide Rohrbündel 3, 4 nur etwa halb so lang wie der längere Schenkel 6,8. Die Schenkellängen sind aber dennoch nicht gleich lang, wie die F i g. 1 und 2 deutlich zeigen. Vielmehr ist der kurze Schenkel 5 im Hinblick auf die zu übertragenden Wärmemengen etwa doppelt so lang wie der kurze Schenkel 7. Diese Länge kann jedoch mit dem Druck und der Temperatur variiert werden, um optimale Verhältnisse zu erreichen. Für die Daten vorliegender Druckwasserreaktoren dürfte das dargestellte Längenverhältnis jedoch besonders günstig sein. Es führt zu folgender Wirkungsweise:

Das Primärmedium eines Druckwasserreaktors, vor allem leichtes Wasser, wird in die Einlaßkamm^r 10 eingespeist. Dort tritt es durch die Rohrböden 44, 45 in Parallelschaltung in die beiden U-Rohrbündel 3 und 4 ein. Es verläßt diese durch die Rohrböden 37 und 42 in die Auslaßkammer 11. wo es von einer Hauptkühlmittelpumpe abgesaugt wird.

Das zur Dampferzeugung vorgesehene Speisewasser wird dagegen nur in die Einlaßkammer 13 eingespeist. Dort strömt es zunächst im Schenkel 7 nach unten, wobei es vorgewärmt wird. Im anschließenden Schenkel 8 findet schon eine Verdampfung statt. An den Auslaß des Schenkels 8, also an die Auslaßkammer 14. ist der Abscheider 20 angeschlossen. Er trennt das Wasser-Dampfgemisch und führt das Wasser in die Einlaßkammer 12 des Schenkels 6. während der Dampf parallel zu diesem Schenkel geführt wird und erst durch den Einlaß 17 wieder eintritt. Da das abgeschiedene Wasser im längeren Schenkel des zweiten U-Rohrbündels 3 ebenfalls verdampft wird, werden die im Krümmer zusammentreffenden beiden Dampfströme im anschließenden kurzen Schenkel 5 überhitzt. Der überhitzte Dampf verläßt den Dampferzeuger durch die Auslaßkammer 15.

Der neue Dampferzeuger besteht aus relativ kleinen Einzelteilen. Er ist deshalb billig zu fertigen. Im Gegensatz zu der insbesondere aus F i g. 4 ersichtlichen Form bei der die Krümmer 55 und 60 nach dem Einbringer der U-Rohrbündel aufgeschweißt werden, kann mar dort auch eine Flanschverbindung vorsehen, die untei Umständen ein schnelles Auswechseln des U-Rohr bündeis oder Reparaturarbeilen an einzelnen Röhret ermöglicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Dampferzeuger, insbesondere für Druckwasserreaktoren, mit zwei U-Rohrbündeln, deren Schenkel zueinander zugekehrt und deren Rohrboden durch gemeinsame Einlaßkammern und Auslaßkammern für das Primärmedium, welches in den Rohren des U-Rohrbündels strömt, verbunden sind, wobei getrennte Bereiche für Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung eines Sekundärmediums vorgesehen sind und dem Überhitzerbereich ein Abscheider vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche von den vier Schenkeln (5, 6, 7,8) der beiden U-Rohrbündcl (3, 4) gebildet werden, die zu diesem Zweck jeweils einen eigenen, den Schenkel umschließenden Mantel aufweisen, der Funktion entsprechend unterschiedlich lang bemessen sind und vom Sekundärmedium derart durchströmt werden, daß der Abscheider (20) von dem auf den Vorwärmerschenkel (7) des ersten U-Rohrbündels (4) folgenden Verdampferschenkel

(8) des ersten U-Rohrbüridels (4) gespeist wird, daß aus dem Abscheider (20) kommende verdampfte Sekundärmedium dem Überhitzerschenkel (5) des zweiten U-Rohrbündels (3) zugeführt wird, während das aus dem Abscheider (20) kommende unverdampfte Sekundärmedium dem dem Überhitzerschenkel vorgeschalteten Schenkel (6) des zweiten U-Rohrbündels (3) zugeführt wird.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hinlaß (25) des Dampfabscheiders (20) oberhalb des Einlasses (12) im Mantel des ersten U-Rohrbündels (4) liegt.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (12) des Mantels des zweiten U-Rohrbündels (3) mit einem Wasserauslaß des Dampfabscheiders (20) über ein Fallrohr (26) verbunden ist.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfabscheider (20) in vertikaler Richtung räumlich parallel zu dem Schenkel (6) des zweiten U-Rohrbündels (3) angeordnet ist.

5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfabscheider (20) einen in Höhe der Austrittsstclle aus dem Mantel des ersten U-Rohrbündels (4) liegenden Zentrifugalabscheider (21) umfaßt und daß diesem ein zylindrisches Gefäß (22) nachgeschaltct ist, das parallel zu dem einen Schenkel angeordnet ist und einen Feinabscheider (29) enthält.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden U-Rohrbündeln (3, 4) zugeordneten Mäntel mit den Rohrboden (37, 42, 44,45) verschweißt sind, die ihrerseits mit den gemeinsamen Ein- und Auslaßkammern (10, 11) verschraubt sind.

7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche I

bis b, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Auslaßkammern (12. 13, 14, 15) für das .Sekundärmedium von exzentrisch zum zylindrischen Rohrbündel angeordneten zylindrischen Wänden (46) gebildet werden.

8. Dampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe in dem Fallrohr (26) unterhalb des Dampfabscheiders (20) angeordnet

9. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Drosseln im Dampfabfluß bzw. Wasserabfluß des Dampfabscheiders (20).

10. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 2) im Bereich der Krümmer (55, 60) Teile mit Flanschen zum Verschließen von Berohrungsöffnungen aufweist.